【正文】 使用1%能量)等技術(shù)，～。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過嚴(yán)格維護(hù)，完全可以實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)。從使用的經(jīng)驗(yàn)來看，功率范圍在500～2000 kW的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)特別適合氣源不穩(wěn)定的煤礦瓦斯使用。燃料電池發(fā)電與轉(zhuǎn)換燃料熱做功最終產(chǎn)生電力的傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)不同，燃料電池像一般電池那樣利用電化學(xué)生產(chǎn)電力。與從儲(chǔ)備化學(xué)制品中提取電力的蓄電池不同，燃料電池生產(chǎn)電力是用氫燃料通入電池的陰極以及空氣中氧氣通到陽極的放電過程，是一種將氫和氧的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。這種裝置的最大特點(diǎn)是由于反應(yīng)過程中不涉及到燃燒，因此其能量轉(zhuǎn)換效率不受“卡諾循環(huán)”的限制，其能量轉(zhuǎn)換率高達(dá)60%～80%，實(shí)際使用效率約為普通內(nèi)燃機(jī)的2～3倍。但因其容量小，只適于小型燃?xì)獍l(fā)電的應(yīng)用。礦井的煤礦瓦斯一般都比較大，此種方式作為礦井瓦斯發(fā)電不合適，不予考慮。綜上所述，礦井瓦斯發(fā)電最常用三種方式理想狀態(tài)下主要參數(shù)比較見表331。表331 理想狀態(tài)下瓦斯發(fā)電方式比較表機(jī)組方式燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組燃?xì)忮仩t+蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組輔助系統(tǒng)較簡單較簡單復(fù)雜簡單循環(huán)發(fā)電效率(%)34～4325～3025～30全廠綜合效率(%)45～9040～9030～70啟動(dòng)時(shí)間l0s6min～1h1～3h以上燃料供應(yīng)壓力低壓中壓低壓對(duì)瓦斯?jié)舛纫?%以上大于40%大于30%千瓦造價(jià)(元)6500左右7000左右6000左右設(shè)計(jì)推薦推薦作為熱電聯(lián)產(chǎn)的一種原動(dòng)機(jī)，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)是一種經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的、非常成熟的設(shè)備，成套模塊化的機(jī)組使系統(tǒng)效率優(yōu)化、設(shè)計(jì)安裝簡單、運(yùn)行管理自動(dòng)化程度高。與其他兩種發(fā)電形式相比，燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組具有單機(jī)組容量小、啟動(dòng)時(shí)間短、燃?xì)夤鈮毫Φ?、?duì)燃?xì)鉂舛冗m應(yīng)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)煤礦瓦斯?jié)舛炔▌?dòng)大和抽采量不大的情況。因此，煤礦瓦斯發(fā)電推薦使用燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組發(fā)電。二、瓦斯發(fā)電規(guī)模發(fā)電機(jī)組選擇燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)熱聯(lián)發(fā)電是礦井瓦斯發(fā)電的最好選擇。進(jìn)口機(jī)組單機(jī)容量大，單循環(huán)發(fā)電效率高，年無故障運(yùn)行時(shí)間長，占地面積小，但設(shè)備價(jià)格高，初期投資大，因需從國外進(jìn)口，手續(xù)繁雜，訂貨時(shí)間長。