一种低浓度煤层气发电提效系统及方法与流程

1.本发明属于低浓度煤层气发电领域，涉及一种低浓度煤层气发电提效系统及方法。


背景技术：

2.根据抽采煤层气规模及煤层气浓度，目前我国的煤层气利用方式主要有：将高浓度煤层气(甲烷浓度＞80％)通过管网集输直接供给下游民用或工业用；中浓度煤层气(甲烷浓度介于30％～80％)通过浓缩集成制cng、lng或高浓度煤层气直接发电；低浓度煤层气(甲烷浓度介于10％～30％)通过直接发电加以利用，而极低浓度煤层气(甲烷浓度＜10％)主要通过蓄热氧化、燃烧等形式就地利用。
3.随着煤层气开发和煤矿瓦斯抽采事业的发展，煤层气开发利用越来越被煤炭工业界和煤层气产业界关注。2014年煤矿瓦斯抽采量为133亿立方米、利用量为45亿立方米，同比分别增长5.4％、6.6％，但利用率仅为33.8％，同比下降0.3个百分点。造成这种局面的主要原因是，大部分矿井抽采的瓦斯浓度较低、浓度波动大，低浓度瓦斯发电、蓄热氧化、瓦斯提纯等技术由于经济性差、安全性待提升等因素没能得到推广应用。
4.目前，低浓度煤层气发电机组普遍开机率低(不足50％)、发电效率低(30％以下)，电站运行成本高，运行经济性差。其主要原因有：(1)瓦斯温度高：瓦斯温度高造成进气密度小，降低进气质量流量，减小实际运行负荷，从而使发电机组运行负荷更远离额定负荷(发电机组一般都是低负荷运行，负荷越低，离额定负荷越远，效率越低)，降低发电效率。(2)《煤矿低浓度瓦斯往复式内燃机驱动的交流发电机组通用技术条件》(aq1075-2009)规定“发电气体不能含有游离态水”，而实际煤层气气源中含有水(特别是游离态的水)，且只采用机械式脱水效果不佳，导致机组出现效率下降、设备利用率降低。另外，含水量增加，增压缸的振动增加，缸盖易损坏，前端电磁阀易坏，增加故障停机(更换1次耗时48小时)。(3)煤层气浓度波动大(aq1075-2009标准规定：在30s内甲烷浓度变化范围小于2％，而实际抽采煤层气的浓度波动较大，不能实现自动调整，影响开机效率(甲烷浓度波动大，容易“跳机”，增加非故障停机。一量跳车，浓度调整1次耗时0.6小时，浓度调整好后重新启动发电机至稳定运行至少需10～20分钟)。(4)煤层气气体中含有粉尘，极易堵塞干式阻火器，造成供气量下降甚至引起停机，增加非故障停机(更换1次耗时1个白天)。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低浓度煤层气发电提效系统及方法，解决目前低浓度煤层气气源品质差引起的机组发电效率和开机率低的技术难题。
6.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低浓度煤层气发电提效系统，包括进气管路，以及与进气管路依次连通的安全保障系统、余热降温与机械联合脱水系统、发电机组；余热降温与机械联合脱水系统包括依次设置的高效脱水器、降温换热器与深度脱水器，该降温换热器连通有溴化锂制冷单元。
7.可选的，高效脱水器与深度脱水器均采用机械脱水，深度脱水器为采用折流板加丝网除沫的组合式深度机械脱水装置。
8.可选的，溴化锂制冷单元包括通过管路依次与降温换热器连通的冷却塔、溴化锂泵组、溴化锂主机；冷却塔用水来自消防水池，溴化锂主机通过管道连通发电机组的烟气出口，通过尾气余热作为制冷的能源。
9.可选的，安全保障系统包括安装在管路上依次设置的阻爆阀门、抑爆器与水封阻火泄爆装置，避免因阻火器堵塞，减少停机。
10.可选的，安全保障系统与泵站瓦斯气体之间的管路上还设置有智能混配装置。
11.一种低浓度煤层气发电提效方法，适用于如上述的一种低浓度煤层气发电提效系统，包括以下步骤：
12.s1，来自泵站的瓦斯气体经智能混配装置混合均匀后，通过管路经安全保障系统后输送至余热降温与机械联合脱水系统；
13.s2，气体在余热降温与机械联合脱水系统中首先经高效脱水器进行机械脱水，后通过降温换热器进行降温处理；
14.s3，降温后，气体通过采用折流板与丝网除沫的组合式深度脱水器进行深度二次机械脱水，完成后气体供入发电机组。
15.可选的，s2步骤中的降温换热器通过溴化锂制冷单元连接降低原料煤层气体的温度，冷量来自于溴化锂吸收式制冷机组，制冷的能源为发电机组的尾气废热。
