：（）１ ７午第５期 第４４咨总 ３４３期 广 东 化 』＝ 瓦斯发电工业的现状与未来 兰祥云 一，肖露 一，令狐磊１． 撕火 监控 ＿ｊＪ盘急坎术【ｔｑ糸・ ＾实验 ， 庆４０００３７； ｌｉ 科 必…ｔ 从｛ＩＪ｝宄院仃 公 —Ｊ 、 斯研究分 ，世肤４０００３９） ． ［摘 要］我 煤层气资源十分丰寓，瓦斯发电是煤层气利用的重要方式 本文潮述ｒ我国瓦斯发电的技术现状及存在液态水禽 过高失大降 低，瓦斯发电的效率，瓦斯发电的尾气余热利用率低的问题，提出了提高瓦斯发电效率的解决方案。 【关键词】瓦斯利Ｊ＝Ｉ；＿ｊ．瓦斯发电，水含量，余热利用 ［１ｆ｝圈分类号］ＴＱ 【文献标识码］Ａ ［文章编号】１００７—１８６５（２０１７）０５—０１２３：０２ Ｐｒｅｓｅｎｔ Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｆｕｔｕｒｅ ｏｆ Ｇａｓ Ｐｏｗｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｌａｎ Ｘｉａｎｇｙｕｎ １．２Ｘｉａｏ Ｌｕ ！Ｌ＿ｉｎｇｈｕ Ｌｅｉ‘ ．．（Ｉ．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｌ’Ｙ ｅｌ、Ｇａｓ Ｄｅｓａｓｔｅｒ Ｍｏｎｉｔｏｌ’ｉｎｇ ａｎｄ Ｅｍｅ１ｇｅｌｉｃｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００３７： ！．Ｃｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（Ｉｒｏｕｐ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ｌｈ’，ｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００３９，Ｃｈｉｎａ Ａｂｓｔｌ ｎｅｔ：（ｈｉｎａ ｉｓ ｒｉｃｈ ｘ￣ｉｔｈ ｃｏａｌｂｅｄ ｎｌｃｔｌｌａｌ／ｅ ｌｆＣＳＯＵｌＣＣＳ ａｎｄ ｇａｓ ｐｏ＼￣ｃｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｓ Ｉ】『］ｉｌｎｐｏｔ’ｔａｎｔ ｗａｙ ｔｏ ｕｓｅ ｃｏａｌ—ｂｅｄ ｍｅｔｈａｎｅ Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｌ‘ ｔｈｅ ｓｌａｔｔｌｓ ｔｉｔｌ‘）‘）ｆ ｇａｓ ｐｏ＼＼ｅ ｒ ｇｅｎｃｉａｌｉｏｌｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｅｌ ｌｉｑｕｉｄ＼￣，ａｔＣｌ’ＣＯｌｌｔＣｌｌｔ ａ ｇｌ’ｅａ ｒｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｅｆ１］ｃｉｅｎｃｙ ｏｌ、ｇａｓ ｐｏｗｅ￣’ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ．