和順瓦斯綜合利用燃氣

和順縣瓦斯綜合利用燃氣和順縣瓦斯綜合利用燃氣、發(fā)電項目可行性報 告一、概述和順縣地處山西少東陲，太行山之巔，全縣總面積2250平方公里，含煤面積1328.26平方公里，占全縣國土面積的59%，地質總儲量為156億噸，含氣區(qū)煤層總厚度11.96,均含氣量19.16m3/t,煤層氣豐度3.12億立方米/平方公里。根據(jù)中石油調查資料估算，全縣含煤面積1328.6平方公里，根據(jù)煤層氣豐度3.12億立方米/平方公里計算，全縣煤層氣總含量為4145億立方米。目前，全縣09年資源兼并重組后保留礦井15座，屬縣屬監(jiān)管礦井11座，除去2個露天開采，采用井工開采的9座，天池屬120萬噸/年生產能力的生產礦井，屬高瓦斯礦井，正邦屬120萬噸/年生產能力已轉入聯(lián)合試運轉的基建礦井，屬高瓦斯礦井外，其余均屬低瓦斯的基本建設礦井，根據(jù)目前實際情況屬地管理已建立瓦斯抽放系統(tǒng)、并具備瓦斯利用條件的礦井只有3個礦井。即：正邦、天池、隆化。為此瓦斯綜合利用項目實施首選試驗基地即為一是：正邦，二是：天池，三是：隆化；利用項目：一期工程為：利用抽采的瓦斯進行燃燒取代燃煤，用于工業(yè)、民用取暖及生活供氣，二期工程為瓦斯發(fā)電，三期工程為瓦斯液化。二、項目建設的必要性1、環(huán)境污染已成為制約我國經濟可持續(xù)發(fā)展的瓶頸，如何構筑能源、資源，環(huán)境一體化的可持續(xù)發(fā)展能源體系，已成為我國迫在眉急，急需解決的戰(zhàn)略性問題。2、煤礦井下瓦斯是非常好的清凈能源，加以利用進行發(fā)電是一個很好的途徑，并能形成新的經濟增長點，否則對空排放不僅造成清凈能源的浪費，而且還將造成嚴重的環(huán)境污染，因此利用井下瓦斯進行發(fā)電完全符合我國資源綜合利用和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。3、瓦斯發(fā)電項目的建設是消除井下瓦斯對煤礦安全生產的威脅，變廢為寶。變害為利的需要。礦井開采進行抽放，而利用抽放出的瓦斯進行發(fā)電，既可以形成新的經濟增長點，又可以以抽促產，以用促抽，從而達到保證煤礦安全生產的目的。4、瓦斯發(fā)電項目的建設是環(huán)境保護的需要。井下抽放的瓦斯氣體主要成份是甲烷，而甲烷氣體是一種溫室氣體，其溫室效應是二氧化碳氣體的21倍，如果不加以利用直接排向大氣，導致全球變暖最終破壞地球的生態(tài)環(huán)境，由此可見，對瓦斯的綜合利用是保護大氣環(huán)境的需要。5、瓦斯發(fā)電項目的建設是優(yōu)化能源結構的需要。煤礦井下抽放的瓦斯氣體屬于一種中等熱值的可燃性氣體，它的熱值平均為3000Kcal/m3左右，抽放濃度范圍一般為25%-55%,平均濃度為40%左右，它的主要成份為CH4、N2和O2,是一種優(yōu)質的清潔能源，每1000m3純甲烷氣體其熱值相等于1噸石油或1.25噸標準煤的熱值，而且井下抽放的瓦斯氣污染少，堪稱綠色能源。綜上所述，井下瓦斯氣的開發(fā)利用具有改善煤礦安全，保護大氣環(huán)境，優(yōu)化能源結構，增加新的經濟增長點，實現(xiàn)節(jié)能降耗減排目的多重效益，而且完全符合國家環(huán)保部2008年7月1日頒發(fā)的煤層氣排放標準的規(guī)定，從而實現(xiàn)經濟的可持續(xù)發(fā)展，因此建設煤礦瓦斯發(fā)電工程項目是非常必要的。三、項目建設的政策性支持瓦斯發(fā)電工程項目建設的國家政策.《關于發(fā)展熱電聯(lián)產的規(guī)定》。急計基礎[2000]1268號.《關于進一步開展資源綜合利用意見的通知》。國發(fā)[1996]36號.《關于落實綜合利用電廠優(yōu)惠政策的通知》。資源[1998]005號.國家八部委下發(fā)的《煤礦瓦斯治理與利用實施意見》.