國產(chǎn)機(jī)組單循環(huán)發(fā)電效率雖然低，但采用熱聯(lián)發(fā)電模式后，綜合熱效率還是比較接近進(jìn)口機(jī)組，且對(duì)燃?xì)獾钠焚|(zhì)，供氣壓力的要求都比進(jìn)口機(jī)組低，對(duì)燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)的要求不高，更為適應(yīng)瓦斯抽采量和濃度有波動(dòng)的情況，而且造價(jià)大大低于進(jìn)口機(jī)組，供貨時(shí)間短。結(jié)合國情和企業(yè)自身的實(shí)際情況，不考慮使用進(jìn)口機(jī)組。經(jīng)調(diào)查，國內(nèi)主要生產(chǎn)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組廠家有江蘇啟東寶駒動(dòng)力機(jī)械廠、勝利油田勝利動(dòng)力機(jī)械集團(tuán)、濟(jì)南柴油機(jī)股份有限公司、河南柴油機(jī)重工有限公司、淄博淄柴新能源有限公司等幾家，主要生產(chǎn)的機(jī)組有500kW、600kW、700kW、800kW、1000kW、1200kW、1500kW、2000kW等機(jī)組。各個(gè)廠家基本均有生產(chǎn)各型燃油內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，有生產(chǎn)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的能力；燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組所配發(fā)電機(jī)基本均為外購西門子、康明斯等廠家，能滿足發(fā)電要求。低濃度瓦斯一般流量和濃度波動(dòng)較大，使用低濃度瓦斯發(fā)電，如果機(jī)組容量較大，相對(duì)來說對(duì)低濃度瓦斯適應(yīng)性降低；如果機(jī)組容量較小，相對(duì)來說占地面積將增大，增加電站單位投資造價(jià)。根據(jù)現(xiàn)場場地情況和可利用瓦斯規(guī)模參數(shù)等情況，推薦使用600kW（）燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組。發(fā)電可裝機(jī)容量根據(jù)礦井預(yù)測年可利用瓦斯量，所選燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的燃?xì)鉄岷穆剩╤），純瓦斯的燃燒熱值（）。經(jīng)計(jì)算，本煤礦東井西冀瓦斯發(fā)電站單位時(shí)間發(fā)電可利用瓦斯量和可裝機(jī)功率見表332。表332 瓦斯發(fā)電站可裝機(jī)功率表瓦斯發(fā)電站名稱可利用瓦斯量可裝機(jī)功率（m3/min）（kW）大灣煤礦東井西冀風(fēng)井瓦斯發(fā)電站瓦斯發(fā)電站裝機(jī)規(guī)模根據(jù)可用于發(fā)電瓦斯可裝機(jī)功率、考慮礦井現(xiàn)有供電系統(tǒng)狀況、瓦斯發(fā)電站場地、投資風(fēng)險(xiǎn)等因素，確定在瓦斯發(fā)電站裝備燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組規(guī)模見表333。表333 瓦斯發(fā)電站裝機(jī)規(guī)模表瓦斯發(fā)電站名稱單機(jī)容量裝機(jī)數(shù)量裝機(jī)功率(kW)(臺(tái))（MW）大灣煤礦東井西冀風(fēng)井瓦斯發(fā)電站60010考慮到抽采瓦斯的不穩(wěn)定性、用電負(fù)荷本身特性、機(jī)組本身特點(diǎn)等因數(shù)，結(jié)合盤江、水礦集團(tuán)已運(yùn)行機(jī)組情況，發(fā)電站機(jī)組年運(yùn)行時(shí)間按6000h計(jì)，600kW燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組持續(xù)功率按480kW/臺(tái)。瓦斯發(fā)電利用量平衡分析根據(jù)礦井可用于瓦斯發(fā)電的瓦斯量、純瓦斯的燃燒熱值、所選發(fā)電機(jī)組的燃?xì)鉄岷穆?、發(fā)電站的裝機(jī)容量，對(duì)瓦斯發(fā)電站可用瓦斯量和消耗瓦斯量進(jìn)行平衡分析，瓦斯發(fā)電站瓦斯利用量平衡情況見表334。表334 瓦斯發(fā)電站瓦斯利用量平衡表瓦斯發(fā)電站名稱抽采瓦斯量可利用瓦斯量利用量利用率（m3/min）(%)大灣煤礦東井西冀風(fēng)井瓦斯發(fā)電站5551注：上表中瓦斯利用量按發(fā)電機(jī)組滿發(fā)計(jì)算。由表334分析可知，瓦斯發(fā)電站確定的裝機(jī)規(guī)模是合理可行的。