一种用于发电瓦斯的高效节能预处理工艺方法与流程

本发明涉及一种用于发电瓦斯的预处理工艺方法，具体是包含了采用除尘除湿增压一体机及配套的组装设备对送往发电机组的瓦斯进行除湿、增压和除尘处理的工艺方法，属于化工及能源领域。

背景技术：

当采用矿产瓦斯发电时，采出的瓦斯因为经过液环真空泵抽提输送，温度会升高且含有饱和水蒸气和游离水，同时由于低浓度瓦斯易燃易爆的特点，输送过程中必须伴有喷淋水，这使得瓦斯在进入发电机组之前含水量很高，无法满足发电机组的湿度要求。因为瓦斯中含水量高，不仅影响机组的热功转换效率，而且加速润滑油的乳化致其失效，影响发电机组的使用寿命，所以必须除湿。

此外，由于不同区域所采出瓦斯的压力及浓度不同，需要将其混合均匀后用于发电，但因混合时气源压力不同而产生气量及混合浓度不均的问题。在瓦斯气混合过程中，会发生由于压力不同通常只有高气压瓦斯气到达发电机组，或者混合不均带来的瓦斯浓度波动剧烈等情况。前者对低气压瓦斯气的利用不足，后者易损伤内燃机组寿命，还会增加不安全因素。

同时，瓦斯气中的粉尘也会带来管道阻火器堵塞，还会对内燃机气缸造成磨损，需对瓦斯做除尘处理。低浓度瓦斯作为易燃易爆气体不能采用常规的静电或者其它干法除尘手段，而一般的湿法除尘占地面积较大，除尘效率较差，同时还会带来输送系统压力损失。在实际实施中，常需加配微米级别的滤网对气体进行深度过滤，但过滤带来的滤网堵塞导致其更换周期一般不超过三天，耗材成本居高不下。另外，采用过滤除尘时滤网本身会带来较大的压力损失，除尘过滤过程中滤网逐渐堵塞则会带来更大的压力损失。

针对以上问题，山西都宝清洁能源投资有限公司和北京阳光欣禾科技有限公司共同提出了一项用于解决瓦斯增压除尘的专利申请(201610497848.9)，其目的是高效除尘同时可控增压，以促进不同压力不同浓度瓦斯气源的混合效果，达到充分利用瓦斯，提升发电设备寿命及效率的作用。在其基础上，为达到高效、节能的除水除湿目的，对关键设备除尘增压器和配套工艺进行了改造和优化调整后，我们提出一种用于发电瓦斯的高效节能预处理工艺方法，其目的是将瓦斯所需要的除尘、除湿、增压和混合等预处理工艺有机地结合起来，同时可以满足高效利用资源，降低运营风险，节能降耗的多重目的。

技术实现要素：

本发明提供一种用于发电瓦斯的高效节能预处理工艺方法，具体内容包含实施方法所采用的工艺流程及关键设备结构，如下：

工艺流程说明

本发明提供的工艺方法采用以下主要设备：

除尘除湿增压一体机、旋风混合器、沉淀澄清池、复挡式气水分离器、深度除湿器、循环泵、过滤泵及精密过滤器。

采用上述设备对不同浓度、不同压力的瓦斯气进行除尘除湿增压混合的过程中，采用以下工艺流程：

瓦斯气I进入到除尘除湿增压一体机I中，与循环泵II从沉淀澄清池中输送回来的低温工艺水在除尘除湿增压一体机I中进行充分混合；在此过程中，工艺水被除尘除湿增压一体机内的定子与转子剪切撕裂成为极小液滴和极薄的液膜，极大的增加了气液接触的比表面积，同时粉尘在离心力的作用下其表观空气动力学直径变大，更易沉降团聚而被液体捕捉，达到高效除尘的目的；除尘的同时，低温工艺水液滴与瓦斯气发生全接触换热，由于液滴极小且气液在旋转切割中会不断更替相界面，其换热效率明显优于塔式接触式换热器，瓦斯气被低温工艺水瞬间降温，其中所包含的大量饱和水蒸气冷凝析出，达到降温除湿的目的；同时瓦斯气通过除尘除湿增压一体机时随转子高速旋转，其动能明显增加，经过动能与势能的转换达到增压目的，且增压效果可控；气液混合物随后排出至旋风混合器中，升温后的含尘工艺水从旋风混合器下部流至沉淀澄清池中。

