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[摘 要]发展与环境是当今社会的两大主题，瓦斯发电是一种既减少环境污染，又保护矿工生命安全的技术。瓦斯虽然是可怕的矿井杀手，但同时也是一种非常洁净的能源，能带来可观的利润。随着瓦斯发电技术的发展，瓦斯发电厂在逐渐兴盛，为了提高矿井瓦斯利用率，减少对大气环境的污染，开拓出一条变废为宝的有益途径，在节能和环保的同时创造出巨大的经济效益，开发瓦斯电厂余热利用技术成为必然趋势。
[关键词]瓦斯电厂；发电；余热利用；节能降耗
中图分类号：F426.1；F205 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）48-0002-01
引言
煤层气（瓦斯）是煤层中的一种伴生气，它属于非常规天然气（其主要成分是甲烷）。在煤矿采煤过程中，瓦斯气会自动散发出来，它是一种有害气体，无色、无味、易燃、易爆。长期以来，大量被抽采上来的低浓度瓦斯（浓度<30%），因为利用成本高等原因，不被利用，只能排入大气，造成温室效應。近年来，煤层气发电技术研发和装备制造水平不断提高，低浓度瓦斯发电技术应运而生。该技术的应用既能增加能源种类，缓解能源短缺情况，又能实现节能减排和余热利用的双重效益。而随着国家和地方对瓦斯气抽采利用支持和鼓励，瓦斯电站装机规模逐年上升，瓦斯发电技术的研发和装备制造水平也相应提高。内燃机发电，制造技术成熟，运行状况稳定，对低浓度瓦斯的适用性，成为现阶段瓦斯电站选用的主要设备。然而燃气发电机组，气燃料能量只有约35%被发电机组转化为电能，约有30%-35%的气燃料能量被高温烟气排出，约有20%-25%气燃料能量被发动机冷却水带走，通过机身散热等能量损失约占10%左右，由此可见，排气余热及冷却水损失的功率比有用功还多。占燃气发电机燃料近35%热能的烟气余热资源基本上被白白浪费掉。充分利用能源、提高能源利用率的瓦斯发电机组烟气余热利用是摆在我们面前的一项新课题。开发燃气发电机组余热利用技术，更充分地利用燃气资源，在节能和环保的同时创造出巨大的经济效益。
1 瓦斯发电机组烟气余热的用途
进入21世纪，国家鼓励发展绿色循环经济，倡导建设资源节约型社会，企业对经济效益、能源利用和环境保护的认识进一步加深。低瓦斯作为一种能源被广泛应用于发电，但占瓦斯发电机燃料近35%的热能随烟气排空，现阶段我国对瓦斯发电机组烟气余热的回收还处于初级阶段。
1.1 余热采暖
瓦斯发电机组余热采暖是在发电机组烟道出口加装一套余热回收装置，热水循环泵将软化水送到余热回收装置，经加热的软化水供给采暖户，冷却水再被送到余热回收装置加热，如此一直循环。
1.2 余热供应洗浴热水
在余热采暖的基础上加装—套水—水热交换器，被循环加热的软化水通过水—水热交换器将洗浴用水加热。
1.3 余热制冷
余热制冷的典型代表是溴化锂吸收式制冷，吸收式制冷和压缩式制冷的主要差别在于用蒸汽发生器—吸收器装置代替了压缩机。用蒸汽发生器吸收瓦斯发电机组烟气热量。
2.瓦斯发电余热利用工艺设计
瓦斯发电是指利用瓦斯中一定浓度的甲烷进行发电，而余热利用是指对瓦斯发电机组排出来的烟气余热进行回收利用，烟气余热回收可以产生95℃左右热水，进而用于企业采暖和洗浴。下面着重从工艺系统、重要设施、设备的工作原理等方面进行阐述。
2.1 烟气余热利用系统
瓦斯经过瓦斯发电机组发电后，会产生大量550摄氏度以上的烟气，烟气通过真型管换热器后，转换成95摄氏度的热水，然后通过水换热器进入准用管道进而用于企业采暖或洗浴。
2.2 投入设备
1）真形管换热器
真形管换热器是一种采用真形管换热元件与肋片管样扩展受热面、强化传热的设备。在其针形管束内构成一个封闭的水循环系统，当来自锅炉的烟气进入真形管箱体时，烟气横向冲刷针形管受热面，管内的载热体水和蒸气吸收烟气中的热量，温度上升，同时降低了排烟温度，以充分利用排烟中的余热。该设备一般安装在发电机组与排烟管道之间。
2）热水循环泵
该设备主要分为2种，一种是磁力驱动隔离式，另一种是电机式。其主要工作原理就是通过叶轮的高速转动使得液体达到一个离心的效果，从而使得液体获得一个很大的动能，然后通过水泵内部容积的变化使得液体发生能量的转化，从而达到输送液体的目的。该设备安装在针形管换热器之前。