大灣煤礦東井西翼風(fēng)井瓦斯發(fā)電項(xiàng)目可研 第四章 煤礦瓦斯發(fā)電工藝及主要設(shè)備第四章 煤礦瓦斯發(fā)電工藝及主要設(shè)備第一節(jié) 瓦斯發(fā)電工藝一、進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣系統(tǒng)概述本項(xiàng)目是把濃度在9%及以上的瓦斯用于發(fā)電，根據(jù)《煤礦低濃度瓦斯管道輸送安全保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（AQ10762009），瓦斯發(fā)電用低濃度瓦斯管道輸送安全保障設(shè)施應(yīng)安設(shè)阻火泄爆、抑爆、阻爆三種不同原理的阻火防爆裝置，阻爆裝置應(yīng)選用自動(dòng)阻爆裝置。抑爆裝置根據(jù)其抑爆原理不同有：氣水二相流輸送抑爆裝置、自動(dòng)噴粉抑爆裝置和細(xì)水霧輸送抑爆裝置。煤礦低濃度瓦斯發(fā)電利用系統(tǒng)安全設(shè)施安裝示意圖見圖411。圖411 煤礦低濃度瓦斯發(fā)電利用系統(tǒng)安全設(shè)施安裝示意圖氣水二相流輸送抑爆裝置，首先使水流環(huán)繞輸送管道的內(nèi)壁連續(xù)流動(dòng)，形成環(huán)形水流，低濃度瓦斯在環(huán)形水流中流動(dòng)，完全處于環(huán)形水流所形成的環(huán)形水封之中，沿輸送方向上每隔30～50m，以柱狀水團(tuán)隔斷氣流，并形成端面水封，低濃度瓦斯在所述環(huán)形及端面水封中形成間歇性柱塞氣流，實(shí)現(xiàn)低濃度瓦斯本質(zhì)防爆型安全輸送。自動(dòng)噴粉抑爆裝置，其原理是通過對(duì)瓦斯灌錄燃燒或爆炸信息的探測，自動(dòng)噴出干粉滅火劑將燃燒或爆炸傳播過程中的火焰撲滅，抑制燃燒或爆炸火焰?zhèn)鞑?。主要由火焰?zhèn)鞲衅鳌⒖刂破鞯冉M成。細(xì)水霧輸送抑爆裝置，其原理是將煤礦低濃度瓦斯和細(xì)水霧在輸送管道內(nèi)全過程連續(xù)混合輸送，防止火源產(chǎn)生和抑制火焰?zhèn)鞑?。通過給安裝在瓦斯輸送管線上的水霧發(fā)生器供給高壓水，讓高壓水水霧發(fā)生器細(xì)小出水孔后變產(chǎn)生水霧，低濃度瓦斯通過水霧發(fā)生器后便也含有水霧，為了避免低濃度瓦斯中的水霧在輸送過程中因距離過長凝結(jié)減少或者消失，在瓦斯輸送管路上應(yīng)每隔距離小于20m設(shè)置一個(gè)水霧發(fā)生器。通過上面的三種抑爆裝置的介紹可以看出，各種抑爆裝置各有利弊：細(xì)水霧混合輸送抑爆裝置，利用水蒸發(fā)吸熱使瓦斯溫度不能到達(dá)著火點(diǎn)，從而阻止火焰?zhèn)鞑ズ突鹪吹漠a(chǎn)生，抑制瓦斯爆炸產(chǎn)生。其優(yōu)點(diǎn)是只要一套噴霧系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)較簡單，現(xiàn)場使用較多。不足是在于細(xì)水霧混合輸送抑爆裝置要向輸送管路噴射的水霧，水霧遇到管壁大量形成水和部分水因霧化作用形成蒸汽，形成的水占用瓦斯輸送管路的有效利用面積，形成的蒸汽如脫不干凈，還影響瓦斯的利用效率；瓦斯輸送管路如較長，系統(tǒng)霧化水循環(huán)利用不便；對(duì)水質(zhì)要求較高，不然水霧發(fā)生器的口就會(huì)被堵塞。氣水二相流輸送抑爆裝置，利用環(huán)型水流阻斷輸送管道徑向點(diǎn)火源，利用柱狀水流阻斷輸送管道軸向點(diǎn)火源；有環(huán)型和柱狀兩套系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)較復(fù)雜；如輸送管路較長，輸送系統(tǒng)的水循環(huán)利用不便。煤礦低濃度自動(dòng)噴粉抑爆裝置系統(tǒng)，是系統(tǒng)燃燒或爆炸事故發(fā)生后，系統(tǒng)自動(dòng)抑制爆炸或燃燒火焰的轉(zhuǎn)播，系統(tǒng)不需要水，不給輸送的瓦斯增加水蒸氣，但其區(qū)別前兩種輸送技術(shù)，屬事故后處理。低濃度瓦斯細(xì)水霧和氣水二相流輸送系統(tǒng)，雖理論上能消除低濃度瓦斯在輸送過程中被引爆危險(xiǎn)，但實(shí)際運(yùn)行過程中由于有瓦斯氣與水汽混合，輸送末端瓦斯氣進(jìn)機(jī)組前水蒸氣很難被脫干凈，影響發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率和機(jī)組壽命，且運(yùn)行費(fèi)用較大。