瓦斯发电机组余热回收综合利用方法分析

（中煤昔阳能源有限责任公司瓦斯发电厂，山西 晋中 045300）

我国煤与瓦斯突出的矿井基本建立了煤层瓦斯抽采及瓦斯利用系统。设备瓦斯发电机组是瓦斯抽采利用的主要设备，在瓦斯发电机组工作过程中产生的高温烟气和冷却介质余热等，却没有被充分利用，综合利用效能不足。因此，如何解决瓦斯发电机组余热的二次深度利用问题，对提高综合能效非常重要。

一、瓦斯发电机组烟气和缸套冷却循环水余热系统现状

瓦斯发电机组在运行发电过程中产生及排放出大量高温烟气，而其自带冷却系统远不能满足机组散热的需求，且大大降低了机组发电运行效率和使用寿命。对于瓦斯发电机组，燃料的能量有约35%被瓦斯发电机组转化为电能，其他约有30%的气体燃料随高温烟气排出，25%被发动机冷却水带走，通过自身散发等其他因素损耗的约占10%，而这其中约一半的能量是可以被二次利用的。根据计算，瓦斯发电机组每提供100 kW 的电，所排出的尾气余热可满足2500 m3的洗浴和采暖用水。由此可见，若将浪费的热能回收加以利用，不仅可提高能源利用率和设备运行效率，降低生产支出成本，还可减少CO2 以及各种有害气体的排放。

某瓦斯电厂现有8 X 2MW 燃气发电机组配8 x 1.25MW 余热热水换热器。余热换热器产生热水供站区建筑采暖及储气柜加热，与煤矿换热站之间循环供矿区洗浴和建筑采暖，附近村庄采暖；瓦斯发电机组缸套冷却水中的热量未进行利用，全部通过远程散热水箱排入大气。

二、余热回收综合利用

瓦斯发电机组的余热综合利用包括发电机组高温烟气余热利用和发电机组缸套冷却水余热利用。

针对瓦斯发电机组高温烟气热量较为充足的特点，通过瓦斯发电机组排烟口加装余热回收装置(即余热换热器和板式换热器)，用于收集高温烟气。

针对瓦斯发电机组缸套冷却水热量较为充足的特点，利用2 台瓦斯发电机组的缸套冷却水汇入1 台ORC（采用“天加热能”有机朗肯循环 (ORC) 发电系统）余热发电系统进行余热发电，在ORC 机组内部缸筒冷却水降温，降温后对瓦斯发电机组进行冷却。该发电系统可实现装机容量280kw，满足不同工况下余热资源利用。

三、余热回收系统优势

系统改造后实现节能，变废为宝，既解决了散热负担且全年无运行费用产生；运行稳定，经计算此系统产生的热量完全能满足煤矿生活热水所有热量需求，设备采用热交换原理，设备运行可靠；精准控制确保发电机正常运行，热回收系统采用精准水温控制，误差小，烟道排烟温度合理，不会改变排烟成分和状态 (气态) 。

四、系统运行方式要求

瓦斯发电机组高温烟气余热回收采用8 台卧式强制循环余热换热器，换热量25.8t/h，出口水温110℃，压力0.7MPa 进口烟气温度480℃，排烟温度≤160℃。换热器出口热水管路采用母管制，该母管即为对外供热一次管网，每台换热器出口热水管道汇入供热一次管网。换热器产生热水在供热一次管网上分一路支管道送至辅助间换热机组供站区建筑采暖及储气柜加热，另分出一支路送至附近村庄采暖，主管路在电厂与煤矿换热站之间循环，其循环动力由三台热网循环泵（一用两备）提供 。热网循环泵电机功率30KW、扬程70m、流量94 m³/h。燃机排出的高温烟气经三通门进入余热锅炉烟气空间换热，换热后的烟气（≤160℃）经烟囱排入大气。余热换热器停运时烟气可经三通门、消音器及旁通烟道排入大气。

瓦斯发电机组缸套冷却水余热回收系统主要由热水系统、ORC 发电系统和冷却水循环系统共三部分组成。1.热水系统：2 台瓦斯发电机组的缸套冷却水出水约95°C,经过汇合后直接进入1 台ORC 余热发电系统进行余热发电，在ORC 机组内部热水温度被降低至82°。同时设有热水冷却旁路(原有热水冷却器)，以防止ORC 机组停机造成发电机组过热损坏，热水管路设计流量计、温度传感器、气动调节阀门等监测热水流量、温度随时保证瓦斯发电机组正常工作。2.ORC 发电系统：瓦斯发电机的缸套冷却水出水约95°C 热水进入ORC 余热发电机组的蒸发器，加热有机工质使之变成高压蒸汽工质。高压蒸汽工质则进入透平发电机，将低品位热能转化为高品位电能，成为低压蒸汽。从透平出来的低压蒸汽工质，进入冷凝器，经冷却水冷却成为低压液体。从冷凝器出来的低压液体，进入工质泵，经工质泵增压，进入蒸发器完成整个发电循环。3.冷却水循环系统：整个发电装置附属系统含循环冷却水系统，包括冷却塔、循环水泵及管道阀门。循环冷却水经冷却水泵送入机组冷凝器冷却有机工质，再回到冷却塔向外排热。

总结：通过对上述的内容进行分析研究后可以得出，通过一系列优化设计，保证了余热回收综合利用系统能够科学有效的运行，合理利用瓦斯发电机机组余热中高低品位热量，是一种非常经济的节能降耗方法。