【正文】 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。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。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。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。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）。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。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。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)。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℃。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。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。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)。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)。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。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。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。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。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。主要由火焰?zhèn)鞲衅?、控制器等組成。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。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。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。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)鉄岷穆省l(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。h），純瓦斯的燃燒熱值（）。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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)。另一控制燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)污染的主要方法是稀薄燃燒(目前大部分發(fā)動(dòng)機(jī)采用這種技術(shù))，使用大量過剩的空氣系統(tǒng)(超過50%～100%的理論空氣量)，通過高過?？諝馐筃Ox、排放顯著減少，同時(shí)使循環(huán)效率增加。用化學(xué)計(jì)量比控制燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)使用三元催化污染控制系統(tǒng)來同時(shí)降低NOx，CO和未燃碳?xì)浠衔?。在輸出功率提高方面，由于提高了相?duì)輸出功率，因此減少了與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在輸出功率及相對(duì)價(jià)格之間的差距。隨著產(chǎn)品技術(shù)的不斷成熟和日趨嚴(yán)格的環(huán)境控制要求，往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)必將繼續(xù)作為一種低成本的發(fā)電產(chǎn)品，在瓦斯發(fā)電市場占據(jù)重要地位。尤其是這種機(jī)組要求進(jìn)氣壓力低，僅為3～35kPa，適用瓦斯?jié)舛确秶鷱V，濃度6%以上均可利用，這使得燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組在瓦斯發(fā)電方面獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。因此，近年來這種裝機(jī)形式較多地應(yīng)用在具有一定規(guī)模，抽采效果較好，氣量和濃度比較穩(wěn)定的礦區(qū)。礦井瓦斯為燃料的電站主機(jī)采用燃?xì)廨啓C(jī)，僅限制在抽采瓦斯?jié)舛雀叩牡V井。對(duì)于瓦斯發(fā)電站，則只有瓦斯含量大于50%，氣量較大的而且氣源穩(wěn)定的情況下，才適于采用燃?xì)廨啓C(jī)為主機(jī)發(fā)電設(shè)備。系統(tǒng)可加余熱鍋爐帶蒸汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，雖然比較復(fù)雜，占地面積大，但可大大提高發(fā)電效率。這種裝機(jī)形式發(fā)電效率也較低，啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)間長，不靈活，所以目前瓦斯電站基本不采用這種裝機(jī)形式。蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組此種發(fā)電形式多用于傳統(tǒng)的火電機(jī)組形式，工藝技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠，但燃?xì)忮仩t采用煤礦瓦斯為燃料，由于受到瓦斯抽采波動(dòng)性等因素影響，大型電站瓦斯鍋爐的應(yīng)用受到限制，目前僅局限在小型的工業(yè)鍋爐。根據(jù)低濃度瓦斯正壓輸送工藝特點(diǎn)，低濃度瓦斯正壓輸送距離不宜過長，結(jié)合礦井場地狀況，本項(xiàng)目考慮在礦井瓦斯抽采站附近場地變電所一側(cè)建設(shè)瓦斯發(fā)電站，發(fā)電站名稱為大灣煤礦東井西冀風(fēng)井瓦斯發(fā)電站。第二節(jié) 煤礦瓦斯發(fā)電站建設(shè)方案本項(xiàng)目利用瓦斯?jié)舛却蟛糠衷?%～30%之間，濃度小于30%的低濃度瓦斯不能用儲(chǔ)氣罐進(jìn)行瓦斯緩沖與儲(chǔ)存。這幾個(gè)電站均運(yùn)行多年，已經(jīng)取得了良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。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)范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，尤其是能夠更為靈活的適應(yīng)煤礦瓦斯?jié)舛炔▌?dòng)的情況，適合利用礦井抽采瓦斯。瓦斯發(fā)電技術(shù)成熟瓦斯發(fā)電采用的主機(jī)設(shè)備主要有蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組和燃料電池。項(xiàng)目實(shí)施有足夠的氣源保障。