ｇａｓ ｐｏ＼ｖｅｌ ｇｃｎｍ＿ｌ１ｌ【ＩＩ１ ｌｉｓｌｅ ｈｅａｌ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ Ｉ ａｔｅ 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１瓦斯发电技术现状 ４ 屯，、 ＇ｌ， （）ｌ ３ 找… ＿ｆｌＪＬ”卜ｆ、Ｌ 浓Ｊ 几 ｋ 十 ３０ ｔ 约． 的４５％ ｊ ｆｌ Ｊ Ｊｊｊ年约为６０％，卜蛆乃ｌ 蚪Ｊ、１： 眺 、技ｉＵ硬ＬＮＧ、ＣＮＧ 纯 ：浓Ｊ蔓１０％、３０％的约ｌ ２（）％， 刊川｝ 约乃３５％， ７－Ｓｆ、Ｌ 伐Ｉ乜Ｉ 川 煤｛１ｒ 川１：冰ｊ复ｌ０％ 以卜的约Ｉ ３５％，ＪＩ 小术能 以干ｕ川 Ｊ１』、ｌ １ Ｊ以 刘．ｆ、 伐 ｉｉ【ｊ ｎⅡ 卸 拙求轧 利ｊＩ Ｊ的ｊＩ ｃ 选ｉ ： ３０％以ｌ 浓Ｊ 的煤 ｊｌ１＿录轧 利Ｊｌｊ顺口，｛ｉ．轧 发 ｝ ｌ＂Ｊ比｛９ｉＪ Ｙ，Ｊ ３６％，．Ｉ１比 人：３０％以卜浓瞍的煤矿ｊ【Ｉ】采瓦 更足金 ： Ｉｊ也过轧 技【Ｕ一 ｝ 什 济效蕊。ｆ、Ｌ惭发电站 ，投 运营 ，Ｊ ｒ 疋 ，ｉＩｉ地… 小．辽川 …广（１０％以｝。浓Ｊ！＝』＝丸 就【 Ｊ 以发 ＩＵ）， 站川｛ｆ』ｊ＊ ｌ，ｌＵ站移功 他 ｆ』ｃ＾，受刮矿力’ 投资 的肯 睐， ｌ 术技 嫩 迅述（ ！）。 Ｊ 鼓 』 发也利ｆ｛ｊ， 宋《 屯 （ ｆｌｒｆ、 ） 发利川“ 。√ 划》 … 求：刘２０２０ ，煤 矿ｆ ” 坟Ｉ 般 ２８０， ｒ ｆ、 ，Ｉ 川超过１６８ 。 、 表２近年全国瓦斯发电总装机容量 Ｔａｂ ２ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｉｎｓｔａｌｌｅｄ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆｇａｓ ｐｏｗｅｒ ｌ ！！＿【１ｌ 个完整的瓦斯发电站｝ｉ要…输送系统，技ｌＵ ．冷 ｊ系 统． 圳系统 成 中，发电机绀是最幸幺心ｎ０ 分。ｌ…Ｊ 找田的瓦 发＿乜机细主嘤采厂『］的足内燃机发电ｆ¨燃 轮机 ｌＵ 种，Ｊ式 内燃机足一种动力ｆＪ【诫，它足通过使燃料 讥器『～ｉ＇ｌｌ；燃烧． 评：Ｉ 放…的热能｝ 接转换为动力的热 发动ｆＪ【，以ｆｉ ； Ｊ 最为普遍。 摩 内燃机将瓦斯和空气混 ， ｊ ｒＩＡＪ燃烧， 释放山的热Ｚ眦，Ｌｚ －，＂ ａｉ￣内产 高温高Ｈｉ的燃气。燃 ｊ彭 ｍ 做功，ｌ｝ｊｊｌ丑过曲柏连”机构或其他机掬将机械功输…， 。、Ｄ机 技ＩＵ。 复代内燃机发 机组 仃技ｌＵ效率高， 川＿ｆ『ｉｉ ，ｊ五 收稿ｆ ｉ删Ｊ ２０１ ７－０Ｉ一０９ Ｊ 顺Ｉ｛１ 浓度比斯技ｌ Ｌｌ提效投术 装备（２（）１６ＺＸ０５０４５一（Ｊ（ｊ６一（）１） 介］ 、 ｝ｒ （１９８９－）， ． 篇Ｉ』ｕ川，夺科， 攫研究方Ｉ 为ｆ［ｌ斯４：ｑ，ｆｔｊ 广ｌ２４ 东化工 ２０１７年第５期 ＷＷＷ．ｇｄｃｈｅｍ．ｃｏｍ 第４４卷总第３４３期 应能力强，占地面积小等优点，是目前瓦斯发电站最受欢迎的发 电机组。 燃气轮机发电的工作原理是：压气机（即压缩机）连续地从大 气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的 燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气涡轮中膨胀做功， 推动涡轮叶轮带着压气机叶轮一起旋转：加热后的高温燃气的做 功能力显著提高，因而燃气涡轮在带动压气机的同时，尚有余功 作为燃气轮机的输出机械功，作为驱动发电机组的机械能。 