瓦斯气II进入到除尘除湿增压一体机II中，进行同样的除尘除湿增压过程，其气液混合物在旋风混合器中分离，升温后的含尘工艺水从旋风混合器下部流至沉淀澄清池中。

经过增压降温的瓦斯I及瓦斯II在旋风混合器中混合，混合的瓦斯经旋风混合器顶部的循环水喷淋后经过复挡式气水分离器，分离其中的游离水，然后输送至深度除湿器，降低瓦斯的相对湿度后送至瓦斯发电机组；在混合的过程中，由于混合比例由瓦斯气的增压幅度控制，混合后的瓦斯气浓度经控制可稳定在高浓度瓦斯气及低浓度瓦斯气之间的任意浓度选择值。

深度除湿器可以选用冷凝脱水和吸附脱水其中的任意一种。

沉淀澄清池池底有管道通过过滤泵将含尘水通过精密过滤器过滤后，清液循环流回沉淀澄清池内，并外排泥浆。池中澄清液通过循环泵I输送至旋风混合器中用于喷淋；澄清液通过循环泵II输送至除尘除湿增压一体机I和除尘除湿增压一体机II中用于除尘除湿；澄清液通过循环泵III输送至凉水塔中进行降温，以此维持澄清池中的低水温。沉淀澄清池上部设有排空口、工艺水补充口。

关键设备结构说明

除尘除湿增压一体机采用为同时除尘除湿增压而改进结构的定-转子设备，瓦斯气入口设在定子及外壳侧顶部，沿旋转轴轴向中心进气；瓦斯进气口旁设有多个工艺水喷入口，工艺水喷入口呈圆环形排列，该圆环形与瓦斯进气口为同心圆，物料出口设在壳体沿旋转圆周切线方向。

改进结构的除尘除湿增压一体机采用以下三种结构其中的一种：

1.定子采用柱销结构，且柱销截面均为圆形；转子采用同心圆环，且在圆周展开面上开孔，孔为圆型，称为同心圆环圆孔式除尘除湿增压一体机；

2.定子采用柱销结构，且柱销截面均为圆形；转子采用同心圆环，且在圆周展开面上开孔，孔为六方型，称为同心圆环六方孔式除尘除湿增压一体机；

3.定子和转子均采用柱销结构，且柱销截面均为圆形，称为圆柱销式除尘除湿增压一体机。

本发明的有益效果

采用了本发明的瓦斯预处理工艺方法，可达到以下有益效果：

1.可大幅度减少除尘除湿及增压设备的占地面积；

2.除尘效率达99％以上，除尘效果稳定且没有耗材维护成本，除尘过程不仅没有压力损失而且增压，除尘后出口尘粒径不大于1.5um，最大尘含量不大于10mg/m³，且可以根据工艺要求调整；

3.对有明显压差的高低浓度瓦斯混合效果极大改善，提高了低压瓦斯的利用率；对压差不明显的瓦斯混合间歇流情况彻底改善，减少了由于浓度不稳带来的发电机震颤，延长了发电机组的寿命；

4.除湿的过程几乎没有压力损失，除尘除湿增压一体机提供的增压高于深度除湿器的压力损失；除湿过程节能明显，相对于原增压除尘工艺叠加传统冷凝脱水工艺或吸附脱水工艺来讲，总节能达到55％～65％。

附图说明

图1为用于发电瓦斯的高效节能预处理工艺方法的流程示意图。

图2为同心圆环圆孔式除尘除湿增压一体机的进出气及结构示意图，其中2-1为同心圆环圆孔式除尘除湿增压一体机平视旋转轴向截面结构示意图，2-2为俯视同心圆环圆孔式除尘除湿增压一体机示意图，2-3为俯视同心圆环圆孔式除尘除湿增压一体机同心圆环截面结构示意图，2-4为圆孔同心圆环的圆周展开面的开孔示意图，A为工艺水喷淋入口，B为瓦斯入口，C为瓦斯及工艺水出口，D为外壳及定子，E为转子。