《煤層氣開發(fā)利用“十一五”規(guī)劃》.國家發(fā)改委2007年4月發(fā)布的《關于利用煤層氣發(fā)電工作的實施意見》.《可再生能源電價格和費用分攤管理試行辦法》.《國家發(fā)改委關于提高電力發(fā)電企業(yè)上網電價有關問題的通知》.煤層氣(煤礦瓦斯)排放標準暫行辦法(GB21522-2008)四、項目建設的可行性1、目前我國利用低瓦斯?jié)舛劝l(fā)電已屬技術成型項目，瓦斯?jié)舛冗_到7%即可發(fā)電。2、我縣屬地監(jiān)管的已有3座煤礦實現(xiàn)瓦斯抽采，抽采濃度達20—50%，完全具備瓦斯?jié)舛纫蟆?、項目建設技術操作簡單，只需建立瓦斯儲氣罐發(fā)電機組配備相關安全設施即可投入運行。4、礦井現(xiàn)行工業(yè)廣場即可滿足瓦斯發(fā)電工程項目要求。五、方案設計一期工程：直接燃氣利用抽采的瓦斯通過加壓，配備相應的安全設施，即可實現(xiàn)民用生活及取暖用氣，以取代燃煤，投資少、見效快目前正邦煤業(yè)公司已完成該項目建設，投入運行，運行良好，收效明顯。二期工程：瓦斯發(fā)電（一）發(fā)電根據(jù)目前正邦、天池、隆華瓦斯抽采量分別建裝機，容量為3000kw的坑口發(fā)電站。裝機方案方案一：燃氣輪機熱電聯(lián)供選用2臺QRD15型燃氣輪機電電機組優(yōu)點：該產品單機容量大，具有啟動快捷、運行穩(wěn)定、故障率低、自動化程度高，燃料適應范圍廣等特點。缺點：燃氣輪機大修需返回制造廠修理，費用大，維修周期長，年平均維修費用高。燃氣輪機供給的進氣燃料指標要求高，如壓力、渡度（CH4〉32%）、清潔度高（低于2mg/Nm3）等，需增設燃氣增壓裝置和凈化裝置；機組冷卻水量大，需建設專用的冷卻水池，工程占地面積大。由于燃氣輪機運行噪聲大，燃機發(fā)電廠房需采用高性能的隔聲結構，建筑物結柢復雜，要求高。燃氣輪機組單位投資額較高。煤礦氣量小，流量、渡度波動大，為滿足燃氣輪機組正常運行的要求，需要建設氣柜。建設氣柜投資大，且本工程使用的燃料為低渡度瓦斯（6—30%），按照國家規(guī)定瓦斯渡度低于30%時不得進氣柜。本方案無法滿足燃氣輪機的運行要求。方案二：內燃發(fā)電機組選用6臺500GF1—3RW燃氣發(fā)電機組優(yōu)點：（1）發(fā)電效率高熱效率在32%—40%左右，可采用熱、電、冷聯(lián)供，效率可達80%以上；機組自耗電少；耗水極少。（2）適用氣體范圍廣適用于低渡度煤礦瓦斯（甲烷含量在9%以上），低熱值（900kca1以上），低壓力燃氣（300mmH2O以上）。（3）使用功率范圍寬可以單臺機組或多臺機組并機、并網運行，建站靈活。（4）技術先進燃燒控制技術擁有多項發(fā)電專利，機組運行采用計算機控制，可實現(xiàn)現(xiàn)代化管理。關鍵部件（調速器、火花塞、調壓閥等）均采用國際先進產品，發(fā)電機采用西門子技術許可證生產制造。（5）結構緊湊，重量輕、體積小，安裝運輸方便。（6）啟停迅速，操作方便，維護簡單。（7）建站周期短（一般可在三個月左右的時間內建成發(fā)電），見效快。（8）安全可靠機組本身具有多種保護措施，發(fā)電上網設有自動保護系統(tǒng)。（9）提供燃氣發(fā)電氣處理配套系統(tǒng)（瓦斯管道阻火器、低渡度瓦斯水霧輸送系統(tǒng)等），配置先進，造價低廉。（10）提供電站設計咨詢、安裝服務，根據(jù)機組專有特性，一體化設計、安裝，專業(yè)化程序高，設計、安裝更合理。（11）與其輸送系統(tǒng)為了確保發(fā)電機組的正常運行，必須將低濃度與其安全地輸送至瓦斯發(fā)電站。首先經過水位自控式水封阻火器、瓦斯管道專用阻火器，然后通過水霧輸送系統(tǒng)輸送低渡度瓦斯。通過以上措施確保了低渡度瓦斯輸送的安全，從而使低濃度瓦斯得到了更有效地利用。