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【摘 要】 在油页岩炼油的过程中产生的低热值剩余瓦斯可用于发电和余热的再利用，很好的实现了节能减排。本文就曾参与设计的页岩炼油厂剩余瓦斯发电和余热锅炉的工艺设计方案和瓦斯发电机的选择进行了阐述。
【关键词】 剩余瓦斯发电;余热利用;瓦斯发电机
循环经济是以资源的高效利用和循环利用为核心，以“减量化、再利用、再循环”为原则，以低消耗、低排放、高效率为基本特征，剩余瓦斯发电项目有利于保护环境、节约资源。但其主体设备—瓦斯发电机的选择很大程度上决定了项目的成本和发电的质量，是工程项目中至关重要的部分。
一、工程技术方案
1、发电站工艺流程
首先由干馏装置来的剩余瓦斯经风机加压送入脱硫塔，剩余瓦斯经脱硫后进入瓦斯罐，而后用来发电和烧锅炉。见图
1）剩余瓦斯气体概况
剩余瓦斯气体组成%
CO??2 CnHm O2 CO H2 CH4 N2
20.5 0.8 0.4 4.0 10.5 7.5 56.3
分子量 硫化氢含量（g/Nm3） 密度（g/Nm3） 热值（大卡/Nm3）
28.4 4——5 1.266 680
2）剩余瓦斯气体加压
剩余瓦斯进入电站前压力为0.0032MPa，温度为52℃，由于脱馏等要求压力在0.006—0.01MPa，须设剩余瓦斯加压风机房，风机房设备可以选用离心式风机两台，一开一备。
3）剩余瓦斯气体脱硫
瓦斯由加压机房加压，加氧（有利于脱硫反应）等，经过换热器，将瓦斯温度调节到30～40°左右，在压力0.006—0.01Mpa下脱硫，然后送到储气罐。脱硫选用TG脱硫塔干法脱硫，一期安装32台发电机组选用TG脱硫塔16台，二期安装30台发电机组用TG脱硫塔14台。
2、瓦斯气发电
1）瓦斯气发电简述
剩余瓦斯的生产量是由油母页岩干馏页岩油生产情况来决定，当用于发电时，剩余瓦斯可即时转化为电能，使瓦斯资源得到充分利用，避免了无奈的排放，另一方面瓦斯电站的负荷可以根据气源的变化灵活调节，能较好地解决剩余瓦斯生产与页岩油生产使用难以协调的矛盾。剩余瓦斯属于燃气的一种。燃气发电的方式有：燃气内燃发电机组、燃气轮机发电机组、燃气锅炉带动蒸汽轮机发电机组等，每种方式有不同的适用条件和发电效率。而发电效率最高的，也是目前发展热点的是燃气内燃发电机组。根据本站剩余瓦斯的组分，以及装机容量、发电效率、设备投资等方面进行分析比较，本站适合采用技术先进、发电效率高、且投资较低的燃气内燃发电机组。
2）抚矿集团公司新建瓦斯电站工程概况
工程共建设2期剩余瓦斯发电站，其中1期发电站发电机组32台，2期发电站发电机组30台，采用国产500KW发电机组，项目建成后总装机容量31MW，共计62台。
3）发电机组选择
目前用燃气发电的设备主要使用燃气轮机或燃气发动机，分别适用于不同规模和原料燃气的种类。本项目各电站规模在10MW以下，属于小型电站，煤层气属于低能级燃气，更适合于采用燃气发动机-发电机组，具有投资省、占地少、热电转化效率高、负荷易调节等特点。
燃气发动机-发电机组有进口、国产机组，国产机组对燃气的质量要求较宽松，价格也相对较低，而进口机组的发电效率、热量利用效率、自动化程度、运行寿命等均优于国产机组，但价格较高，剩余瓦斯虽然浓度较低，但其发电机选取得技术指标可以按纯瓦斯的指标对比。下表是这两种机组的主要指标比较：
进口机组与国产机组的主要技术经济指标比较
项目 单位 进口机组 国产机组 备注
发电效率 % 40 30
热利用效率 % 50 40
自动化程度 高 中 进口机组配有程控机及软件
大修周期 小时 60000 20000
润滑油消耗 g/kwh 0.03 0.04