图3为同心圆环六方孔式除尘除湿增压一体机的进出气及结构示意图，其中3-1为同心圆环六方孔式除尘除湿增压一体机平视旋转轴向截面结构示意图，3-2为俯视同心圆环六方孔式除尘除湿增压一体机示意图，3-3为俯视同心圆环六方孔式除尘除湿增压一体机同心圆环截面结构示意图，3-4为六方孔同心圆环的圆周展开面的开孔示意图，A为工艺水喷淋入口，B为瓦斯入口，C为瓦斯及工艺水出口，D为外壳及定子，E为转子。

图4为圆柱销式除尘除湿增压一体机的进出气及结构示意图，其中4-1为除尘除湿增压一体机平视旋转轴向截面结构示意图，4-2为俯视除尘除湿增压一体机示意图，4-3为俯视除尘除湿增压一体机圆柱销截面结构示意图，A为工艺水喷淋入口，B为瓦斯入口，C为瓦斯及工艺水出口，D为外壳及定子，E为转子。

具体实施例

实施例1

煤矿抽放泵站气源情况

瓦斯气源I，瓦斯含量20％～25％，标况气量12000³/h，尘含量约1050mg/m³，瓦斯温度57℃，含水量113g/m³，发电站前检测输送压力6kpa～9kpa，；

瓦斯气源II，瓦斯含量16％～18％，标况气量15000m³/h，尘含量约800mg/m³，瓦斯温度56℃，含水量109g/m³，发电站前检测输送压力5.8kpa～8.7kpa，；

改造前，发电机组前压力波动范围2kpa～3kpa；实施除尘除湿增压预处理后，采用圆柱销式除尘除湿增压一体机，深度除湿器采用冷凝脱水，尘含量约9mg/m³，最大粒径小于1.5um，瓦斯温度35℃，含水量22g/m³，相对湿度小于80％，出口瓦斯含量19.8％，发电机组前压力恒定7.2kpa。

实施例2

煤矿抽放泵站气源情况

瓦斯气源I，瓦斯含量21％～24％，标况气量14000³/h，尘含量约850mg/m³，瓦斯温度46℃，含水量72g/m³，发电站前检测输送压力5.9kpa～8kpa，；

瓦斯气源II，瓦斯含量16％～18％，标况气量15750m³/h，尘含量约700mg/m³，瓦斯温度47℃，含水量74g/m³，发电站前检测输送压力5.8kpa～8.7kpa，；

改造前，发电机组前压力波动范围2kpa～3kpa；实施除尘除湿增压预处理后，采用同心圆环圆孔式除尘除湿增压一体机，深度除湿采用吸附脱水，尘含量约9mg/m³，最大粒径小于1.5um，瓦斯温度30℃，含水量18g/m³，相对湿度小于80％，出口瓦斯含量18.6％，发电机组前压力恒定7.5kpa。

实施例3

煤矿抽放泵站气源情况

瓦斯气源I，瓦斯含量29％～34％，标况气量18000³/h，尘含量约650mg/m³，瓦斯温度50℃，含水量82g/m³，发电站前检测输送压力6.1kpa～9kpa，；

瓦斯气源II，瓦斯含量16％～18％，标况气量12700m³/h，尘含量约730mg/m³，瓦斯温度49℃，含水量80g/m³，发电站前检测输送压力5.7kpa～8.5kpa，；

改造前，发电机组前压力波动范围2kpa～3kpa；实施除尘除湿增压预处理后，采用同心圆环六方孔式除尘除湿增压一体机，深度除湿采用吸附脱水，尘含量约7mg/m³，最大粒径小于1.5um，瓦斯温度32℃，含水量19g/m³，相对湿度小于80％，出口瓦斯含量23.7％，发电机组前压力恒定7.3kpa。