瓦斯發電機組余熱回收綜合利用方法分析

（中煤昔陽能源有限責任公司瓦斯發電廠，山西 晉中 045300）

我國煤與瓦斯突出的礦井基本建立了煤層瓦斯抽采及瓦斯利用系統。設備瓦斯發電機組是瓦斯抽采利用的主要設備，在瓦斯發電機組工作過程中產生的高溫煙氣和冷卻介質余熱等，卻沒有被充分利用，綜合利用效能不足。因此，如何解決瓦斯發電機組余熱的二次深度利用問題，對提高綜合能效非常重要。

一、瓦斯發電機組煙氣和缸套冷卻循環水余熱系統現狀

瓦斯發電機組在運行發電過程中產生及排放出大量高溫煙氣，而其自帶冷卻系統遠不能滿足機組散熱的需求，且大大降低了機組發電運行效率和使用壽命。對于瓦斯發電機組，燃料的能量有約35%被瓦斯發電機組轉化為電能，其他約有30%的氣體燃料隨高溫煙氣排出，25%被發動機冷卻水帶走，通過自身散發等其他因素損耗的約占10%，而這其中約一半的能量是可以被二次利用的。根據計算，瓦斯發電機組每提供100 kW 的電，所排出的尾氣余熱可滿足2500 m3的洗浴和采暖用水。由此可見，若將浪費的熱能回收加以利用，不僅可提高能源利用率和設備運行效率，降低生產支出成本，還可減少CO2 以及各種有害氣體的排放。

某瓦斯電廠現有8 X 2MW 燃氣發電機組配8 x 1.25MW 余熱熱水換熱器。余熱換熱器產生熱水供站區建筑采暖及儲氣柜加熱，與煤礦換熱站之間循環供礦區洗浴和建筑采暖，附近村莊采暖；瓦斯發電機組缸套冷卻水中的熱量未進行利用，全部通過遠程散熱水箱排入大氣。

二、余熱回收綜合利用

瓦斯發電機組的余熱綜合利用包括發電機組高溫煙氣余熱利用和發電機組缸套冷卻水余熱利用。

針對瓦斯發電機組高溫煙氣熱量較為充足的特點，通過瓦斯發電機組排煙口加裝余熱回收裝置(即余熱換熱器和板式換熱器)，用于收集高溫煙氣。

針對瓦斯發電機組缸套冷卻水熱量較為充足的特點，利用2 臺瓦斯發電機組的缸套冷卻水匯入1 臺ORC（采用“天加熱能”有機朗肯循環 (ORC) 發電系統）余熱發電系統進行余熱發電，在ORC 機組內部缸筒冷卻水降溫，降溫后對瓦斯發電機組進行冷卻。該發電系統可實現裝機容量280kw，滿足不同工況下余熱資源利用。

三、余熱回收系統優勢

系統改造后實現節能，變廢為寶，既解決了散熱負擔且全年無運行費用產生；運行穩定，經計算此系統產生的熱量完全能滿足煤礦生活熱水所有熱量需求，設備采用熱交換原理，設備運行可靠；精準控制確保發電機正常運行，熱回收系統采用精準水溫控制，誤差小，煙道排煙溫度合理，不會改變排煙成分和狀態 (氣態) 。

四、系統運行方式要求

瓦斯發電機組高溫煙氣余熱回收采用8 臺臥式強制循環余熱換熱器，換熱量25.8t/h，出口水溫110℃，壓力0.7MPa 進口煙氣溫度480℃，排煙溫度≤160℃。換熱器出口熱水管路采用母管制，該母管即為對外供熱一次管網，每臺換熱器出口熱水管道匯入供熱一次管網。換熱器產生熱水在供熱一次管網上分一路支管道送至輔助間換熱機組供站區建筑采暖及儲氣柜加熱，另分出一支路送至附近村莊采暖，主管路在電廠與煤礦換熱站之間循環，其循環動力由三臺熱網循環泵（一用兩備）提供 。熱網循環泵電機功率30KW、揚程70m、流量94 m3/h。燃機排出的高溫煙氣經三通門進入余熱鍋爐煙氣空間換熱，換熱后的煙氣（≤160℃）經煙囪排入大氣。余熱換熱器停運時煙氣可經三通門、消音器及旁通煙道排入大氣。

瓦斯發電機組缸套冷卻水余熱回收系統主要由熱水系統、ORC 發電系統和冷卻水循環系統共三部分組成。1.熱水系統：2 臺瓦斯發電機組的缸套冷卻水出水約95°C,經過匯合后直接進入1 臺ORC 余熱發電系統進行余熱發電，在ORC 機組內部熱水溫度被降低至82°。同時設有熱水冷卻旁路(原有熱水冷卻器)，以防止ORC 機組停機造成發電機組過熱損壞，熱水管路設計流量計、溫度傳感器、氣動調節閥門等監測熱水流量、溫度隨時保證瓦斯發電機組正常工作。2.ORC 發電系統：瓦斯發電機的缸套冷卻水出水約95°C 熱水進入ORC 余熱發電機組的蒸發器，加熱有機工質使之變成高壓蒸汽工質。高壓蒸汽工質則進入透平發電機，將低品位熱能轉化為高品位電能，成為低壓蒸汽。從透平出來的低壓蒸汽工質，進入冷凝器，經冷卻水冷卻成為低壓液體。從冷凝器出來的低壓液體，進入工質泵，經工質泵增壓，進入蒸發器完成整個發電循環。3.冷卻水循環系統：整個發電裝置附屬系統含循環冷卻水系統，包括冷卻塔、循環水泵及管道閥門。循環冷卻水經冷卻水泵送入機組冷凝器冷卻有機工質，再回到冷卻塔向外排熱。

總結：通過對上述的內容進行分析研究后可以得出，通過一系列優化設計，保證了余熱回收綜合利用系統能夠科學有效的運行，合理利用瓦斯發電機機組余熱中高低品位熱量，是一種非常經濟的節能降耗方法。