单位成本 元/kwh 0.18 0.21
机组价格 万元 630 390 按装机1500KW、热电联供计
运行寿命 年 15 10
投资回收期 年 6.4 7.2
从上表比较看，进口机组的各项技术指标均优于国产机组，尤其是发电效率，进口机组每立方米纯甲烷可发电4度，国产机组只有3度，但进口机组的价格要高于国产机组一倍以上，故选择设备时，若从技术角度出发，应选择进口设备，若考虑节省投资，选择了国产设备。
本工程由于建站较多，受投资限制，选择国产设备。
选用的国产机组，标称功率为500KW，实际功率根据燃气质量，为420～450KW，发电电压400V。该型机组可应用于剩余瓦斯、沼气、天然气等燃气发电领域，技术较成熟，可以实现热电联供，目前在国内已有多家电站在运行，节能环保的效果明显。
4）装机容量
瓦斯发电站装机容量与机组的发电效率关系密切。当原料燃气量相同时，效率高则发电量多，要求装机功率也大。由于本工程选用的是单台设计容量500KW的国产机组，根据该机组各发电站装机容量及发电量：
装机设计总容量为31000千瓦，年设计发电量为7500万千瓦时。
3、瓦斯发电余热利用系统技术方案
1）技术方案
燃气发电机组在发电的同时，燃烧尾气还产生大量的热能。多数热能可以通过换热设备回收并外供，实现热电联供。配备热能回收设备的发电机组为热电联供发电机组，热电联供可使燃气能源得到最大限度的应用。
本工程剩余瓦斯电站均选择安装热电联供机组，并配置相应的换热设备回收余热，在发电的同时可对外供热。每台国产机组供热量，根据国产500KM发电机组技术特点，每台机组后配置针形管换热器回收余热，并通过汽水分离器转换成蒸汽。每台机组可产生蒸汽0.4蒸吨/小时，用于生產工艺、采暖、洗浴等场合。 2）余热利用系统规模
根据发电站的规模，确定剩余瓦斯发电站余热利用系统规模。总计安装余热利用设备62台，额定产生蒸汽24.8蒸吨/小时，实际产生蒸汽18蒸吨/小时，年产蒸汽129600吨。
各发电站余热利用系统规模如下：
千金油厂剩余瓦斯电站一期共装机12台余热设备，可产生蒸汽3.5蒸吨/小时，年产蒸汽25200吨。由电站铺设一条Φ125mm蒸汽管线，将蒸汽并入生产蒸汽管线。
西露天矿油厂剩余瓦斯电站一期共装机20台余热设备，可产生蒸汽6.0蒸吨/小时，年产蒸汽43200吨。由电站铺设一条Φ150mm蒸汽管线，将蒸汽并入生产蒸汽管线。
西露天矿油厂剩余瓦斯电站二期共装机30台余热设备，可产生蒸汽8.5蒸吨/小时，年产蒸汽61200吨。由电站铺设一条Φ200mm蒸汽管线，将蒸汽并入生產蒸汽管线。
二、燃气锅炉技术方案
1、技术方案
燃气锅炉燃料采用油厂剩余瓦斯，由于油厂剩余瓦斯热值较低仅3.35-4.34MJ/m3，因此选用低热值燃气锅炉。根据油厂剩余瓦斯量，确定安装一台20吨/小时蒸汽燃气锅炉。用于生产工艺、采暖等场合。
2、燃气锅炉供气能力
根据油厂剩余瓦斯量，及锅炉的燃气用量，确定安装一台20吨/小时蒸汽燃气锅炉。额定产生蒸汽20蒸吨/小时，年产蒸汽93600吨。由炉房铺设一条Φ250mm蒸汽管线，将蒸汽并入生产蒸汽管线。
三、结论
开发利用低热值瓦斯能源是一项符合循环经济的好项目，既可以减少瓦斯对大气的污染，又节约了能量和消耗。在工程设计中就要求技术人员应细致的选择好瓦斯发电机和做到合理的工业设计，真正的做到节约成本又满足功能要求。
参考文献：
[1]《城镇燃气设计规范》GB50028-93（2002版）
[2]《供配电系统设计规范》GB50052
[3]《小型火力发电厂设计规范》GB50054-94
[4]《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92
[5]《工业企业煤气安全规程》GB6222-86
