CN206738005U - 一种瓦斯发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及瓦斯发电装置，具体为一种瓦斯发电系统。解决现有瓦斯发电系统使用的瓦斯气气源浓度降低和原有机组进气压力大、安全性差、气耗率高、效率低等问题等问题，包括容纳有瓦斯气体的储气柜、风机、内燃发动机、燃气发电机、余热锅炉、汽轮机、汽轮发电机，储气柜通过输气管道连接风机、风机通过输气管道连接内燃发动机，内燃发动机连接燃气发电机、内燃发动机的散热端连接余热锅炉、余热锅炉 连接汽轮机、汽轮机连接汽轮发电机21，所述的内燃发动机为G3520C燃气发动机，风机为CRB‑300罗茨鼓风机。综合来说，本实用新型使用瓦斯浓度下限为30%，能够适应寺河矿因气源衰竭造成的井下瓦斯气浓度的下降，提高了安全系数。

Description

一种瓦斯发电系统

技术领域

本实用新型涉及瓦斯发电装置，具体为一种瓦斯发电系统。

背景技术

瓦斯，又称为煤层气，是和煤碳混合在一起的一种天然形成的气体。我国煤层气资源十分丰富，根据最新一轮资源评估结果，我国埋深2000米以浅的煤层气资源量达35-40万亿立方米，相当于450-550亿吨标煤，350-450亿吨标油，与陆上常规天然气资源量相当。是世界上继俄罗斯、加拿大之后的第三大储量国，占世界排名前12位国家资源总量的13%。

煤层气的主要成分是甲烷，甲烷在空气中的浓度达到5%－16%时，遇明火就会爆炸。因此，在煤矿开采中，瓦斯是造成事故的主要因素。煤矿开采中，瓦斯治理是保证安全的前提条件之一。目前我国要求在煤矿开采前，对煤层中赋存的瓦斯进行提前与抽放，将瓦斯排出，降低瓦斯含量，确保开采过程中瓦斯浓度不超标。在我国绝大多数地方，瓦斯都直接排入大气中。直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍。

根据瓦斯高燃值的特点，我们利用瓦斯作为燃料发电的原料。实现废物利用，而且环保。在煤矿建立瓦斯电厂，利用瓦斯进行发电，既可以有效地解决煤矿瓦斯事故、改善煤矿安全生产条件，又有利于增加洁净能源供应、减少温室气体排放，达到保护生命、保护资源、保护环境的多重目标。建设瓦斯发电站，对煤层气资源充分开发利用，不仅可以变废为宝、变害为利，还可以“以用促抽、以抽保用”，进一步加大煤层气抽采利用力度，强化煤矿瓦斯治理，减轻煤矿瓦斯灾害；在煤矿建立瓦斯发电站，将原来排掉的瓦斯和井下水利用来发电、供热，可变废为宝，节约资源，也贯彻了国家发展循环经济的国策，促进了企业建立循环经济体系，保障企业的可持续发展。

例如，例如山西省晋煤集团旗下的蓝焰煤层气开发利用公司已经成功上市，为煤企的转型发展起到了重要推动作用。瓦斯发电的基本原理是利用瓦斯燃烧产生的高热气体，再带动发电机工作。具体有燃气锅炉带蒸汽轮机发电，燃气轮机发电，燃气内燃机发电等方式。

燃气锅炉带蒸汽轮机发电为传统的火电机组形式，工艺技术成熟，运行可靠，它是采用锅炉来直接燃烧燃气，将燃气的热能通过锅炉内的管束把水转换为蒸汽，利用蒸汽推动蒸汽轮机再驱动发电机发电。系统的主要设备是燃气燃烧器、锅炉本体、化学水系统、给水系统、蒸汽轮机、冷凝器、冷却塔、发电机、变压器和控制系统，工艺流程比较复杂。优点是：对于燃料气体要求比较低，只要燃气燃烧器能够承受的气体，一般都可以适应，需要的燃气压力较低，因而燃气处理系统比较简单，投资少；缺点是：工艺复杂，建设周期比较长，必须消耗大量的水资源，占地比较多，管理人员也比较多，能源利用效率较低，通常不到20％。