3）全自动软水器
该设备主要用于降低水的硬度。由于由于水的硬度主要用由钙、镁形成来表示，所以要降低水的硬度就必须将水中的Ca2+、Mg2+（形成水垢的主要成份）置换出来。该设备就是通过采用阳离子交换树脂将水中的Ca2+、Mg2+置换出来，随着树脂内Ca2+、Mg2+的增加，树脂去除Ca2+、Mg2+的效能逐渐降低，但该设备具有阳离子交换树脂再生功能。该设备与补水管连接。
4）落地膨胀箱
落地膨胀箱主要用在水系统上，主要是用来吸收由于温度升高系统水膨胀引起的压力波动；在变频供水或其他供水设备上主要是用来调节因阀门开关，水泵启闭而引起压力波动，消除水锤效应的一个装置。其结构主要分为两部分：外部罐体和内置的气囊，两者用法兰盘连接。在气囊与罐体之间预充一定压力的氮气，这样当膨胀罐装在系统上工作时，当系统由于工作压力异常，压力升高大于膨胀罐内部预充氮气压力时，系统水就会冲入膨胀罐内，吸收压力波动，避免系统压力升高过多而损坏其他元器件；当系统由于泄漏等原因压力降低小于膨胀罐内氮气压力时，膨胀罐内那部分水会在氮气压力的作用下挤出，补回到系统，维持系统压力不会降低太多。该装置安装在热水循环泵之前。
5）管材及管路保温
余热管线采用符合GB/T8163-1999《输送流体用无缝钢管》标准生产制造的无缝钢管。所有余热管线采取保温措施，保温的工艺要求为：管线除锈--刷防锈漆--包60mm厚岩棉管壳--铁丝捆扎—镀锌铁皮保护层。施工中遇阀门、弯头、法兰等异形零部件处参照上述工艺方法现场处理，以达到保温效果为目的。
结语
随着人们对煤矿瓦斯综合利用研究的不断深入，特别是由于近年来在低浓度瓦斯发电机组研发方面的突破，会有更多的企业致力于瓦斯发电项目的开发，这也将会产生的更多的烟气。无论从资源再利用方面考虑，还是从环保角度上要求，瓦斯发电烟气余热利用势必成为一种趋势。通过本文对瓦斯发电烟气余热利用工艺设计的阐述，以期为瓦斯发电烟气余热利用起到一定的借鉴作用。
参考文献
[1] 任建广，王国保，李风军.瓦斯发电站烟气余热利用技术[J].科技信息，2013，（31）.
[2] 闻其有.瓦斯发电站烟气余热利用实践[J].中国新技术新产品，2015，（21）.
[3] 张国昌.煤矿瓦斯发电技术综述[J].车用发动机，2014，（05）.
[4] 葛成龙.淮矿水泥公司余热发电站成功发电，2014，（03）.
[5] 杨建霞.瓦斯发电站废气余热回收再利用，2015，（07）.
[关键词]瓦斯电厂；发电；余热利用；节能降耗
中图分类号：F426.1；F205 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）48-0002-01
引言
煤层气（瓦斯）是煤层中的一种伴生气，它属于非常规天然气（其主要成分是甲烷）。在煤矿采煤过程中，瓦斯气会自动散发出来，它是一种有害气体，无色、无味、易燃、易爆。长期以来，大量被抽采上来的低浓度瓦斯（浓度<30%），因为利用成本高等原因，不被利用，只能排入大气，造成温室效應。近年来，煤层气发电技术研发和装备制造水平不断提高，低浓度瓦斯发电技术应运而生。该技术的应用既能增加能源种类，缓解能源短缺情况，又能实现节能减排和余热利用的双重效益。而随着国家和地方对瓦斯气抽采利用支持和鼓励，瓦斯电站装机规模逐年上升，瓦斯发电技术的研发和装备制造水平也相应提高。内燃机发电，制造技术成熟，运行状况稳定，对低浓度瓦斯的适用性，成为现阶段瓦斯电站选用的主要设备。然而燃气发电机组，气燃料能量只有约35%被发电机组转化为电能，约有30%-35%的气燃料能量被高温烟气排出，约有20%-25%气燃料能量被发动机冷却水带走，通过机身散热等能量损失约占10%左右，由此可见，排气余热及冷却水损失的功率比有用功还多。占燃气发电机燃料近35%热能的烟气余热资源基本上被白白浪费掉。充分利用能源、提高能源利用率的瓦斯发电机组烟气余热利用是摆在我们面前的一项新课题。开发燃气发电机组余热利用技术，更充分地利用燃气资源，在节能和环保的同时创造出巨大的经济效益。
1 瓦斯发电机组烟气余热的用途
进入21世纪，国家鼓励发展绿色循环经济，倡导建设资源节约型社会，企业对经济效益、能源利用和环境保护的认识进一步加深。低瓦斯作为一种能源被广泛应用于发电，但占瓦斯发电机燃料近35%的热能随烟气排空，现阶段我国对瓦斯发电机组烟气余热的回收还处于初级阶段。
