分布式低浓瓦斯发电项目在胡底瓦斯电站的研究与应用

摘 要：瓦斯浓度在5%-16%属于爆炸范围，胡底瓦斯抽放泵站抽放的低浓度瓦斯现尚未利用，全部对空排放，不仅浪费资源，而且污染大气环境，加剧温室效应。建设低浓度瓦斯发电站，可以充分利用煤矿低浓度瓦斯资源，从根源上防止瓦斯事故，为促进矿山资源的合理开发和综合利用发挥其有效作用，减少煤矿处理排出气体的开支，降低煤矿的生产成本，为其改善生产条件创造了可能;同时，在煤炭市场持续低迷的大环境下，为企业实现多种经营模式创造条件，缓解由于煤炭价格下降带来的经济影响。

关键词：分布式;低浓;瓦斯发电;应用

1 系统概述

胡底瓦斯抽放泵站抽放的低浓度瓦斯现尚未利用，全部对空排放，不仅浪费资源，而且污染大气环境。建设低浓度瓦斯发电站，可以充分利用煤矿低浓度瓦斯资源，从根源上防止瓦斯事故，为促进矿山资源的合理开发和综合利用发挥其有效作用，减少煤矿处理排出气体的开支，降低煤矿的生产成本，为其改善生产条件创造了可能;同时，在煤炭市场持续低迷的大环境下，为企业实现多种经营模式创造条件，缓解由于煤炭价格下降带来的经济影响。

为了充分利用低浓度瓦斯，金驹煤电化有限公司建成了胡底布式低浓度瓦斯发电站--胡底瓦斯发电站。该电站就地利用胡底矿瓦斯抽放站抽放的10%-15%的低浓度瓦斯发电，低浓度发电装机容量10.3MW，就地利用低浓瓦斯、就地并网发电。2018年3月1日开工建设，2018年3月12日并网运行。

2 主要研究内容

目前全国低浓度瓦斯发电处于研究、发展阶段，胡底瓦斯发电站作为分布式低浓瓦斯电站，研究选用低浓度瓦斯安全输送装置，就近实现抽放的10%-15%低浓度瓦斯利用并网性质采用“自发自用，多余上网”的分布式电站，直接在蒲池35kV变电站并网运行，实现资源的综合利用。

3 系统介绍

3.1 机组布置方式

机组本体及辅助系统安装在特定的集装箱内及集装箱顶部，出厂前测试合格后将集装箱顶部设备拆分装箱运输，到现场后拼装并整体吊装至机组集裝箱基础上，在完成外部接管、接线后，即可进入调试阶段，具有占地小、工期短、安装和搬迁较为方便等优点。同时集装箱式发电机组可依据煤矿的服务年限和瓦斯抽采情况，随时吊运到需要的地方，灵活、方便、实用。集装箱式瓦斯内燃发电机组将集装箱、发电机组、控制屏、散热水箱、外接排气管系、立式消声器等全部电厂构成单元集成为一个标准化建站模块，自动化程度高，适应能力强，运行可靠。

3.2 瓦斯输送工艺选择与工艺流程

3.2.1 瓦斯输送工艺选择

目前瓦斯发电用低浓度瓦斯管道输送工艺有三种：

自动喷粉抑爆输送工艺：通过对瓦斯管道燃烧或爆炸信息的探测，自动喷出干粉灭火剂将燃烧或爆炸传播过程中的火焰扑灭，抑制燃烧或爆炸火焰传播的装置。

细水雾输送工艺：地面煤矿低浓度瓦斯在管道内与细水雾全程连续混合输送，防止低浓度瓦斯输送管道内产生火源和抑制火焰传播的煤矿低浓度瓦斯安全输送装置。

气水两相流输送工艺：其特征是在地面正压瓦斯输送管道内，水流环绕输送管道的内壁连续流动，形成环形水流，低浓度瓦斯气体流动在所述环形水流所形成的环形水封中，沿所述瓦斯气体的输送方向上每隔一段以柱状水团隔断气流，形成气流的端面水封，低浓度瓦斯气体在所述环形水流及端面水封中形成间歇性柱塞气流。