燃气轮机是一种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机，它是从飞机喷气式发动机的技术演变而来的。 其主要结构有三部分：燃气轮机（透平或动力涡轮）；压气机（空气压缩机）；燃烧室。

其工作原理为：叶轮式压缩机从外部吸收空气，压缩后送入燃烧室，同时气体燃料也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀作功，推动动力叶片高速旋转，驱动发电机发电。燃气轮机具有效率高、单机功率大、体积小、运行成本低和寿命周期较长等优点；后面可加余热锅炉带蒸汽轮机联合循环发电，虽使系统复杂，加大占地面积，但可大大提高燃气的利用效率。目前，在以天然气为燃料的燃气电站中，基本采取这种燃气轮机的燃气--蒸汽联合循环发电形式。

燃气内燃机发电，随着瓦斯发电技术的发展，燃气内燃机开始作为瓦斯发电的主要设备，其具有系统简单、运行灵活、发电效率高、启动时间短、燃气供气压力低、对燃气浓度适应范围宽的特点；后面也可加余热锅炉带蒸汽轮机联合循环发电，虽使系统复杂，但可大大提高燃气的利用效率。是这种机组要求进气压力低，3～20kPa即可，适用瓦斯浓度范围广，甲烷的体积百分数在6%以上均可利用，这使得燃气内燃机在瓦斯发电方面获得了越来越广泛的应用。为了提高能源利用率，燃气内燃发电机组从最初的简单燃气循环发电，发展到燃气—蒸汽联合循环发电，现在又逐步向联合循环发电加热电冷联供系统发展。

燃气内燃发电机组发电的工作原理是：空气经过滤清器过滤，进入涡轮增压器增压，导入内燃机气缸内的混合器，瓦斯经过压力调节阀也进入混合器，两者混合后，通过电子点火爆燃做功后，推动活塞移动和曲轴转动，产生动力，带动发电机，再由发电机将动力转换成电能，经输变电装置输出。

晋煤集团寺河瓦斯电站原先选用6台由南方航空动力机械公司生产的 WJ6G1 型燃气轮机，每台发电功率2000kw，燃机排气排入6台余热锅炉，每台额定蒸发量6t/h，锅炉产生蒸汽带动一台N3-1.275低压冲动凝汽式汽轮机，额定功率为3000kw，总装机容量15Mw，年发电量1.05亿度。所发电量主要供给寺河矿生产用电。在运行中发现一些问题：

1、WJ6G1型燃气轮机所需瓦斯最低供气压力为0.75MPa，日常运行时的供气压力为1.0Mpa，压力较高，一旦发生泄漏，短时间内瓦斯气体泄漏量大，危险系数高，必须停机处理。启动方式为手动启动，需要约30分钟。 2、燃气轮机供气采用8台LW-40/9-X型压缩机供气，压缩机由8台额定功率为250kw电动机带动，年耗电量约1000万度，占全年总发电量的10%，导致年均厂用电率高达13.4%，远高于全国8%—10%的平均水平。3、WJ6G1型燃气轮机发电机组气耗率0.54m3/kw.h，利用余热发电技术后综合气耗率0.4 m3/kw.h。汽耗率偏高。4、由于寺河矿井瓦斯气浓度呈下降趋势，低于40%，无法满足WJ6G1型燃气轮机大于40%的浓度要求，无法确保WJ6G1型燃气轮机安全运行要求。

发明内容

本实用新型为了解决现有瓦斯发电系统使用的瓦斯气气源浓度降低和原有机组进气压力大、安全性差、气耗率高、效率低等问题等问题，提供了一种瓦斯发电系统。

本实用新型的技术方案是，一种瓦斯发电系统，包括容纳有瓦斯气体的储气柜、风机、内燃发动机、燃气发电机、余热锅炉 、汽轮机、汽轮发电机，储气柜通过输气管道连接风机、风机通过输气管道连接内燃发动机，内燃发动机连接燃气发电机、内燃发动机的散热端连接余热锅炉 、余热锅炉 连接汽轮机、汽轮机连接汽轮发电机21，所述的内燃发动机为G3520C燃气发动机，风机为CRB-300罗茨鼓风机。

