CN104500158B - 一种低浓度煤层气或瓦斯发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低浓度煤层气或瓦斯发电系统，低浓度煤层气或瓦斯在多孔介质燃烧器中燃烧，在蒸汽锅炉内释放出热量，加热给水，蒸汽进入螺杆膨胀机带动发电机发电，对发电机做完功的乏汽一部分进入供热换热器内，由供热循环水泵供给循环水将乏汽的热量带走，乏汽凝结成水后通过管道进入给水泵，做完功的乏汽另一部分进入大气式凝汽器，通过循环冷却水将热量带走，凝结水通过管道进入给水泵，给水泵将水输送至省煤器中，水在省煤器内吸收低浓度煤层气或瓦斯燃烧产生的烟气的热量升温后，进入蒸汽锅炉内被加热变成饱和蒸汽再次进入循环过程。本发明的有益效果是本发明的低浓度煤层气或瓦斯发电系统提高了低浓度煤层气或瓦斯利用率和能效。
Description
技术领域
本发明属于燃气发电技术领域，涉及一种低浓度煤层气或瓦斯发电系统。
背景技术
我国煤层气(瓦斯)资源丰富，距地表以下2000m内的储量约为35万亿m3，仅次于俄罗斯和加拿大。但我国煤矿煤层气(瓦斯)利用率很低。根据统计数据，2013年我国煤层气(瓦斯)抽采量156亿立方米，利用66亿立方米，利用率仅为42.3％，主要原因在于(1)煤层气(瓦斯)浓度低。我国50％以上的抽采煤层气(瓦斯)浓度在10％以下，其中又有大部分浓度低于5％。现有的内燃机发电技术要求浓度必须大于8％，才能保证稳定运行；燃气轮机技术要求煤层气(瓦斯)浓度更高，需达到40％以上，才能正常燃烧发电；(2)煤层气(瓦斯)参数波动大。随着抽采过程的进行，煤层气(瓦斯)浓度和产量波动较大。煤层气(瓦斯)抽采过程中，浓度高时可以达到80％，低时在5％以下，经常导致内燃机、燃气轮机等现有发电机组长期停机。因此，内燃机、燃气轮机等现有低浓度煤层气(瓦斯)发电技术不能很好地适应我国煤矿煤层气(瓦斯)浓度低和波动大的特点，导致我国煤矿煤层气(瓦斯)利用率偏低。
在成功研发了低浓度煤层气(瓦斯)燃烧器和低浓度煤层气(瓦斯)锅炉的基础上，结合螺杆动力发电技术，发明低浓度煤层气(瓦斯)发电技术，满足矿区对热电冷的用能需求。和现有技术相比，使煤层气(瓦斯)可利用浓度大大降低，对我国煤层气(瓦斯)浓度低和波动大的特点具有优良的适应能力，同时具有效率高、污染小的优势，将大大提高我国煤层气(瓦斯)的利用率，从而以利用促抽采，对保障煤矿安全也具有重要的意义。
本发明，将多孔介质燃烧技术、低浓度煤层气(瓦斯)锅炉技术与螺杆膨胀动力机组相结合，实现低浓度煤层气(瓦斯)燃烧与发电，使低浓度煤层气(瓦斯)的可利用浓度降低到3％，对煤层气(瓦斯)浓度、成分和流量的波动有较好的适应性，将大大提高低浓度煤层气(瓦斯)的利用率。同时，该技术可以实现热电冷联供，满足矿区对蒸汽、热、电、冷的需求，实现能量梯级利用，总能利用效率提高到85％。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低浓度煤层气或瓦斯发电系统，解决了现有煤层气(瓦斯)发电系统对低浓度煤层气(瓦斯)利用率低的问题。
本发明所采用的技术方案是包括蒸汽锅炉，低浓度煤层气(瓦斯)通过低浓度煤层气(瓦斯)燃烧器燃烧，在低浓度煤层气(瓦斯)锅炉炉膛内释放-热量，加热给水，锅炉连接螺杆膨胀机，锅炉产生低压的饱和蒸汽进入螺杆膨胀机，螺杆膨胀机将热能转换成动力，带动发电机发电，做完功的乏汽一部分进入供热换热器内，释放出的热量被供热循环水带走，乏汽凝结成水后进入凝汽器热井，做完功的乏汽另一部分进入大气式凝汽器，凝结成凝结水，释放的热量被循环冷却水带走，凝结水经给水泵输送至省煤器中，水在省煤器内吸收低浓度煤层气(瓦斯)燃烧产生的烟气的热量升温后，进入锅炉内被加热变成饱和蒸汽再次进入循环过程。
进一步，所述锅炉为燃烧低浓度煤层气(瓦斯)的低压蒸汽锅炉。
进一步，所述大气式凝汽器当需要供热时，采用大气式除氧方法除去凝结水含有的氧气，当不需要供热时，采用真空除氧方式。
进一步，所述供热换热器的热源是锅炉出口的饱和蒸汽，或者是螺杆膨胀机中间抽汽。
进一步，当低浓度煤层气(瓦斯)流量大，锅炉汽源稳定时，采用汽轮发电机代替螺杆膨胀机。
本发明的有益效果是本发明的低浓度煤层气(瓦斯)发电系统大大提高了煤层气(瓦斯)利用率和能效。
附图说明
图1是本发明一种低浓度煤层气或瓦斯发电系统结构示意图。