低濃度瓦斯正壓輸送如不經(jīng)過抑爆處理，雖然存在安全隱患，但如管道不泄露或著管道泄露沒有點(diǎn)火源觸發(fā)也不會(huì)發(fā)生爆炸事故，且瓦斯輸送管道裝有阻爆泄爆裝置，如正壓管道內(nèi)瓦斯發(fā)生爆炸，由于有阻爆泄爆裝置爆炸也不會(huì)影響瓦斯抽采系統(tǒng)或瓦斯發(fā)電站設(shè)備，爆炸事故影響在可接受的范圍內(nèi)，因此現(xiàn)場許多裝有瓦斯細(xì)水霧和氣水二相流輸送系統(tǒng)，正常工作大多數(shù)時(shí)間均沒有運(yùn)行，這反而是低濃度瓦斯正壓輸送過程中管道瓦斯爆炸事故發(fā)生幾率增加。低濃度自動(dòng)噴粉抑爆裝置系統(tǒng)，是管道內(nèi)有部分燃燒或爆炸時(shí)后，系統(tǒng)自動(dòng)檢測并啟動(dòng)噴粉抑爆裝置抑制爆炸或燃燒火焰的轉(zhuǎn)播，系統(tǒng)不需要水，不給輸送的瓦斯增加水蒸氣，平時(shí)幾乎不產(chǎn)生運(yùn)行費(fèi)用。本項(xiàng)目瓦斯發(fā)電站在礦井瓦斯抽采站附近場地變電所一側(cè)，此場地為礦井風(fēng)井場地，場地內(nèi)人員很少，場地周圍已砌圍墻，外部閑散人員不宜進(jìn)入，存在人為或其它原因引爆管道的點(diǎn)火源較少，外界原因引爆輸送管道瓦斯氣的幾率不大。因此，本項(xiàng)目瓦斯發(fā)電站進(jìn)氣抑爆系統(tǒng)推薦使用自動(dòng)噴粉抑爆裝置系統(tǒng)。大灣煤礦東井西冀瓦斯發(fā)電站進(jìn)氣系統(tǒng)輸氣主管選用?5297型焊接鋼管，敷設(shè)2趟輸送管路，輸送管路總長約400m。水封式阻火泄爆裝置使用2臺(tái)；自動(dòng)阻爆裝置使用2臺(tái)。為保證瓦斯輸送的安全性，輸送管路應(yīng)有良好的接地措施，及時(shí)引流走積聚的靜電。當(dāng)瓦斯輸送主管道內(nèi)部的瓦斯?jié)舛葹?0%時(shí)，發(fā)電機(jī)組按滿發(fā)計(jì)算，輸送主管道阻力為600Pa。二、冷卻循環(huán)系統(tǒng)冷卻循環(huán)系統(tǒng)概述根據(jù)600kW（）燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的性能要求，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組冷卻系統(tǒng)分為內(nèi)外兩個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)外循環(huán)都通過換熱器進(jìn)行換熱，內(nèi)外循環(huán)又分為高、低溫冷卻水系統(tǒng)。高溫冷卻內(nèi)循環(huán)主要是冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體、氣缸蓋等部件，低溫內(nèi)循環(huán)主要是冷卻機(jī)油和空氣。外循環(huán)高、低溫冷卻水量每臺(tái)均按100m3/h考慮。高溫冷卻水系統(tǒng)進(jìn)水水溫為70℃，回水溫度為80℃；低溫冷卻水系統(tǒng)進(jìn)水水溫為35℃，回水水溫為40℃。對(duì)內(nèi)循環(huán)只要補(bǔ)充軟化水即可，外循環(huán)需要另設(shè)冷卻循環(huán)系統(tǒng)，目前主要有冷卻塔冷卻系統(tǒng)和多風(fēng)扇水箱冷卻系統(tǒng)兩種形式。冷卻塔冷卻系統(tǒng)，是由冷卻水池、冷卻塔、電子水處理儀、循環(huán)水泵等組成的循環(huán)冷卻系統(tǒng)，一般多臺(tái)機(jī)組公用一冷卻系統(tǒng)。運(yùn)行費(fèi)用與冷卻水箱冷卻系統(tǒng)相當(dāng)；機(jī)組公用冷卻系統(tǒng)，占地面積小，但組合不便；敞開冷卻，冷卻效果好，冷卻系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用較低；但耗水量較大。多風(fēng)扇水箱冷卻系統(tǒng)，是由多風(fēng)扇水箱和管路閥門等附件組成，多風(fēng)扇水箱和機(jī)組一對(duì)一冷卻。其主要特點(diǎn)，一對(duì)一冷卻，冷卻組合方便，一臺(tái)機(jī)組工作啟動(dòng)一臺(tái)冷卻水箱即可，但占地面積相對(duì)較大；密閉冷卻，耗水量較小，但冷卻效果較差，冷卻系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用較高。