所述的储气柜、风机之间设有初级过滤器、冷却器、在风机和内燃发动机之间设有精密过滤器。在内燃发动机上连接换热器。

在余热锅炉 上连接有供水装置，供水装置包括水箱，水箱通过纯水泵、除氧器、给水泵连接余热锅炉 。所述的水箱依次连接反渗透装置、Na+交换器、过滤器。

普通的水通过Na+交换器、过滤器、反渗透装置进入水箱，然后再通过纯水泵、除氧器、给水泵送入到余热锅炉 。

汽轮机通过凝结泵连接余热锅炉 。汽轮机产生的一部分蒸汽通过凝结泵变成水送入余热锅炉 ，供余热锅炉 产水蒸气。

汽轮机 连接冷凝器 ，冷凝器 连接冷却塔 ，冷却塔 通过循环水泵 再连接冷凝器 。通过冷凝器 、冷却塔 、循环水泵 组成的冷却系统对汽轮机 进行冷却。

综合工作过程为：从井下抽采出浓度为30%—40%的瓦斯气，由抽放站的抽采泵直接送至储气柜，经500mm管道送至罗茨风机加压至20Kpa送至内燃机发电机组燃烧发电，同时将燃机所排尾气送至余热锅炉，产生蒸汽，带动汽轮机发电，所发电能通过输电线路送出。

与现有技术相比，本实用新型所述的内燃发动机7选用美国卡特彼勒有限公司生产的G3520C燃气发动机。主要因该燃气发动机所需气源浓度可低至30%，所需供气压力20Kpa—35Kpa，安全系数高，气耗率0.268 m3/kw.h，额定功率2000kw， 而且单机容量不变，系统接线方式不变，同时该机组尺寸刚好可以利用原有厂房的基础进行安装，大大减少土建工程，节约改造费用且缩短改造工期。

为保证供气压力不低于20Kpa ，采用2台CRB-300罗茨鼓风机供气即可满足燃机运行需求，同时在瓦斯管路中加入冷凝脱水装置，减少对管路及设备的腐蚀。

罗茨鼓风机控制装置为变频器。变频器可根据瓦斯的量进行灵活控制，改造后厂用电率比原有机组降低了9.3%，年均厂用电率为4.1%，远低于全国8%—10%的平均水平，每年节约用电930万度。

电气设备选型方面将原有固定式真空断路器改为小车式真空断路器，淘汰原有刀闸开关改为插头连接，避免因灰尘沉积发生放电事故，避免高压开关外露带来的触电等事故的发生，大幅减少占地面积。

综合来说，本实用新型使用瓦斯浓度下限为30%，能够适应寺河矿因气源衰竭造成的井下瓦斯气浓度的下降，提高了安全系数。同时气耗率比原有机组下降0.272 m³/kw.h，节约下来的瓦斯气能够满足一个装机容量15MW的瓦斯发电厂用气需求。而且改造中利用原有厂房，缩短了改造工期，节约了改造费用；在瓦斯管路中加入冷凝脱水装置，减少对管路及设备的腐蚀。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图中：1-储气柜，2-初级过滤器，3-冷却器，4-罗茨风机，5-精密过滤器，6-换热器，7-内燃发动机，8-燃气发电机，9-升压变压器 10-35KV母线，11-至110KV站线路，12-余热锅炉，13-除氧器，14-纯水泵，15-给水泵，16-凝结泵，17-汽轮机，18-冷凝器，19-冷却塔 20-循环水泵，21-汽轮发电机，22-过滤器，23-Na+交换器，24-反渗透装置，25-水箱，26-6KV母线。

