低浓度瓦斯发电气体预处理工艺选择及应用效果分析

麻 磊

（山西汾西矿业集团新能源开发有限责任公司，山西 介休 032000）

低浓度瓦斯气体中难以避免会含有粉尘、水等杂物，当水进入到发电机组内时，气缸内水会随着发电机组工作出现周期性沉淀、凝结，从而造成火花塞、中冷器等设备产生锈蚀，不仅会影响设备使用寿命而且需频繁地更换火花塞等零配件[1-2]。为保护发电机组气缸等部件运行可靠性，瓦斯发电机组一般配备有精密过滤器，从而对低浓度瓦斯气体中含有的粉尘、水等进行过滤[3-6]。精密过滤器在长时间使用后会导致滤网被粉尘、水膜等覆盖，从而增加瓦斯运输阻力损失，现场应用过程中需要频繁的停机更换滤网。

1 低浓度瓦斯预处理对发电机组改善作用分析

对低浓度瓦斯进行处理是实现低浓度瓦斯气体脱水、过滤等重要技术手段，处理后的瓦斯气体品质可满足发电机组气源需要[7]。山西某矿建设有8 台功率500 kW 低浓度瓦斯发电机组，受气源品质差影响发电机组需要频繁进行停机维护，存在发电效率低、后续维护费用高等问题。矿井在后续低浓度瓦斯发电系统增加布置气体预处理装置，实现脱尘、脱水，现场应用后瓦斯发电机组运行效率得以明显提升，年发电时长由5 000 h 提升至6 000 h；润滑油更换时间间隔由750 h 提升至1 500 h；同时由于瓦斯气体品质增加，机组内水集聚情况得以明显改善，避免了内部火花塞、中冷器以及缸套等设备锈蚀问题，避免机组频繁停机维护问题。

对低浓度瓦斯品质改善后，瓦斯燃气值更高，机组点火成功率有所提升，发电机组运行效率由改造前的76%提升至84%，加之发电机组运行时间增加，从而使低浓度瓦斯年发电量由1 529 万kWh 提升至1 937 万kWh，发电量增幅27.3%。

2 低浓度瓦斯预处理工艺分析

2.1 电制冷脱水预处理

该工艺方案通过风冷式冷水机为低浓度瓦斯预处理提供冷源，通过一次换热器、二次换热器的凝结脱水以及升温降湿等作用，来达到降低低浓度瓦斯气体相对湿度目的。低浓度瓦斯进入预处理单元后，首先采用除尘过滤器进行处理，从而去除瓦斯气体中大颗粒粉尘以及部分水；随后经一级热换热器进行冷凝脱水处理，将低浓度瓦斯露点温度保持在15 ℃～20 ℃；最后通过二级回热换热器增加低浓度瓦斯气体浓度，从而将低浓度瓦斯气体相对湿度降低至80%以内。具体电制冷脱水工艺处理流程见图1 所示。

图1 电制冷脱水工艺处理流程

电制冷脱水具有工艺技术成熟、预处理效果显著等优点，但是现场使用时会产生一定的电能消耗；此外，在低浓度瓦斯预处理系统中同时使用冷凝热换、回热工艺，会导致低浓度瓦斯输送系统存在较大的瓦斯输送阻力损失，一般阻力损失在3 kPa～4 kPa。

2.2 吸收式脱水预处理

该工艺方案是使用吸收剂对低浓度瓦斯中携带的气态、液态以及粉尘等进行吸附处理，在气体除湿领域中具有广泛应用。低浓度瓦斯气体首先使用除尘脱水器去除大颗粒粉尘、液态水等，后低浓度瓦斯从吸收塔底部进入并与塔内喷淋的吸收液进行逆流接触，从而将气体中携带的气态水转移至吸收液内，从而使得从塔顶排出的低浓度瓦斯气体质量满足需要。具体吸收式脱水处理工艺流程见第103 页图2 所示。

图2 吸收式脱水处理工艺流程

吸收式脱水工艺具有能耗低、阻力小等优点，阻力可控制在1 kPa～1.5 kPa 以内，可满足低浓度瓦斯运送需要，由于技术较为新颖，在低浓度瓦斯预处理中应用案例较少。

2.3 预处理工艺对比分析

为了对比分析电制冷脱水预处理、吸收式脱水预处理两种技术工艺在矿井低瓦斯发电中应用性，本文针对山西某矿井低瓦斯发电站瓦斯进行预处理分析。具体该矿低瓦斯发电站瓦斯利用量为1.5 万m3/h，装机功率7.5MW，为提高低瓦斯发电机组利用率，需要低瓦斯进行预处理。根据现场情况，归结起来两种低瓦斯预处理工艺技术及经济对比结果见表1 所示。

表1 技术及经济对比表

从表1 看出，电制冷脱水预处理工艺具有技术程度、预处理效果稳定以及现场应用广泛等优点，但是受到预处理工艺中冷凝换热器以及回热器等设备影响，系统内阻力相对较高，对瓦斯输送压力较低或者对发电机组对进气压力有较高要求时，此种预处理工艺难以满足需要；吸收式脱水预处理工艺具有技术先进特点，同时处理效果也较为显著，对瓦斯输送阻力影响也较小，可以满足现阶段矿井低浓度瓦斯输送压力偏低现状。虽然吸收式脱水预处理工艺要较电制冷脱水预处理工艺设备综合投入要高，但是处理成本以及运行成本等均有所降低，从长远角度分析，采用吸收式脱水预处理工艺可更好的满足低浓度瓦斯发电瓦斯预处理需要。

3 结语

低瓦斯发电对提高矿井经济效益，改善矿区环境质量以及减少温室气体排放等均有一定的促进意义。低浓度瓦斯中含有的水、粉尘等杂质会影响瓦斯发电机组运行效率，降低设备时间等问题，通过预处理去除低浓度瓦斯中含有的水、粉尘等可在一定程度上提升瓦斯发电机组工作效率。为此，本文就对现阶段低浓度瓦斯预处理工艺工作原理、技术及经济等进行综合分析，并指出吸收式脱水预处理工艺可更好的满足低浓度瓦斯发电瓦斯预处理需要。