十分重要的意义。 ２瓦斯发电技术的未来 目前通过管道输送的瓦斯含水量很高，大量的水或水蒸气进 入到瓦斯发电机组内部带来诸多负面影响：气体有效热值减少， 导致发电机组的发电效率降低；含水会对机组内部钢结构产生锈 蚀，降低设备使用寿命；开机率低（不足５０％），增加了机组的维 护成本。所以研究降低管道瓦斯的水含量的技术对瓦斯发电具有 管道瓦斯通过脱水后进入瓦斯发电机组，使得瓦斯发电效率 大大提高。石嘴山瓦斯发电站通过电制冷脱除管道瓦斯中的水， 使得该发电站年度总发电量从１５２０万ｋＷｈ提高到１９３４万ｋＷｈ， 发电效率提高了２７％。在余热利用方面，目前备行业余热利用主 要有直接利用余热提供热能、利用余热发电和利用余热制冷降低 煤矿热害三种方式，均有一定的经济效益。 （１１管道瓦斯脱水技术方面 在瓦斯发电领域尤其是低浓度瓦斯发电领域，为确保安全大 多采用水环式真空泵作为抽送设备，同时配合细水雾输送的方式， 这就导致了气体中携带有大量的液态水。部分液态水在瓦斯输送 过程中冷凝排放，但仍有大量水或水蒸气被带入瓦斯发电机组¨１。 空气中不同温度下的饱和蒸气压如表３所示： 表３水的饱和蒸气压 Ｔａｂ ３ Ｔｈｅ ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｖａｐｏｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ 对于５台５００ ｋＷ瓦斯气发电机组，耗气量为７０００ Ｎｍ３／１３、 ｌＯ％浓度的管道瓦斯，根据表２的数据，３５℃管道瓦斯含水量为 ２８０ ｋｇ／ｈ，也就是说每小时至少有２８０ｋｇ的水进入到瓦斯发电机 组。这些水进入到瓦斯发电机组内部带来诸多负面影响：气体有 效热值减少，导致发电机组的发电效率降低；含水会对机组内部 钢结构产生锈蚀，降低设备使用寿命；开机率低（不足５Ｏ％１，增 加了机组的维护成本。 目前管道瓦斯脱水主要是靠重力式脱水、电制冷脱水的方式。 重力式脱水受饱和蒸气压的影响存在脱水的极限值，只能脱除瓦 斯气中的游离水，不能深度脱水。电制冷脱水与日常生活中的空 调制冷原理基本一致，脱水效果好，但耗电量大。 石嘴山瓦斯发电站一直存在液态水量过大的问题，严重影响 了发电系统的正常运行。２０１０年３月，该电站对低浓度瓦斯发电 系统进行了脱水改造。系统增设了电制冷脱水装置（年耗电量８１．６ 万ｋｗｈ的螺杆式冷水机组），采用高效管壳式瓦斯换热器对瓦斯 进行降温，处理后的瓦斯露点温度可低至１５℃。经过处理后的每 千克瓦斯气中的绝对水含量仅有１Ｏ．６４ ｇ，发电运行效率从７６％ 提高至８４％，年运行时间从５０００ｈ延长至６０００ｈ，润滑油的更换 周期从７５０ ｈ更换一次延长到ｌ５００ ｈ更换一次，年度总发电量从 ｌ５２０万ｋＷｈ提高到ｌ９３４万ｋｗｈ。 （２）发电机组尾气余热利用方面 据测定瓦斯发电机组，瓦斯燃料的能量只有３５％被发电机组 转化为电能，另有３５％随发电机组尾气排出，２０％被发电机冷却 水带走，通过机身散热等其他损失占ｌ０％。尾气余热和冷却水损 失的功率比有用功还多。 在耗气量为７０００Ｎｍ ／ｈ、ｌ０％浓度的瓦斯发电项目中，经测 量其每小时产生的尾气量约为２１２５ ｍ ；排气温度平均值为 ５２０℃；尾气气体的成分ＣＯ １３％，Ｈ２Ｏ ｌ１％，Ｎ２ ７６％。