汝箕沟煤矿瓦斯电厂余热综合利用实践

摘要：简介了瓦斯发电机组烟气余热利用原理和应用效果，结合汝箕沟煤矿实际分析了瓦斯发电机组烟气余热利用的途径和经济效益，并探讨了瓦斯发电机组烟气余热利用的发展方向。

关键词：余热利用 余热锅炉应用效果 节能减排 环境保护

1 国内可燃副产气利用现状

我国钢铁、有色、煤炭、建材、化工、纺织等行业的余热余压以及其他余能没有得到充分利用，如钢铁企业的焦炉气、高炉气、转炉气，煤矿的煤层气，焦化企业的焦炉气等可燃副产气，大量放空，造成能源的严重浪费，同时也污染了环境。随着国家政策扶持带动新能源热潮，发展利用新能源势头强劲，越来越多的余热余压能源在节能减排工程中得到利用，特别是煤炭行业推广瓦斯抽采技术和瓦斯利用技术，逐步建立煤层气和煤矿瓦斯开发利用产业体系。到2010年，全国煤层气（煤矿瓦斯）产量达100亿立方米，其中，地面抽采煤层气 50亿立方米，利用率100%；井下抽采瓦斯50亿立方米，利用率 60%以上。

2 瓦斯发电机组烟气余热的用途

2.1 余热采暖

瓦斯发电机组余热采暖是在发电机组烟道出口加装一套余热回收装置，热水循环泵将软化水送到余热回收装置，经加热的软化水供给采暖户，冷却水再被送到余热回收装置加热，如此一直循环。

2.2 余热供应洗浴热水

在余热采暖的基础上加装——套水——水热交换器，被循环加热的软化水通过水——水热交换器将洗浴用水加热。

2.3 余热制冷

余热制冷的典型代表是溴化锂吸收式制冷，吸收式制冷和压缩式制冷的主要差别在于用蒸汽发生器——吸收器装置代替了压缩机。用蒸汽发生器吸收瓦斯发电机组烟气热量。

3 余热吸收装置——余热锅炉特点

目前理想的瓦斯发电机组烟气余热回收装置是针型管余热锅炉。该装置采用针型管强化传热元件扩展受热面，同时烟气流经针型管表面时形成强烈的紊流，起到提高传热效率和减少烟灰积聚的作用。该余热锅炉具有结构简单、热效率高、运行寿命长、安全可靠、维护方便等优点。

4 余热锅炉应用效果——余热效益

在有高温燃气的地方，如：水泥厂、玻璃厂、铝厂、发电站等，通过余热锅炉回收余热能量为客户提供生产或生活用热水、蒸汽，以下以燃气发电机组的余热为例作说明。

目前，燃气发电机组消耗燃料的能量只有约30-35%被发电机组转化为电能，约有30%随废气排出，25-30%被发动机冷却水带走，通过机身散发等其它损失约占10%左右，排气和冷却水损失的能量比有用功还多。我国目前占燃气发动机燃料近55%热值的排气余热和冷却水余热资源基本上被白白浪费掉，而在西方国家，燃气机余热80%以上已被利用。目前随着国内能源供应日益紧张，节能、降耗，提高能源利用率越来越引起人们重视，燃气机余热利用是必然趋势。

在燃气机组发电的同时，以机组的高温排气为热源，通过余热锅炉产生热水（或蒸汽），以一台500GF1-3RW瓦斯发电机组为例，排烟温度为500℃左右，通过“烟气余热锅炉”，吸收排烟余热，1台机组可产生354.5kg/h压力是0.4MPa的饱和蒸汽（饱和温度133℃），或每小时12吨热水(以升温20度计)。为企业环保节能创造价值。

5 汝箕沟煤矿瓦斯电厂余热利用实践

汝箕沟煤矿瓦斯电厂远期规划安装32台瓦斯发电机组，现安装有24台500GFl－3RW型瓦斯发电机组，在每台瓦斯发电机组烟气管道上安装一台KNPT04-500针型管余热锅炉。

5.1 24台针型管余热锅炉每小时回收热能量

烟道出口烟气温度550℃；经针型管余热锅炉换热后烟气温度为150℃，烟气由550℃降为150℃时，每小时释放的热量为：

Q=CMρ(T1-T2)=1.180MJ/h

式中，C为烟气比热，1.076kJ/kg℃；M为烟气流量，2130m3/h；ρ为烟气密度，1.293kg/m3；Tl为烟道出口烟气温度，550℃；T2为针型管换热后烟气温度，150℃。

