1、低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組尾氣的余熱回收再利用介紹

對于低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組，瓦斯產(chǎn)生的能量只有30%—35%被轉(zhuǎn)化為電能，約有30%—35%隨高溫尾氣排出，約20%—25%被發(fā)動機(jī)自身冷卻系統(tǒng)帶走，約10%以機(jī)身散熱和阻力等想事?lián)p耗。瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱利用就是通過專用設(shè)備將機(jī)組排出的高溫尾氣和冷卻系統(tǒng)帶走的熱量回收，再輸送到需要熱源的車間或居民小區(qū)。例如，國內(nèi)廣泛使用的500KW低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組，其產(chǎn)生的高溫尾氣熱量經(jīng)熱管空預(yù)器回收后，可向企業(yè)車間供熱風(fēng)，或在冬季向煤礦風(fēng)井巷道供熱風(fēng)防止凍井；如果向辦公室、居民小區(qū)或浴室供熱，可加裝熱管換熱器（熱管省煤器），每臺換熱器可產(chǎn)生90℃以上的熱水近4噸/小時(shí)，解決4000m2以上建筑面積采暖或中型浴池洗浴。

低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的尾氣只要成分是CO2，溫度在550℃左右，通常情況下，每臺機(jī)組（500KW）產(chǎn)生的煙氣流量在2130Nm3/h以上。隨著瓦斯資源的深度開發(fā)，充分利用能源，合理利用瓦斯發(fā)電機(jī)組尾氣余熱是大勢所趨。

1.1、低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱回收的工作原理

在低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組排氣系統(tǒng)安裝熱管余熱回收裝置，即熱管空預(yù)器（熱風(fēng)利用）或熱管換熱器（熱水利用）或熱管蒸發(fā)器（低壓飽和蒸汽利用），通過熱動力循環(huán)設(shè)備（即大功率風(fēng)機(jī)或熱水利用管道循環(huán)泵或蒸汽管道）將低溫交換介質(zhì)（空氣或者軟化水）送到余熱回收裝置，經(jīng)加熱的低溫交換介質(zhì)變成熱源直接或者再次交換后輸送給終端客戶使用。低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱回收利用流程如下圖所示。

流程圖如下：

1.2、低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱回收的主要用途

余熱回收的方式根據(jù)各個(gè)企業(yè)所需要的熱源不同有空氣置換余熱、軟化水置換余熱產(chǎn)生熱水以及軟化水置換余熱產(chǎn)生蒸汽三種。余熱回收后的主要用途有以下幾種：

（1）煤礦巷道暖井（風(fēng)井供熱風(fēng)）：在北方的冬季，煤礦風(fēng)井巷道都需要熱風(fēng)爐暖井。把低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的高溫尾氣經(jīng)過熱管空預(yù)器，將冷空氣加熱，可以得到高溫?zé)犸L(fēng)通過煙道與風(fēng)井處得熱管空預(yù)器再次換熱后的熱空氣送入風(fēng)井，從而降低井下熱風(fēng)爐的熱量輸出，節(jié)約電能。風(fēng)井處流程如下圖所示：

冬季工況下：閥門12、21開啟，11、22關(guān)閉;同時(shí)，42、51開啟，41、52關(guān)閉。礦井回風(fēng)順著回風(fēng)風(fēng)道1引至第三主風(fēng)道03，并以一定的風(fēng)速橫向掠過換熱器的蒸發(fā)段。液池中的工作液體受熱蒸發(fā)，蒸汽在壓力差作用下向上流入熱管較冷的冷凝段，放出汽化潛熱;回風(fēng)放出汽化潛熱后溫度降低，沿著第四主風(fēng)道04進(jìn)入排風(fēng)風(fēng)道4，最終排至大氣或作為其它方式的熱源繼續(xù)使用;室外的冷空氣順著新風(fēng)管道5到達(dá)第二主風(fēng)道02，吸收汽化潛熱，達(dá)到預(yù)熱目的;加熱后的空氣溫度升高到規(guī)定溫度以上，沿著第一主風(fēng)道01進(jìn)入進(jìn)風(fēng)風(fēng)道2，最終送入井筒內(nèi);冷凝后的工作液體在重力的作用下，回流到蒸發(fā)段的液池當(dāng)中。

夏季工況下：閥門11、22開啟， 12、21關(guān)閉;同時(shí)，41、52開啟， 42、51關(guān)閉。新風(fēng)溫度較高，蘊(yùn)含大量低溫?zé)崮?相反，回風(fēng)側(cè)溫度較低，可吸收新風(fēng)的熱量以達(dá)到冷卻新風(fēng)的目的。工作原理與冬季相似，在此不再贅述。

（2）烘干、采暖和洗浴用熱源：

企業(yè)生產(chǎn)工藝中的烘干、采暖和洗浴常年需要熱源。在發(fā)電機(jī)組煙道出口加裝一臺熱管換熱器（熱管省煤器），通過熱水循環(huán)泵幾個(gè)低溫水送到熱管換熱器，經(jīng)過熱交換的軟化水為熱源（90℃以上）供給企業(yè)生產(chǎn)使用，冷卻后的軟化水在返回?zé)峁軗Q熱器，如此往復(fù)循環(huán)。

（3）余熱制冷：目前廣泛采用溴化鋰吸收式制冷。用熱管蒸發(fā)器吸收低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱回收的熱量。