礦井瓦斯發(fā)電氣源有保障大灣煤礦東井西翼風(fēng)井瓦斯抽采站現(xiàn)運(yùn)行高、低負(fù)壓瓦斯抽采泵均為2臺(tái)（1臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用），額定抽放能力均為250 m3/min。綜上所述，利用礦井抽采瓦斯發(fā)電是本項(xiàng)目瓦斯利用的最理想選擇，瓦斯發(fā)電能充分利用礦山資源，保護(hù)環(huán)境，有效減少甲烷等溫室氣體排放，改善礦井環(huán)境，增加社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)礦井安全生產(chǎn)產(chǎn)生積極的推進(jìn)作用。利用瓦斯進(jìn)行發(fā)電是瓦斯利用的有效途徑大灣煤礦東井西冀瓦斯抽采相對(duì)規(guī)模較小，不適宜建設(shè)化工廠或瓦斯提純液化利用瓦斯；煤礦抽采瓦斯?jié)舛却蟛糠侄荚?0%以下，這部分瓦斯也不宜用于民用，而且礦井周圍也沒有成規(guī)模的居民積聚點(diǎn)可以使用瓦斯?，F(xiàn)在利用瓦斯發(fā)電，在治理礦井瓦斯災(zāi)害的同時(shí)，將原煤生產(chǎn)的“廢物”變?yōu)橘Y源綜合利用的“寶”，利用瓦斯發(fā)電可以使抽采瓦斯成為盈利工程，抽采的瓦斯越多，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益越好，可以形成良性循環(huán)。礦井安全生產(chǎn)的需求隨著我國礦井開采深度的增加和開采能力的擴(kuò)大，瓦斯涌出量已相應(yīng)增加，煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性增高。根據(jù)這些政策，瓦斯抽采和利用屬于資源的合理利用，除優(yōu)先享受《可再生資源法》及其它配套法律法規(guī)規(guī)定的鼓勵(lì)政策外，并能在稅收、采礦權(quán)使用費(fèi)、上網(wǎng)配套費(fèi)、上網(wǎng)電價(jià)等方面享受國家有關(guān)優(yōu)惠政策。2006年由國務(wù)院印發(fā)了《國務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)節(jié)能工作的決定》（國發(fā)[2006]28號(hào)）；由國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于加快煤層氣（煤礦瓦斯）抽采利用的若干意見》（國辦發(fā)[2006]47號(hào)）。瓦斯作為一種優(yōu)質(zhì)潔凈的能源，如加以合理的利用，可以變害為寶，對(duì)以煤等化石燃料為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)可以得到改善和優(yōu)化，減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴。開發(fā)瓦斯氣，形成瓦斯氣產(chǎn)業(yè)將對(duì)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到巨大的推動(dòng)作用。按照目前我國石油天然氣資源發(fā)現(xiàn)率計(jì)算（10%），參照目前天然氣的中等價(jià)格（（城市門站價(jià)）計(jì)算），將會(huì)為社會(huì)創(chuàng)造3萬億元的財(cái)富。表311 人均化石燃料儲(chǔ)量的國際比較表（2005年）名稱中國美國歐盟日本OECD印度世界煤可采儲(chǔ)量（t/人）1458338632084152石油可采儲(chǔ)量（t/人）天然氣可采儲(chǔ)量（t/人）179718412562431312800100227817瓦斯氣資源的開發(fā)利用將會(huì)為社會(huì)創(chuàng)造巨額財(cái)富。2005年，%；人均天然氣可采儲(chǔ)量為1797m3，%；人均煤炭可采儲(chǔ)量為145t，%。優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴煤、石油、天然氣等化石能源，目前仍屬于人類使用能源的主要形式，但化石能源屬不可再生資源，一但使用將不可再生。同時(shí)，瓦斯中的甲烷是一種僅次于氟利昂占第二位的重要溫室氣體，會(huì)破壞大氣的臭氧層，根據(jù)氣候變遷國際委員會(huì)研究報(bào)告，其溫室效應(yīng)是CO2的21倍。如果礦井把抽出的瓦斯加以利用而不直接排空，能大大降低礦井對(duì)社會(huì)能源（電力等）的需求，減少礦井的資金投入，增加礦井的經(jīng)濟(jì)效益。四、水源擬建的大灣煤礦東井西翼風(fēng)井瓦斯發(fā)電站西面約300m處有條河流，東井西翼風(fēng)井瓦斯抽采站用水均取自此河流，瓦斯發(fā)電站用水可以由此河流保證。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。二、交通運(yùn)輸瓦斯發(fā)電站建設(shè)在礦井原有至大灣煤礦東井西翼風(fēng)井的礦區(qū)道路旁邊，發(fā)電站的建設(shè)及設(shè)備運(yùn)輸均可依托礦井原有的公路，交通運(yùn)輸較方便。綜上分析，大灣煤礦東井西翼風(fēng)井瓦斯發(fā)電市場條件前景十分看好。h，按照自發(fā)自用和每立方純瓦斯發(fā)3度電計(jì)算，礦井自用電需消耗瓦斯約700萬m3（純量）/a，因此，礦井自身用電就是一大市場。這些文件精神的貫徹落實(shí)，必將有力促進(jìn)項(xiàng)目的實(shí)施。礦井必將加大瓦斯抽采，促進(jìn)礦區(qū)抽采瓦斯的綜合利用。另外，國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局2006年11月2日發(fā)布的《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》（AQ1026－2006）要求“突出煤層工作面采掘作業(yè)前必須將控制范圍內(nèi)煤層的瓦斯含量降到煤層始突深度的瓦斯含量以下或?qū)⑼咚箟毫档绞纪簧疃鹊拿簩油咚箟毫σ韵隆８哂诋?dāng)?shù)孛摿蛉济簷C(jī)組標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)的差額部分，通過提高瓦斯發(fā)電站所在省級(jí)電網(wǎng)銷售電價(jià)解決。（3）瓦斯發(fā)電站不參與市場競價(jià)，不承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰任務(wù)。省級(jí)人民政府投資主管部門要將核準(zhǔn)和備案情況及時(shí)報(bào)送國務(wù)院投資主管部門。（5）對(duì)地面抽采煤層氣暫不征收資源稅。（3）對(duì)獨(dú)立核算的煤層氣抽采企業(yè)利用銀行貸款或自籌資金從事技術(shù)改造項(xiàng)目國產(chǎn)設(shè)備投資，其項(xiàng)目所需國產(chǎn)設(shè)備投資的40%可從企業(yè)技術(shù)改造項(xiàng)目設(shè)備購置當(dāng)年比前一年新增的企業(yè)所得稅中抵免。先征后退稅款由企業(yè)專項(xiàng)用于煤層氣技術(shù)的研究和擴(kuò)大再生產(chǎn)，不征收企業(yè)所得稅。表211 預(yù)計(jì)礦井瓦斯抽采量（純量）礦井名稱抽采純量及抽采濃度年抽采純量（萬m3/a）年可利用量（萬m3/a）高負(fù)壓（m3/min）平均濃度（%）低負(fù)壓（m3/min）平均濃度（%）大灣煤礦東井3212231026131568第三節(jié) 瓦斯發(fā)電市場條件分析一、國家的產(chǎn)業(yè)政策，有利于該項(xiàng)目的實(shí)施該項(xiàng)目是在國家要求加大煤礦瓦斯抽采力度，加快煤層氣開發(fā)利用，保障煤礦安全生產(chǎn)，增加