考虑机组负荷率取为80%，运转率取为80%，针型管烟气换热器换热效率为95％，24台机组每小时可回收热量：

Qz=24Q×80%×80%×95％≈17218MJ/h≈4.78MW。

5.2 所回收热量可供采暖面积

每平方米取暖所需热量为250kJ／(m2·h)，则余热回收的热量可供暖的面积为：Qη2/A=61984m2

式中，Q为24台机组可回收热量，MJ/h；

A为每平方米采暖面积小时需用热量，250kJ／(m2·h)；

η2：为供热管网效率，取90％。

5.3 所回收热量可供洗浴热水量

供到水一水热交换器的地下水温度为20℃，热交换后水温达到50℃供洗浴用，即水温提高了30℃。每小时可供50℃的热水量为：

Qz/A2=137m3

每天可供50℃热水量3288m3。

式中，Qz为24台机组每小时可回收热量，kJ/h；A2：为每立方水提高30℃需用热量，1.25×105kJ/(m3·h)。

5.4 汝箕沟煤矿瓦斯电厂余热利用现状

汝箕沟煤矿地处山区，平均海拔2000m左右，地理环境和气候条件较差，矿区全年采暖期为6个月。比本地区规定的供暖时段分别提前半月和延长半月。

我矿现有供暖锅炉和供热负荷分三大部分即：

①阴坡锅炉房周边的建筑和工业设施：以饱和蒸汽为热源，运行两台十吨蒸汽燃煤锅炉，定为A区。

②大楼锅炉房周边建筑：以热水为热源，运行一台六吨热水燃煤锅炉，定为B区。

③副斜井热风炉是以燃烧瓦斯锅炉为热源的部分，定为C区。A区B区合计总建筑面积为4.2万平方米，总的耗热量为288.81×104kcal即3.4MW。

2009年根据瓦斯发电厂余热利用规划，利用瓦斯发电厂方提供的余热对全矿锅炉采暖系统进行改造，目前24台发电机组通过余热锅炉热能总量为4.78MW，完全可以满足矿区冬季采暖所需热量。余热利用系统选用4台BR-6型板式换热器，停运原有的蒸汽和热水锅炉，新建2座换热站进行供热循环，供暖最远距离为1000m。由于地处山区，系统的自然落差较大，为保证系统末端不超压，必须为末端负荷采取降压措施。措施之一是在大楼锅炉房换热站设置调压和报警装置。但调压必须在供回水管道上同时进行，如果一旦调压装置失效(供回水管道调压器任意之一)，将可能造成末端负荷的管道或散热器破裂，造成故障。同时调压装置会对后部管道的供热能力造成影响。所以建议增加大楼锅炉房“汽-水”换热器的换热面积，改为“水-水”换热，通过换热器，将水位落差造成的静压进行分段隔离，保证系统运行的安全。同时考虑瓦斯电厂也有不可预见的停机检修的可能。所以矿区原有的供暖设备和配套设施及其功能必须完整保留，作为备用的供热热源。并且需要在阴坡锅炉房安装“汽-水”换热器，在启运备用蒸汽锅炉时，将锅炉热能通过“汽-水”换热器输入供热管网。以确保供暖系统安全正常运行。

经过一年的试运行，达到了预期的采暖供热要求和节能减排的目标。解决了原燃煤锅炉汽暖系统供暖距离远，供暖不足等问题，为职工营造了舒适的休息、娱乐环境。夏季，利用瓦斯发电机组烟气余热供应职工洗浴用水，满足了职工洗浴需求，实现了夏季燃煤锅炉停运。每年节约标煤：47916 吨。年减排温室气体：60.22万吨CO2当量。

6 经济效益分析

6.1 我矿燃煤锅炉年运行费用

①锅炉耗煤量费用

4000吨/年×700元/吨(成本价)=280万元

②锅炉用水量费用

100m2/班×3班×30天×6月×3.4元/m2＝18.36万元

③锅炉耗电量费用

310KW×20小时×30天×6个月×0.4元/KW＝44.64万元

④维修计量、质检费用及化学药剂费用平均每月10000元，6个月费用6万元

总计费用：349(万元)

6.2 瓦斯电站余热利用供暖改造费用

①瓦斯发电厂至各热用户的主干管￠325--￠48的保温管总计3800米，共计费用80.15万元。

②循环泵房水泵投资费用为35.845万元。

③各热用户蒸汽系统改造为热水系统费用为5.38万元。

④暖沟费用为62.3万元。

⑤安装费用为22.34万元。

总计费用：206万元

6.3 经计算，当年可收回全部投资，今后每年可节省349万元支出。

7 结语

瓦斯发电机组烟气余热利用使矿井资源得到充分利用，改善了煤矿安全生产条件，矿山环境得到有效保护，实现了企业的节约发展、清洁发展和可持续发展，创造了良好的经济、环保和社会综合效益。

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