16.本发明的有益效果在于：本发明一种低浓度煤层气发电提效系统及方法，解决了目前低浓度煤层气气源品质差(含水量大、含尘、气源波动)引起的机组发电效率和开机率低的技术难题，提高低浓度煤层气发电机组发电效率、机组开机率；通过发电余热脱水将低浓度发电机组的发电效率相对提高10％，与电制冷相比，能耗较低，有良好的市场推广前景；同时采用干式阻火器的安全保障系统，既可有效阻火，且带有自清洗功能，可提高低浓度发电机组的开机率，具有较好的市场竞争力。
17.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
18.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
19.图1为本发明的工艺流程图。
20.附图标记：智能混配装置1、安全保障系统2、阻爆阀门21、抑爆器22、水封阻火泄爆装置23、余热降温与机械联合脱水系统3、高效脱水器31、降温换热器32、深度脱水器33、升温换热器34、溴化锂制冷单元4、溴化锂主机41、溴化锂泵组42、冷却塔43、发电机组5。
具体实施方式
21.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书
所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
22.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
23.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
24.请参阅图1，为一种低浓度煤层气发电提效系统，包括进气管路，以及与进气管路(1号管)依次连通的安全保障系统2、余热降温与机械联合脱水系统3、发电机组5；余热降温与机械联合脱水系统3包括依次设置的高效脱水器31、降温换热器32与深度脱水器33，该降温换热器32连通有溴化锂制冷单元4，高效脱水器31与深度脱水器33均采用机械脱水，深度脱水器33为采用折流板加丝网除沫的组合式深度机械脱水装置，溴化锂制冷单元4包括通过管路依次与降温换热器32连通的冷却塔43、溴化锂泵组42、溴化锂主机41；冷却塔43用水来自消防水池，溴化锂主机41通过管道连通发电机组5的烟气出口，通过尾气余热作为制冷的能源，安全保障系统2包括安装在管路上依次设置的阻爆阀门21、抑爆器22与水封阻火泄爆装置23，避免因阻火器堵塞，减少停机，安全保障系统2与泵站瓦斯气体之间的管路上还设置有智能混配装置1。
25.在本实施例中，2号管路仅采用了安全保障系统，但并为采用余热降温与机械联合脱水系统，其发电机组5发电效率低于1号管路系统。
26.一种低浓度煤层气发电提效方法，适用于如上述的一种低浓度煤层气发电提效系统，包括以下步骤：
27.s1，来自泵站的瓦斯气体经智能混配装置1混合均匀后，通过管路经安全保障系统2后输送至余热降温与机械联合脱水系统3；
28.s2，气体在余热降温与机械联合脱水系统3中首先经高效脱水器31进行机械脱水，后通过降温换热器32进行降温处理，降温换热器32通过溴化锂制冷单元4连接降低原料煤层气体的温度，冷量来自于溴化锂吸收式制冷机组，制冷的能源为发电机组5的尾气废热；
29.s3，降温后，气体通过采用折流板与丝网除沫的组合式深度脱水器33进行深度二次机械脱水，完成后气体供入发电机组5。
30.本发明通过智能混配系统，解决气体混配过程中存在的压力损失大、混配精度低的技术难题，为发电机组5提供稳定的气源，即实现原料煤层气的稳浓；通过尾气余热利用降温，降低原料煤层气的温度，冷量来自于溴化锂吸收式制冷机组，制冷的能源为发电机组
5的尾气废热，发电余热脱水可将低浓度发电机组5的发电效率相对提高10％，与电制冷相比，能耗较低，有良好的市场推广前景；通过降温脱水，降低进入瓦斯发电机的煤层气的露点温度，减小含水量；通过在线清洗干式阻火装备，避免因阻火器堵塞，减少停机，提高开机率。
31.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。