該技術已通過國家安全生產監(jiān)督管理總局2005年12月組織的《煤礦瓦斯細水霧輸送及安全發(fā)電技術研究》鑒定。其成果達到國際先進水平，可實現(xiàn)煤礦瓦斯的地面安全輸送，并用于直接發(fā)電。以上技術是適用于低濃度瓦斯安全利用的途徑。缺點：單機功率小，不適合建大型電站，但煤礦瓦斯對于一個礦來說，氣量不是特別大，裝機容量不般幾臺到十幾臺機組，所以此缺點在煤礦瓦斯發(fā)電項目中不明顯。通過以上兩種方案進行綜合比較，方案二適用于偌低濃度瓦斯發(fā)電，占地面積小，建設投資少，加之采用單機容量中等的機群站具有調靈活的特點。確定方案二是最佳且可行的方案：選用500GF1-3RW燃氣發(fā)電機組作為本項目發(fā)電用機組。裝機容量為300kw、裝機臺數(shù)為6臺。燃氣發(fā)電機組的系統(tǒng)組成燃氣發(fā)電機組由潤滑系統(tǒng)、空氣過濾系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及發(fā)電機組控制系統(tǒng)等組成。全套裝置包括：燃氣發(fā)動機、發(fā)電機、空氣過濾器、排水消音器、機組輔助系統(tǒng)，燃氣調壓裝置、機組系統(tǒng)同期控制屏等裝置。燃氣電站的性質：常用電站控制和操作方式：集中控制系統(tǒng)額定轉速：1000r/min進氣方式：增壓式氣缸布置方式：雙列V型冷卻方式：開式，強式水冷啟動方式：24V直流電啟動瓦斯發(fā)電機組性能參數(shù)燃氣發(fā)電機組型號：500GF1—3RW燃氣發(fā)動機型號：W12V90ZLDK—2c發(fā)電機型號：1FC6454—6LA42控制屏：RCK1—RB500額定功率：500kW額定電壓：400V額定電流：902A額定頻率：50HZ額定因數(shù)（COS①）:0.8（滯后）額定轉速：1000r/min調壓方式：自動勵磁方式：無刷電壓調整率：±5%（可調）相數(shù)與接法：三相四線制、調速器型號：2310A負荷分配及速度控制器操縱方式：近、遠距離控制冷卻方式：開式，強制水冷啟動方式：24V直流啟動機油消耗率：（g/kW?h）W1.5排氣溫度：W550℃發(fā)電機絕緣等級：F外開尺寸5200X1970X2778mm機組凈重量：12500kg主要技術經濟指標山西和順天池能源有限責任公司裝機為6如500GF1—3RW低濃度瓦斯發(fā)電機組。單機額定功率500kw,連續(xù)運行功率在420kw以上。經濟指標按6臺機組連續(xù)運行，全年運行時間7200h,單臺機組連續(xù)運行功率為420kw進行核算。主要經濟指標余熱利用部分概述本工程設計采用6臺500GF1—3RW型燃氣發(fā)電機組，電站總裝機容量6X500KW=3000KW。根據(jù)用戶現(xiàn)場實際需要確定電站余熱方案為：利用6臺發(fā)電機組排出的尾氣直接引入針形管換熱器，利用排煙余熱產生1.0Mpa蒸汽供用戶使用。電站軟化水系統(tǒng)采用一套全自動；軟化處理系統(tǒng)，站區(qū)自來水引入全自動軟水器進行處理，處理后產生的軟化水進入余熱利用系統(tǒng)。余熱回收系統(tǒng)燃氣發(fā)電機組的尾氣從機組內部排出的過程中攜帶有大量的熱量，排水溫度在550℃左右。將機組尾氣至針形管換熱器回收，產生1.0Mpa蒸汽送入礦井鍋爐房或職工浴室。發(fā)電機組排煙余熱回收計算：按每Nm3純瓦斯可發(fā)電3KW.h，空燃比為15：1計算，500GF1-3RW機組正常工作發(fā)電功率為420KW時的總耗氣量為：420+3X(15+1)=2240m3/h(常溫體積)平均重量按勞取酬1.25kg/m3計算，排煙總重：2240X1.25=2800kg/h排煙的比熱容按煙道氣體計算可利用排煙余熱為(550-190)X0.27X2800=27.2kcal/h則其臺發(fā)電機組排煙余熱可回收藏27.2kcal/h?？