知识点：发电机组 引言 我国煤与瓦斯突出的矿井基本建立了煤层瓦斯抽采及瓦斯利用系统。瓦斯发电机组是瓦斯抽采利用的主要设备，在瓦斯发电机组工作过程中产生的高温废气和冷却介质余热等，却没有被充分利用，综合利用效能不足。因此，如何解决瓦斯发电机组余热的二次深度利用，问题对提高综合能效非常重要。 1、瓦斯发电机组烟气和循环水余热系统现状 瓦斯发电机组在运行发电过程中产生及排放出大量高温废气，而其自带冷却系统远不能满足机组散热的需求，且大大降低了机组发电运行效率和使用寿命。对于瓦斯发电机组，燃料的能量有约
知识点：发电机组
我国煤与瓦斯突出的矿井基本建立了煤层瓦斯抽采及瓦斯利用系统。瓦斯发电机组是瓦斯抽采利用的主要设备，在瓦斯发电机组工作过程中产生的高温废气和冷却介质余热等，却没有被充分利用，综合利用效能不足。因此，如何解决瓦斯发电机组余热的二次深度利用，问题对提高综合能效非常重要。
瓦斯发电机组在运行发电过程中产生及排放出大量高温废气，而其自带冷却系统远不能满足机组散热的需求，且大大降低了机组发电运行效率和使用寿命。对于瓦斯发电机组，燃料的能量有约
35
％被瓦斯发电机组转化为电能，其他约有
30
％的气体燃料随高温烟气排出，
25
％被发动机冷却水带走，通过自身散发等其他因素损耗的约占
10
％，而这其中约一半的能量是可以被二次利用的。根据计算，瓦斯发电机组每提供
100 kW
的电，所排出的尾气余热可满足
2500m3
的洗浴和采暖用水。由此可见，若将浪费的热能回收加以利用，不仅可提高能源利用率和设备运行效率，降低生产支出成本，还可减少
CO2
以及各种有害气体的排放。
瓦斯发电机组系统在发电过程中，一方面在瓦斯发电机组烟道口处安装一套余热锅炉，收集机组排出的约
550
℃高温烟气，软化水依托管网源不断地输送到余热锅炉进行热源交换，另一方面在机组冷却系统循环水系统加装板式换热器，简化中间再热环节，通过“热水—冷水一热水、热气—冷水一热水”的交换方式，经管道泵将余热水源不断地输送到蓄水池和使用地点，使得一次能源在向二次能源转换的过程中，将损耗的能源充分利用，最大限度地提高能源的使用率。
针对瓦斯发电机组高温废气和机组冷却介质热量较为充足的特点，通过瓦斯发电机组排烟口加装余热锅炉，用于收集高温废气和机组软化循环水。在简化中间再热环节，进行“热水—冷水一热水、热气一冷水一热水”的交换方式，将低温交换软化循环水送到余热回收换热装置，并在不改变原余热利用系统的前提下，将原瓦斯发电机组冷却水池更改为热水蓄水池，通过改造管路将冷水在热水蓄水池与
4
台锅炉之间不断循环，
持续给冷水升温至
80
℃左右，将热水池内热水引至水泵吸水口，通过两台管道泵串联运行增压至各个使用场所；然后通过总回水管路经暖气片热释放后的温水，再回循环至瓦斯发电站热水蓄水池循环加热，使余热回收形成了开式循环系统。如图
1
所示。
以某煤矿为例作介绍。该矿瓦斯发电站安装
4
台
1000GF
系列瓦斯发电机组，每台瓦斯发电机组的烟道出口处安装了
1
套余热锅炉及机组冷却循环水余热收集装置，通过循环网管不断地循环补给。
1）烟气管道出口余热锅炉能回收的热量。
烟气管道出口烟气温度在
550
℃左右，经余热锅炉换热后烟气温度在
150
℃左右，这样，在瓦斯发电机组烟道出口温度由原来的
550
℃降为
150
℃时，其余热收集锅炉每小时能够释放出的热量计算为：
Q1 =CMρ
（
T1-T2
）≈
2780 MJ/h
（
1
）
式中：
Q1
为释放热量，
MJ/h
；
C
为热比
1.076 kJ/(kg
℃
)
；
M
为流量，
m3
；
ρ
为密度，
Kg/m3
。
T1
为出
口温度，℃；
T2
为换热后温度，℃。
经计算，其余热锅炉换热效率为
95%
左右，则
4
台机组每小时可收集的热量值为：
Q
余
=4Q
×
95%
≈
10570 MJ/h
（
2
）
2）冷却循环水能够收集回收的能量。
发电机组温度在
80
℃左右，经换热后温度在
20
℃左右，其瓦斯发电机组烟道出口由原来的
80
℃降为
20
℃
时，每小时能够释放出的热量计算为：
Q2 =CMρ
（
T1-T2
）≈
3470 MJ/h
（
3
）
式中：
Q2
为释放热量，
MJ/h
；
C
为热比
1.076 kJ/(kg
℃
)
；
M
为流量，
m3
；
ρ
为密度，
Kg/m3
。
T1
为出
口温度，℃；
T2
为换热后温度，℃。
经计算，其余热锅炉换热效率为
95%
左右，则
4
台机组每小时可收集的热量值为：
Q2=4Q
×
95%
≈
13186MJ/h
（
4
）
（
1
）余热收集热量用于矿井职工洗浴热水。冷水由原来软化水温度
20
℃升温至
80
℃左右，每天可供
8O
℃热水量约
2735 m3
。。余热收集热量用于矿井职工办公供暖，每平方米所需提供的热量为
300 kJ/m
，这样余热收集回收的热量能够提供的供暖面积为
79186 m2
。
（
2
）该瓦斯发电机组总装机容量
4000 kW
，运行方式为
4
台机组同时运行，排气温度在
550
℃左右，依据瓦斯发电机组热变转换计算，按照每立方瓦斯可发电
3kwh
，空燃比按
15
：
1
计算，
1000 GF
机组正常总耗气量为
2688 m3/h(
常温体积
)
，平均质量按
1.25 kg/m3
计算，排烟总重约
3360 kg/m3
，排烟的比热容按烟道气体计算，可利用余热热值为
23756 MJ/h
，每台发电机组的余热利用相当于
1
台
2 t
的燃煤热水锅炉，
4
台机组同时运行时，余热可供
7.1
×
103 m2
面积的职工洗浴和办公场所供暖用水。
4）余热回收利用经济效益。
瓦斯发电机组烟气管道出口余热锅炉及机组冷却循环水余热收
集回收的方式，完全取代了矿井燃煤锅炉和瓦斯发电机组冷却循环水塔，初步统计每年可以为矿井节约成本支出约
300
万元，其中，节约人工费用约
45
万元，节约检修维护费用约
27
万元，节约燃煤资金约
235
万元，且不含各类检测、环保治理等费用。
1
）余热系统正常运行后，停止使用原有的
2
台
4 t
燃煤蒸汽压力锅炉，减少了污染物排放，最大限度地提高了矿井能源的使用率，既提升了瓦斯发电机组冷却系统的冷却效果，又延长了设备配件的使用寿命，还降低了瓦斯发电成本。
2
）该系统经实际应用，完全满足了矿井热源的需求，取代了燃煤锅炉，还极大地提高了瓦斯发电机组本身的运行工效，带来显著的经济效益。
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