大灣煤礦東井西冀瓦斯發(fā)電站冷卻循環(huán)系統(tǒng)瓦斯發(fā)電站兩種外部冷卻系統(tǒng)各有利弊，現(xiàn)針對(duì)本項(xiàng)目采用兩種不同形式冷卻系統(tǒng)進(jìn)行方案比選，兩種方案主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)詳見表411。表411 冷卻系統(tǒng)兩種方案主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方案方案一（推薦方案）方案二冷卻系統(tǒng)形式冷卻水箱冷卻冷卻塔冷卻選用主要設(shè)備選用冷卻水箱（380V）10臺(tái)（工作），（、220V）軟水裝置4臺(tái)（2臺(tái)工作2臺(tái)備用）。選用GBNL3250(、380V)型冷卻塔4臺(tái)（工作），KQWRG150/40055/4（55kW、380V）型循環(huán)水泵6臺(tái)（4臺(tái)工作2臺(tái)備用），（、220V）型水處理儀4臺(tái)（工作），（、220V）軟水裝置4臺(tái)（2臺(tái)工作2臺(tái)備用）。電力負(fù)荷（kW）253消耗水量（t/a）30012000投資（萬元）設(shè)備及安裝10090供水系統(tǒng)改造06土建29投資合計(jì)102115年運(yùn)營費(fèi)（萬元）電 費(fèi)水 費(fèi)維護(hù)26機(jī)組不全部運(yùn)行增加電費(fèi)0綜合營運(yùn)費(fèi)綜合費(fèi)用差值（萬元）0備注，表中投資費(fèi)用僅供方案比較用。針對(duì)本項(xiàng)目通過比較可以看出，兩種冷卻方式綜合費(fèi)基本相當(dāng)，但方案一中一臺(tái)機(jī)組對(duì)應(yīng)一套冷卻水箱系統(tǒng)，現(xiàn)場運(yùn)行管理方便，因此推薦方案一。三、余熱利用系統(tǒng)根據(jù)本項(xiàng)目選用瓦斯發(fā)電機(jī)組性能，其排放的高溫?zé)煔鉁囟燃s為650℃左右，高溫?zé)煔獾挠酂崾强梢员换厥债a(chǎn)生蒸汽或熱水，但本礦井高溫?zé)煔庥酂崂靡?guī)模比較小不適合用產(chǎn)生蒸汽帶動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組級(jí)聯(lián)發(fā)電，而且發(fā)電站周圍又沒有可以直接利用蒸汽或熱水的熱負(fù)荷。因此，本瓦斯發(fā)電站排放的高溫?zé)煔鈺翰豢紤]余熱利用，但預(yù)留余熱利用位置，等有符合條件的熱負(fù)荷出現(xiàn)時(shí)，安裝余熱鍋爐利用瓦斯發(fā)電煙氣高溫余熱。第二節(jié) 瓦斯發(fā)電站供配電一、概述大灣煤礦供電系統(tǒng)現(xiàn)狀大灣煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力300萬t/a，大灣礦35kV變電所和小灣35kV變電所做為本礦供電點(diǎn)，大灣35kV變電所主變210MVA，主要向大灣煤礦中井負(fù)荷供電，兩回35kV電源引自二塘110kV變電所，線路為LGJ120，長約4km。小灣35kV變電所主變210MVA，主要向大灣煤礦東井和西井供電，一回35kV電源引自二塘110kV變電所，線路為LGJ185，另一回35kV電源引自博力35kV變電所，線路為LGJ120，長約24km。本次設(shè)計(jì)為大灣煤礦東井西翼風(fēng)井瓦斯發(fā)電項(xiàng)目，目前大灣煤礦東井西翼風(fēng)井場地設(shè)有一座6kV配電室，二回6kV線路引自小灣35kV變電所，線路為LGJ150/2km。瓦斯發(fā)電站供電范圍本次設(shè)計(jì)瓦斯發(fā)電站發(fā)電機(jī)組單機(jī)額定功率600kW，額定電壓6kV，年運(yùn)行時(shí)間6000小時(shí)，每臺(tái)機(jī)組持續(xù)發(fā)電功率為480kW。本項(xiàng)目瓦斯發(fā)電站共設(shè)10臺(tái)發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量6000kW，扣除瓦斯發(fā)電站廠用電量后。瓦斯發(fā)電站所發(fā)電力供礦井用電，剩余電量通過煤礦主變電所上網(wǎng)。瓦斯發(fā)電站電力電量平衡（1）大灣煤礦負(fù)荷情況大灣煤礦設(shè)計(jì)規(guī)模300萬t/a，采