[6]《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058-97）
【关键词】 剩余瓦斯发电;余热利用;瓦斯发电机
循环经济是以资源的高效利用和循环利用为核心，以“减量化、再利用、再循环”为原则，以低消耗、低排放、高效率为基本特征，剩余瓦斯发电项目有利于保护环境、节约资源。但其主体设备—瓦斯发电机的选择很大程度上决定了项目的成本和发电的质量，是工程项目中至关重要的部分。
一、工程技术方案
1、发电站工艺流程
首先由干馏装置来的剩余瓦斯经风机加压送入脱硫塔，剩余瓦斯经脱硫后进入瓦斯罐，而后用来发电和烧锅炉。见图
1）剩余瓦斯气体概况
剩余瓦斯气体组成%
CO??2 CnHm O2 CO H2 CH4 N2
20.5 0.8 0.4 4.0 10.5 7.5 56.3
分子量 硫化氢含量（g/Nm3） 密度（g/Nm3） 热值（大卡/Nm3）
28.4 4——5 1.266 680
2）剩余瓦斯气体加压
剩余瓦斯进入电站前压力为0.0032MPa，温度为52℃，由于脱馏等要求压力在0.006—0.01MPa，须设剩余瓦斯加压风机房，风机房设备可以选用离心式风机两台，一开一备。
3）剩余瓦斯气体脱硫
瓦斯由加压机房加压，加氧（有利于脱硫反应）等，经过换热器，将瓦斯温度调节到30～40°左右，在压力0.006—0.01Mpa下脱硫，然后送到储气罐。脱硫选用TG脱硫塔干法脱硫，一期安装32台发电机组选用TG脱硫塔16台，二期安装30台发电机组用TG脱硫塔14台。
2、瓦斯气发电
1）瓦斯气发电简述
剩余瓦斯的生产量是由油母页岩干馏页岩油生产情况来决定，当用于发电时，剩余瓦斯可即时转化为电能，使瓦斯资源得到充分利用，避免了无奈的排放，另一方面瓦斯电站的负荷可以根据气源的变化灵活调节，能较好地解决剩余瓦斯生产与页岩油生产使用难以协调的矛盾。剩余瓦斯属于燃气的一种。燃气发电的方式有：燃气内燃发电机组、燃气轮机发电机组、燃气锅炉带动蒸汽轮机发电机组等，每种方式有不同的适用条件和发电效率。而发电效率最高的，也是目前发展热点的是燃气内燃发电机组。根据本站剩余瓦斯的组分，以及装机容量、发电效率、设备投资等方面进行分析比较，本站适合采用技术先进、发电效率高、且投资较低的燃气内燃发电机组。
2）抚矿集团公司新建瓦斯电站工程概况
工程共建设2期剩余瓦斯发电站，其中1期发电站发电机组32台，2期发电站发电机组30台，采用国产500KW发电机组，项目建成后总装机容量31MW，共计62台。
3）发电机组选择
目前用燃气发电的设备主要使用燃气轮机或燃气发动机，分别适用于不同规模和原料燃气的种类。本项目各电站规模在10MW以下，属于小型电站，煤层气属于低能级燃气，更适合于采用燃气发动机-发电机组，具有投资省、占地少、热电转化效率高、负荷易调节等特点。
燃气发动机-发电机组有进口、国产机组，国产机组对燃气的质量要求较宽松，价格也相对较低，而进口机组的发电效率、热量利用效率、自动化程度、运行寿命等均优于国产机组，但价格较高，剩余瓦斯虽然浓度较低，但其发电机选取得技术指标可以按纯瓦斯的指标对比。下表是这两种机组的主要指标比较：
进口机组与国产机组的主要技术经济指标比较
项目 单位 进口机组 国产机组 备注
发电效率 % 40 30
热利用效率 % 50 40
自动化程度 高 中 进口机组配有程控机及软件
大修周期 小时 60000 20000
润滑油消耗 g/kwh 0.03 0.04
单位成本 元/kwh 0.18 0.21
机组价格 万元 630 390 按装机1500KW、热电联供计
运行寿命 年 15 10
投资回收期 年 6.4 7.2