平均尾 气比重按１．２５ ｋｇ／ｍ 计算，则尾气排量为２１２５×１．２５ ｋｇ／ｈ＝２６５６－３ ｋｇ／ｈ。大量的高温尾气从烟道排出，造成热能浪费。目前各行业 尾气余热主要有以下三种利用方式： 直接利用高温尾气提供热能。龙滩煤矿地面瓦斯发电机组产 生的６００℃高温烟气出口，安装余热回收装置，将６００℃高温烟 气转换成蒸汽，供给矿井澡堂洗澡、食堂蒸饭和冬季取暖等用， 每年为该单位创造经济效益４６．９４万元。贵州耳发煤业利用瓦斯 发电余热为煤矿洗浴提供热源，余热利用项目实施前用蒸汽锅炉 供热每年费用ｌ３０万元，项目实施共计投资９３万元，年运行成本 ４２万元，通过测算预计１３个月可收回投资成本，每年创收８８万 元。川南煤业公司鲁班山北矿瓦斯发电站利用余热蒸汽锅炉，每 小时回收热量约３０万ｋｃａｌ，每年节约燃料费人工费维修费共计 ２８０万元 本、美国、俄罗斯等在引进以色列的余热发电设备和技术基础上， 也进行了大量的研究工作，并开发了有机朗肯循环余热锅炉发电 机组系统等，取得了一定的经济效益。浙江大学、上海交通大学 等主要对邮寄工质和热力循环进行了一定的研究。水泥厂公司废 气余热为２００℃左右，ｌ９９９年在巴伐利亚州海德堡水泥公司所属 的Ｌｅｎｇｆｕｒｔ水泥厂的一台日产３０００ｔ的熟料蓖冷机上采用了黎塞 留０ＲＭＡＴ公司的新技术新装备，装机１．５ Ｍｗ，至今已经运转 １６年【３］。 利用余热制冷降低井下热害。淮南矿业集闭公司何七对矿井 热害比较突出．采掘工作面夏季温度３Ｏ～３５℃，部分采掘工作面 回风温度高达３８～４Ｏ℃，其余矿井采掘工作面夏季温度平均也高 达３Ｏ℃以上。２００８年“潘一矿南风井”瓦斯发电机组额定功率１ ３６０ ｗ，瓦斯发电余热通过溴化锂吸收式制冷机组产生冷量２３００ ｋＷ。 井下制冷回水被该冷量降低至５℃，再由二级制冷降温至２．５℃ 送入井下。同等制冷量的情况下，比采用电制冷节能７５０ ｋＷ，按 照５－９月份供冷计算，年节约电费２０００多万元【 。 直接利用高温尾气提供热能是最简单的余热利用方式，同时 能产生一定的经济效益，是目前瓦斯发电余热利用的主要方式。 利用余热发电适合有大规模余热量的工业，对于小规模的瓦斯发 电站，经济效益不明显。利用余热制冷降低井下热害是针对有热 害的矿井，不具有普适性。 ３结论 “瓦斯发电尾气余热制冷和管道瓦斯脱水”技术．利用瓦斯发 电尾气余热制冷来脱除管道瓦斯水分，，既减少制冷的电耗，又能 降低管道瓦斯的含水量，提高瓦斯发电的发电效率，带来巨大的 经济收益。该技术已列入“十三五”重大专项课题任务，在国家项 目支持和经济收益的推动下，该技术具有良好的发展前景。 参考文献 ［１］徐婷婷．液态水对低浓度瓦斯气发电效果的影响［Ｃ】．煤层气学术研讨 会．２０１３． ［２］胡琳龙．黄玉均，杜德奎，等．瓦斯发电余热回收装置应用研究【ｃ】．全 国采矿学术会议．２０１５． ［３］尹刚，吴方松．张立志．低温余热发电技术的特点和发展趋势探讨ｆＪ］．东 方电气评论．２０１１（１）：Ｉ一６． ［４１李亚民．瓦斯发电余热制冷技术在煤矿热害治理中的应用『Ｊ］．安徽建筑 大学学报，２００９，１７（３）：５３．５６． 利用余热发电。以色列的余热发电技术居世界领先地位。日 （本文文献格式：兰祥云，肖露，令狐磊．瓦斯发电工业的现状与 未来［Ｊ］．广东化工，２０１ ７，４４（５）：１２３—１ ２４）