具体实施方式

如图1所示意，一种瓦斯发电系统，包括：容纳有瓦斯气体的储气柜1、风机4、内燃发动机7、燃气发电机8、余热锅炉 12、汽轮机17、汽轮发电机21，

储气柜1通过输气管道连接风机4、风机4通过输气管道连接内燃发动机7，内燃发动机7连接燃气发电机8、内燃发动机7的散热端连接余热锅炉 12、余热锅炉 12连接汽轮机17、汽轮机17连接汽轮发电机21，所述的内燃发动机7为G3520C燃气发动机，风机4为CRB-300罗茨鼓风机。

所述的储气柜1、风机4之间设有初级过滤器2、冷却器3、在风机4和内燃发动机7之间设有精密过滤器5。

在内燃发动机7上连接换热器6。

在余热锅炉 12上连接有供水装置，供水装置包括水箱25，水箱25通过纯水泵14、除氧器13、给水泵15连接余热锅炉 12。

所述的水箱25依次连接反渗透装置24、Na+交换器23、过滤器22。

普通的水通过Na+交换器23、过滤器22、反渗透装置24进入水箱25，然后再通过纯水泵14、除氧器13、给水泵15送入到余热锅炉 12。

汽轮机17通过凝结泵16连接余热锅炉 12。汽轮机17产生的一部分蒸汽通过凝结泵16变成水送入余热锅炉 12，供余热锅炉 12产气。

汽轮机17连接冷凝器18，冷凝器18连接冷却塔19，冷却塔19通过循环水泵20再连接冷凝器18。通过冷凝器18、冷却塔19、循环水泵20组成的冷却系统对汽轮机17进行冷却。

同时将原有固定式真空断路器改为小车式真空断路器，淘汰原有刀闸开关改为插头连接，避免因灰尘沉积发生放电事故，避免高压开关外露带来的触电等事故的发生，大幅减少占地面积。低压配电柜改造成GCS低压抽出式开关柜，提高安全性。

Claims (8)

1.一种瓦斯发电系统，其特征在于：包括容纳有瓦斯气体的储气柜（1）、风机（4）、内燃发动机（7）、燃气发电机（8）、余热锅炉（12）、汽轮机（17）、汽轮发电机（21），储气柜（1）通过输气管道连接风机（4）、风机（4）通过输气管道连接内燃发动机（7），内燃发动机（7）连接燃气发电机（8）、内燃发动机（7）的散热端连接余热锅炉（12）、余热锅炉（12）连接汽轮机（17）、汽轮机（17）连接汽轮发电机（21），所述的内燃发动机（7）为G3520C燃气发动机，风机（4）为CRB-300罗茨鼓风机。

2.根据权利要求1所述的瓦斯发电系统，其特征在于：所述的储气柜（1）、风机（4）之间设有初级过滤器（2）、冷却器（3）、在风机（4）和内燃发动机（7）之间设有精密过滤器（5）。

3.根据权利要求1所述的瓦斯发电系统，其特征在于：在内燃发动机（7）上连接换热器（6）。

4.根据权利要求1所述的瓦斯发电系统，其特征在于：在余热锅炉 （12）上连接有供水装置，供水装置包括水箱（25），水箱（25）通过纯水泵（14）、除氧器（13）、给水泵（15）连接余热锅炉（12）。

5.根据权利要求4所述的瓦斯发电系统，其特征在于：所述的水箱（25）依次连接反渗透装置（24）、Na⁺交换器（23）、过滤器（22）。

6.根据权利要求1所述的瓦斯发电系统，其特征在于：汽轮机（17）通过凝结泵（16）连接余热锅炉 （12）。

7.根据权利要求1所述的瓦斯发电系统，其特征在于：汽轮机（17）连接冷凝器（18），冷凝器（18）连接冷却塔（19），冷却塔（19）通过循环水泵（20）再连接冷凝器（18）。

8.根据权利要求1所述的瓦斯发电系统，其特征在于：CRB-300罗茨鼓风机控制装置为变频器。