（4）余熱發(fā)電：通過多臺瓦斯發(fā)電機(jī)組尾氣的余熱回收，安裝熱管蒸發(fā)器，產(chǎn)生的飽和蒸汽并往后拖動汽輪機(jī)組進(jìn)行二次發(fā)電，發(fā)電后的冷凝水亦可制冷或者供暖，給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2、低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱回收的應(yīng)用

2.1、生產(chǎn)車間利用發(fā)電機(jī)組余熱烘干、采暖和洗浴

某發(fā)電公司30臺500kw低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組，煙道出口各加裝熱管換熱器及熱管空預(yù)器，為企業(yè)的烘干室、辦公樓和職工洗浴提供熱源，為職工營造了舒適的工作和休息環(huán)境。同時(shí)，每年節(jié)約各種支出400多萬元，節(jié)支降耗顯著。

2.2、煤礦利用發(fā)電機(jī)組尾氣余熱向風(fēng)井送熱風(fēng)暖井

（1）該公司在12臺500KW瓦斯發(fā)電機(jī)組煙道出口各安裝一套熱管空預(yù)器，每臺瓦斯發(fā)電機(jī)組的煙氣流量為2130Nm3/h，可加熱的冷空氣流量為30000Nm3/h，空氣流通阻力小于500Pa，采用兩臺大功率（45kw）風(fēng)機(jī)，將空氣集中加壓送入熱管換熱器中，熱交換后的空氣通過保溫管道和涵洞輸送到煤礦進(jìn)風(fēng)井進(jìn)入井下暖井。

（2）為了防止瓦斯發(fā)電機(jī)組尾氣泄漏進(jìn)入井下和井下有害氣體反送，在熱管空預(yù)器熱風(fēng)出口處設(shè)計(jì)了單向止逆電動風(fēng)門，并安裝了溫度、流量、有害氣體傳感器等輸送監(jiān)控聯(lián)動系統(tǒng)，發(fā)生瓦斯發(fā)電機(jī)組尾氣泄漏和井下有害氣體反送時(shí)，單向止逆電動風(fēng)門將自動關(guān)閉，熱風(fēng)機(jī)斷電跳閘關(guān)閉。

（3）安裝后的效果：在冬季零下22℃時(shí)，進(jìn)入風(fēng)井的熱風(fēng)流量為24000Nm3/h，入井初始熱風(fēng)溫度62℃，完全達(dá)到熱風(fēng)設(shè)計(jì)要求。

2.3、利用瓦斯發(fā)電機(jī)組尾氣余熱產(chǎn)生飽和蒸汽供生產(chǎn)工藝使用或者進(jìn)行余熱發(fā)電

以2臺500kW瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱為例，安裝熱管蒸發(fā)器，可以得到壓力為0.5MPa壓力的飽和蒸汽0.75噸/小時(shí)。

3、低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱回收的經(jīng)濟(jì)分析

3.1、余熱回收熱量可供采暖的面積

500KW低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組煙道出口尾氣溫度一般在550℃，尾氣流量2130Nm3/h，尾氣密度ρ=1.293kg/Nm3，尾氣比熱C=0.257kcal/kg.℃，經(jīng)熱管換熱器換熱后尾氣溫度降至150℃；

瓦斯發(fā)電機(jī)組尾氣由550℃降至150℃時(shí)，釋放的熱量Q為：

Q=CM（T2-T1）=0.257×1.293×2130（550-150）=2.83×105kcal/h

熱管換熱器換熱效率按照η=95%計(jì)算，則每臺瓦斯發(fā)電機(jī)組可回收熱量為：

Q1=2.83×105×95%=268850kcal/h

余熱回收利用后，單臺機(jī)組可供熱的建筑面積為（單位面積所需熱量按60kcal/m2）：

268850÷60=4480m2

500KW瓦斯發(fā)電機(jī)組的熱回收利用后，每年可節(jié)約燃煤數(shù)量為：

12×30×24×268850×0.6/（5000×40%）=696859kg=697噸

每年每臺機(jī)組可節(jié)約的燃煤收益：

697×400=278800元=27.88萬元

3.2、余熱回收熱量可供洗浴的水量

二次處理后的煤礦礦井水質(zhì)量完全可以滿足職工浴池的洗浴需要，礦井水平均溫度在20℃左右，通過熱管換熱器（熱管省煤器）加熱后的水溫最低可以達(dá)到50℃以上，通過管道泵向浴池輸送，即洗浴水溫提30℃。

則單臺發(fā)電機(jī)組每小時(shí)可供50℃以上的礦井水量為：Q1/A2=9m3

則單臺機(jī)組每天可供50℃以上礦井水量為：24×9=216m3

3.3、經(jīng)濟(jì)效益分析

3.3.1單臺機(jī)組余熱回收利用同燃煤鍋爐相比較

單臺機(jī)組余熱回收熱量折算成煤炭，每年可節(jié)約煤炭量697噸，以原煤平均價(jià)格400元/噸計(jì)算，可節(jié)約資金約27.88萬元。

3.3.2投資計(jì)算（以常見的4臺機(jī)組為基礎(chǔ)計(jì)算）

4臺500KW機(jī)組各配套一臺熱管換熱器，交鑰匙工程約100萬元左右。則投資回收期為：

100÷（27.88×4）=0.9年，即9個(gè)月即可收回全部投資。

4、結(jié)論

通過對某企業(yè)低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組尾氣采用熱管余熱回收器的形式的應(yīng)用，說明尾氣余熱回收項(xiàng)目投資少、見效快，經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保和社會綜合效益顯著。