从上表比较看，进口机组的各项技术指标均优于国产机组，尤其是发电效率，进口机组每立方米纯甲烷可发电4度，国产机组只有3度，但进口机组的价格要高于国产机组一倍以上，故选择设备时，若从技术角度出发，应选择进口设备，若考虑节省投资，选择了国产设备。
本工程由于建站较多，受投资限制，选择国产设备。
选用的国产机组，标称功率为500KW，实际功率根据燃气质量，为420～450KW，发电电压400V。该型机组可应用于剩余瓦斯、沼气、天然气等燃气发电领域，技术较成熟，可以实现热电联供，目前在国内已有多家电站在运行，节能环保的效果明显。
4）装机容量
瓦斯发电站装机容量与机组的发电效率关系密切。当原料燃气量相同时，效率高则发电量多，要求装机功率也大。由于本工程选用的是单台设计容量500KW的国产机组，根据该机组各发电站装机容量及发电量：
装机设计总容量为31000千瓦，年设计发电量为7500万千瓦时。
3、瓦斯发电余热利用系统技术方案
1）技术方案
燃气发电机组在发电的同时，燃烧尾气还产生大量的热能。多数热能可以通过换热设备回收并外供，实现热电联供。配备热能回收设备的发电机组为热电联供发电机组，热电联供可使燃气能源得到最大限度的应用。
本工程剩余瓦斯电站均选择安装热电联供机组，并配置相应的换热设备回收余热，在发电的同时可对外供热。每台国产机组供热量，根据国产500KM发电机组技术特点，每台机组后配置针形管换热器回收余热，并通过汽水分离器转换成蒸汽。每台机组可产生蒸汽0.4蒸吨/小时，用于生產工艺、采暖、洗浴等场合。 2）余热利用系统规模
根据发电站的规模，确定剩余瓦斯发电站余热利用系统规模。总计安装余热利用设备62台，额定产生蒸汽24.8蒸吨/小时，实际产生蒸汽18蒸吨/小时，年产蒸汽129600吨。
各发电站余热利用系统规模如下：
千金油厂剩余瓦斯电站一期共装机12台余热设备，可产生蒸汽3.5蒸吨/小时，年产蒸汽25200吨。由电站铺设一条Φ125mm蒸汽管线，将蒸汽并入生产蒸汽管线。
西露天矿油厂剩余瓦斯电站一期共装机20台余热设备，可产生蒸汽6.0蒸吨/小时，年产蒸汽43200吨。由电站铺设一条Φ150mm蒸汽管线，将蒸汽并入生产蒸汽管线。
西露天矿油厂剩余瓦斯电站二期共装机30台余热设备，可产生蒸汽8.5蒸吨/小时，年产蒸汽61200吨。由电站铺设一条Φ200mm蒸汽管线，将蒸汽并入生產蒸汽管线。
二、燃气锅炉技术方案
1、技术方案
燃气锅炉燃料采用油厂剩余瓦斯，由于油厂剩余瓦斯热值较低仅3.35-4.34MJ/m3，因此选用低热值燃气锅炉。根据油厂剩余瓦斯量，确定安装一台20吨/小时蒸汽燃气锅炉。用于生产工艺、采暖等场合。
2、燃气锅炉供气能力
根据油厂剩余瓦斯量，及锅炉的燃气用量，确定安装一台20吨/小时蒸汽燃气锅炉。额定产生蒸汽20蒸吨/小时，年产蒸汽93600吨。由炉房铺设一条Φ250mm蒸汽管线，将蒸汽并入生产蒸汽管线。
三、结论
开发利用低热值瓦斯能源是一项符合循环经济的好项目，既可以减少瓦斯对大气的污染，又节约了能量和消耗。在工程设计中就要求技术人员应细致的选择好瓦斯发电机和做到合理的工业设计，真正的做到节约成本又满足功能要求。
参考文献：
[1]《城镇燃气设计规范》GB50028-93（2002版）
[2]《供配电系统设计规范》GB50052
[3]《小型火力发电厂设计规范》GB50054-94
[4]《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92
[5]《工业企业煤气安全规程》GB6222-86
[6]《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058-97）