3.2.2 瓦斯输送工艺流程

低浓度瓦斯输送自动喷粉抑爆系统，用于低浓度瓦斯管道的出、入口火源点能引起爆炸危险的地方，能迅速熄灭管道内爆炸火焰，控制住管道爆炸，以便保护整个低浓度瓦斯管网及上游抽放站的安全。其工艺流程为：

瓦斯→抽放泵站→水封式阻火泄爆装置→瓦斯自动阻爆装置→自动喷粉抑爆装置→水封式阻火泄爆装置→冷冻脱水装置→压力传感器和火焰传感器→丝网过滤器→瓦斯发电机组燃气阀组。

3.3 安全保护措施

安全保障系统应用了多级阻火技术包括：水封式阻火泄爆装置、自动阻爆装置、自动喷粉抑爆装置，同时系统配套信号传输分站和矿用隔爆兼本质安全型可编程控制箱使用。所谓被动阻火是指当瓦斯输送过程中产生爆炸火焰时，阻火装置安全的将爆炸火焰阻在前端，不向后面传播，从而保证输送管道和发电机组的安全。在输送系统中安装有多级阻火泄爆器和湿式安全放散装置等安全保障设施，并采用自动喷粉抑爆输送技术以确保低浓度瓦斯输送系统安全稳定运行。

3.4 发电工艺流程

瓦斯抽放站管道引来的瓦斯气在输送过程中经阻火、过滤、再阻火、脱水、再过滤等一系列安全措施和处理后，燃气进入内燃机进气系统，燃气与空气在气缸内混合点火燃烧，产生动力驱动发动机曲轴旋转，发动机曲轴将动力传给交流发电机，再由发电机将动力转换成电能输出。

3.5 余热利用系统

发电机组尾气脱硝后排烟温度为424℃左右，通过烟气--水余热锅炉热交换器换热后烟气温度变为140℃左右，烟气质量：6748kg/h，排烟的比热容按烟道气体计算（烟道气体的成分CO2=13%，H2O=11%，N2=76%，在100℃～600℃的平均定压比热容为（1.134kJ/kg℃），每小时可利用排烟余热（424-140）×1.134×6748=2173MJ，2173/3.6≈604kW。考虑烟道、余热锅炉散热、传热损失等（按20%损失考虑），二期8台机组供热能力为4.2MW，可产生低压饱和蒸汽量6.0t/h，可作为胡底工业场地的补充热源。

3.6 烟气净化系统

燃气发动机尾部进行烟气脱硝，尾气处理装置即低浓度瓦斯发电机组尾气脱硝装置（SCR选择性催化还原系统），原理是在催化剂的作用下，将氮氧化物NOX转换成无害的氮气（N2）和水（H2O）的装置，实现脱硝后烟气中的NOx≤250mg/m3。

4 主要经济指标

①装机容量：8×1.3MW;②年利用小时数：6930h;③年发电量：7207.2×104kWh;④年供电量：6918.9×104kWh（厂用电率4%）;⑤年供热量：15.65×104GJ;⑥年消耗矿井纯瓦斯：1898×104m3;⑦二氧化碳减排当量：33.69×

104t;⑧年节约标煤：2.644×104tce;⑨综合热效率：40%。

5 结论

综上所述，该项目投运后，实现了爆炸范围内的低浓瓦斯的有效利用，减少了温室气体的排放量，增加了上网电量。自投运以来，运行相对稳定。年可利用煤矿低浓度瓦斯1898万标方，二氧化碳减排当量33.69万t，发电量7207.2万度，供电量6918.9万度，年供热量15.65万吉焦。

参考文献：

[1]徐怀阁，宋永亮，刘增宝，边红星.煤矿低浓度瓦斯发电可行性研究[J].煤炭技术，2019（11）：129-131.

[2]武青梅.煤矿低浓度瓦斯发电技术现状及展望[J].能源与节能，2018（9）：48-49.

作者简介：

贺磊鹏（1986- ），男，山西晋城人，本科学历，助理工程师，研究方向：高低浓度瓦斯发电及电气工程。