图中，1.蒸汽锅炉，2.螺杆膨胀机，3.发电机，4.供热换热器，5.供热循环水泵，6.大气式凝汽器，7.冷却水循环泵，8.给水泵，9.省煤器。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明用多孔介质过焓燃烧技术燃烧低浓度煤层气(瓦斯)，与蒸汽锅炉1相结合产生低压饱和蒸汽，驱动螺杆膨胀机2做功带动发电机3发电，同时，余热用来制冷和供热，在矿区实现分布式冷热电联产联供。该技术一方面利用过焓燃烧技术，可以实现浓度大于3％的低浓度煤层气(瓦斯)的清洁高效燃烧，和现有的煤层气(瓦斯)发电技术相比，该燃烧技术大大扩展了煤层气(瓦斯)可利用浓度范围，根本上解决低浓度煤层气(瓦斯)的利用问题；另一方面，利用螺杆膨胀机2发电技术，与高效换热和吸收式制冷技术相结合，进行冷热电联产联供，该技术可以提高煤层气(瓦斯)发电效率，实现能源的梯级利用，具有巨大的节能减排效益。
本发明系统如图1所示，包括蒸汽锅炉1，低浓度煤层气(瓦斯)通过低浓度煤层气(瓦斯)燃烧器燃烧，在蒸汽锅炉1的炉膛内释放出热量，加热给水，蒸汽锅炉1连接螺杆膨胀机2，蒸汽锅炉1产生低压的饱和蒸汽进入螺杆膨胀机2，螺杆膨胀机2将热能转换成动力，带动发电机3发电，发电机3产生的电力经过外部的变压设备供给外部的用户或送入外部电网。对发电机3做完功的乏汽一部分进入供热换热器4内，供热换热器4由供热循环水泵5供给循环水，循环水将乏汽释放的热量带走，乏汽凝结成水后通过管道进入给水泵8，做完功的乏汽另一部分进入大气式凝汽器6，冷却水循环泵7提供循环冷却水给大气式凝汽器6，进入大气式凝汽器6的乏汽凝结成凝结水，释放的热量被循环冷却水带走，凝结水通过管道进入给水泵8，给水泵8将水输送至省煤器9中，水在省煤器9内吸收燃烧产生的烟气的热量升温后，进入蒸汽锅炉1内被加热变成饱和蒸汽再次进入循环过程。蒸汽锅炉1为燃烧低浓度煤层气(瓦斯)的低压蒸汽锅炉。
低浓度煤层气(瓦斯)燃烧器采用多孔介质过焓燃烧技术燃烧低浓度煤层气(瓦斯)。大气式凝汽器6内采用大气式除氧方法除去凝结水含有的氧气。这样就完成了一个热力循环，将煤层气(瓦斯)的化学能转换成电能。生产过程中损失的水，依靠软化水装置制取的软化水在凝汽器下面的热井处补充。
本发明主要设备参数和工艺流程要求如下：
1.锅炉1为双锅筒纵置、低压蒸汽锅炉，由于配备了低浓度煤层气(瓦斯)燃烧器，可以燃烧浓度3％以上的煤层气(瓦斯)。锅炉蒸汽饱和蒸汽，压力为1.3-3Mpa，温度190-230℃，以满足螺杆膨胀机2对蒸汽压力和温度的要求。
2.发电机组由螺杆膨胀机2配以相应大小的发电机3构成。
3.采用大气式凝汽器6，乏汽侧参数为表压0.02MPa，温度105℃,适于大气式除氧。大气式凝汽器6既可以将饱和湿蒸汽凝结成水，又能除去水中溶解的氧气，兼做除氧器，这样，系统不需要安装单独的除氧器，简化了系统。大气式凝汽器6内蒸汽释放的热量被循环冷却水带走。循环冷却水再通过自然通风或机械通风方式冷却。
4.供热蒸汽从乏气出口取出,经过供热换热器4加热供热循环水。供热循环水被加热到95℃,由供热循环水泵5输送给热用户。当热用户需要高压蒸汽时，可从螺杆膨胀机2中部抽气口抽出一部分气体，依靠抽气供热，也可以由锅炉蒸汽出口取出。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (1)
1.一种低浓度煤层气或瓦斯发电系统，其特征在于：包括蒸汽锅炉(1)，锅炉(1)为双锅筒纵置、低压蒸汽锅炉，低浓度煤层气或瓦斯在多孔介质燃烧器中燃烧，在蒸汽锅炉(1)的炉膛内释放出热量，加热给水，蒸汽锅炉(1)连接螺杆膨胀机(2)，蒸汽锅炉(1)产生低压的饱和蒸汽进入螺杆膨胀机(2)，螺杆膨胀机(2)将热能转换成动力带动发电机(3)发电，做完功的乏汽一部分进入供热换热器(4)内，供热换热器(4)由供热循环水泵(5)供给循环水，循环水将乏汽的热量带走，乏汽凝结成水后通过管道进入给水泵(8)，做完功的乏汽另一部分进入大气式凝汽器(6)，大气式凝汽器(6)，乏汽侧参数为表压0.02MPa，温度105℃，冷却水循环泵(7)提供循环冷却水给大气式凝汽器(6)，进入大气式凝汽器(6)的乏汽凝结成凝结水，释放的热量被循环冷却水带走，凝结水通过管道进入给水泵(8)，给水泵(8)将水输送至省煤器(9)中，水在省煤器(9)内吸收低浓度煤层气或瓦斯燃烧产生的烟气的热量升温后，进入蒸汽锅炉(1)内被加热变成饱和蒸汽再次进入循环过程，生产过程中损失的水，依靠软化水装置制取的软化水在凝汽器下面的热井处补充；
所述蒸汽锅炉(1)为燃烧低浓度煤层气或瓦斯的低压蒸汽锅炉；
所述大气式凝汽器(6)当需要供热时，采用大气式除氧方法除去凝结水含有的氧气，当不需要供热时，采用真空除氧器；
当低浓度煤层气或瓦斯流量大，锅炉汽源稳定时，采用汽轮发电机代替螺杆膨胀机(2)。
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