1.1 余热采暖
瓦斯发电机组余热采暖是在发电机组烟道出口加装一套余热回收装置，热水循环泵将软化水送到余热回收装置，经加热的软化水供给采暖户，冷却水再被送到余热回收装置加热，如此一直循环。
1.2 余热供应洗浴热水
在余热采暖的基础上加装—套水—水热交换器，被循环加热的软化水通过水—水热交换器将洗浴用水加热。
1.3 余热制冷
余热制冷的典型代表是溴化锂吸收式制冷，吸收式制冷和压缩式制冷的主要差别在于用蒸汽发生器—吸收器装置代替了压缩机。用蒸汽发生器吸收瓦斯发电机组烟气热量。
2.瓦斯发电余热利用工艺设计
瓦斯发电是指利用瓦斯中一定浓度的甲烷进行发电，而余热利用是指对瓦斯发电机组排出来的烟气余热进行回收利用，烟气余热回收可以产生95℃左右热水，进而用于企业采暖和洗浴。下面着重从工艺系统、重要设施、设备的工作原理等方面进行阐述。
2.1 烟气余热利用系统
瓦斯经过瓦斯发电机组发电后，会产生大量550摄氏度以上的烟气，烟气通过真型管换热器后，转换成95摄氏度的热水，然后通过水换热器进入准用管道进而用于企业采暖或洗浴。
2.2 投入设备
1）真形管换热器
真形管换热器是一种采用真形管换热元件与肋片管样扩展受热面、强化传热的设备。在其针形管束内构成一个封闭的水循环系统，当来自锅炉的烟气进入真形管箱体时，烟气横向冲刷针形管受热面，管内的载热体水和蒸气吸收烟气中的热量，温度上升，同时降低了排烟温度，以充分利用排烟中的余热。该设备一般安装在发电机组与排烟管道之间。
2）热水循环泵
该设备主要分为2种，一种是磁力驱动隔离式，另一种是电机式。其主要工作原理就是通过叶轮的高速转动使得液体达到一个离心的效果，从而使得液体获得一个很大的动能，然后通过水泵内部容积的变化使得液体发生能量的转化，从而达到输送液体的目的。该设备安装在针形管换热器之前。
3）全自动软水器
该设备主要用于降低水的硬度。由于由于水的硬度主要用由钙、镁形成来表示，所以要降低水的硬度就必须将水中的Ca2+、Mg2+（形成水垢的主要成份）置换出来。该设备就是通过采用阳离子交换树脂将水中的Ca2+、Mg2+置换出来，随着树脂内Ca2+、Mg2+的增加，树脂去除Ca2+、Mg2+的效能逐渐降低，但该设备具有阳离子交换树脂再生功能。该设备与补水管连接。
4）落地膨胀箱
落地膨胀箱主要用在水系统上，主要是用来吸收由于温度升高系统水膨胀引起的压力波动；在变频供水或其他供水设备上主要是用来调节因阀门开关，水泵启闭而引起压力波动，消除水锤效应的一个装置。其结构主要分为两部分：外部罐体和内置的气囊，两者用法兰盘连接。在气囊与罐体之间预充一定压力的氮气，这样当膨胀罐装在系统上工作时，当系统由于工作压力异常，压力升高大于膨胀罐内部预充氮气压力时，系统水就会冲入膨胀罐内，吸收压力波动，避免系统压力升高过多而损坏其他元器件；当系统由于泄漏等原因压力降低小于膨胀罐内氮气压力时，膨胀罐内那部分水会在氮气压力的作用下挤出，补回到系统，维持系统压力不会降低太多。该装置安装在热水循环泵之前。
5）管材及管路保温
余热管线采用符合GB/T8163-1999《输送流体用无缝钢管》标准生产制造的无缝钢管。所有余热管线采取保温措施，保温的工艺要求为：管线除锈--刷防锈漆--包60mm厚岩棉管壳--铁丝捆扎—镀锌铁皮保护层。施工中遇阀门、弯头、法兰等异形零部件处参照上述工艺方法现场处理，以达到保温效果为目的。
结语
随着人们对煤矿瓦斯综合利用研究的不断深入，特别是由于近年来在低浓度瓦斯发电机组研发方面的突破，会有更多的企业致力于瓦斯发电项目的开发，这也将会产生的更多的烟气。无论从资源再利用方面考虑，还是从环保角度上要求，瓦斯发电烟气余热利用势必成为一种趋势。通过本文对瓦斯发电烟气余热利用工艺设计的阐述，以期为瓦斯发电烟气余热利用起到一定的借鉴作用。
参考文献
[1] 任建广，王国保，李风军.瓦斯发电站烟气余热利用技术[J].科技信息，2013，（31）.
[2] 闻其有.瓦斯发电站烟气余热利用实践[J].中国新技术新产品，2015，（21）.
[3] 张国昌.煤矿瓦斯发电技术综述[J].车用发动机，2014，（05）.
[4] 葛成龙.淮矿水泥公司余热发电站成功发电，2014，（03）.
[5] 杨建霞.瓦斯发电站废气余热回收再利用，2015，（07）.