僧a生龍活虎1.0MPa飽和蒸汽量為272000X95%+(633-20)=424kg/h。(1.0MPa飽和蒸汽和溫度計179℃,比焓為663kcal/kg；補給水按規(guī)定20℃計算，比焓為20kcal/kg經計算，每臺發(fā)電機組排煙余熱可回收28.7萬kcal/h,產蒸汽量401kg/h。則6臺發(fā)電機組余熱利用產生蒸汽總量為2406kg/h。余熱利用系統(tǒng)的流程為：工藝流程參看附圖（余熱利用系統(tǒng)工藝藝流程圖）設計原始資料a供汽壓力：1.0MPa；b機組排煙溫度：550左右℃設計范圍從自來水箱進口到汽水分離器蒸汽出口法蘭的整個余熱回收系統(tǒng)的所有管線、附件及設備的設計選型和布置。主要設備選型（1）針形管換熱器選擇與500GF—3RW機組配套的KNPT04-500型針形管換熱器，換熱面積60m2,設計壓力1.5MPa。（2）循環(huán)水泵的選擇根據(jù)鍋爐設計手冊,采用強制水循環(huán)的廢熱鍋爐系統(tǒng)中,強制循環(huán)倍率為1.5—8倍，取強制循環(huán)倍率為8,6臺機組產生蒸汽氣總量為2406kg/h。則系統(tǒng)循環(huán)量為19248kg/h。根據(jù)循環(huán)水量及水力計算結果，選用KQWR—G40/200-11/2型熱水循環(huán)泵，流量27.5m3/h，揚程54m，電機功率為11kw。（3）汽水分離器根據(jù)余熱利用系統(tǒng)的蒸汽產量，選擇KNQF030型汽水分離器，產汽量:3t/h，設計壓力為：1.5MPa。臥式安裝，下設排污閥連至室外排污排污溝。（4）軟水器根據(jù)余熱利用系統(tǒng)對軟化水量的需求，選擇180D2-1465型全自動軟水器，處理量4m3/h。（5）余熱系統(tǒng)補水泵的選擇根據(jù)系統(tǒng)補水量，選用KQDP32-4-8X14輕型不銹鋼多級泵，流量4m3/h,揚程112m,電機功率為3kw。（6）軟水器給水泵的選擇根據(jù)軟水器處理量，選用KQL25/160-1.5/2型單級立式離心泵，流量4m3/h,揚程32m,電機功率為1.5KW。余熱利用系統(tǒng)管徑計算與管材選擇（1）蒸汽輸送管線計算與管材選擇根據(jù)產蒸汽量計算管道直徑，以管道內飽和蒸汽流速不超過30m/s為計算依據(jù)。蒸汽輸送管徑選DN80,管內蒸汽實際流速為27.9m/s；（2）余熱循環(huán)管線管徑針形管換熱器出水管內介質為汽水混合物,飽和水蒸汽的干度不確定,可根據(jù)蒸汽管線管徑取針形換熱器出水總管管徑為DN80。針形管換熱器進水總管管徑選DN80,與針形管換熱進出水接口相同。（3）管材選擇余熱系統(tǒng)管線采用符合《輸送流體用無縫鋼管》GB/T8163-1999標準生產制造的20#鋼無縫鋼管；套管采用符合《普通流體輸送鋼管、螺旋埋弧焊鋼管》SYS/T5037-2000標準生產制造的螺旋縫埋弧焊鋼管。（4）管線保溫所有熱水蒸汽管線采取保溫措施,保溫的工藝要求為：管線除銹--刷防銹漆-包60mm厚巖棉管殼-包油氈紙-鐵絲捆扎-玻璃絲布纏繞-刷兩道面漆。施工中遇閥門、彎頭、法蘭等異形零部件處參照上述工藝方法現(xiàn)場處理，以達到保溫效果為目的。5.12水質，水量的要求根據(jù)《工業(yè)鍋爐水質標準》（GB1576-2001）的要求，針形管換熱器給水需要進行處理，給水總硬度W0.6mmo1/1,含氧量W0.1mg/1。因此在綜合泵房內安裝一套全自動軟化水處理系統(tǒng)，設計給水能力為4t/h,經處理后的水質可達到上述要求。六、投資估算及效益分析本電站項目由排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、余熱系統(tǒng)、總圖和必要輔助生產設施組成。（1）建筑工程執(zhí)行《電力工程建設概算定額——建筑工程》（2010年修訂