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1、山西金驹煤电化股份有限公司,瓦斯发电情况介绍,目 录,一、公司基本情况二、煤矿瓦斯简介三、高浓度瓦斯发电项目简介四、低浓度瓦斯发电项目简介五、机组检修周期,一、公司基本情况,金驹股份公司注册资本4.27亿元，在册员工1600余人。2017年，实现发电量18.43亿千瓦时，营业收入8.59亿元，瓦斯发电创利2.73亿元，利用煤矿瓦斯4.73亿标方，相当于减排CO2当量709万吨，瓦斯发电量连续九年位居全国第一。,公司基本情况,目前，在运瓦斯发电厂（站）10座，总装机容量273MW，在建和规划瓦斯发电厂（站）10余座，主要分布在晋城地区的沁水、高平、泽州、阳城和长治市长子县，到“十三五”末，瓦斯发
2、电总装机容量可达380MW以上。公司拥有燃气发电机组141台，其中：97+4台美国卡特彼勒机组，10台德国曼海姆机组，12台奥地利颜巴赫机组和18台我国石油集团济柴公司机组。在低浓度瓦斯发电上，主要使用济柴股份公司制造的燃气机组，分别为2016年9月投运的芦家峪瓦斯电站，装机容量6MW；2017年12月投运的三水沟瓦斯电站，装机容量6MW；2018年3月投运的段河瓦斯电站，装机容量6MW。,运行电厂10个（三个区管理）,寺河发电区一、沁水晋煤瓦斯发电有限公司采用60台G3520C型瓦斯（燃气）内燃发电机组和4台3000KW汽轮发电机组，装机容量120MW。二、寺河瓦斯电站采用6 台卡特比勒G3
3、520C型瓦斯（燃气）内燃发电机组，和一台利用余热带动的13MW汽轮发电机组，装机容量15MW。三、胡底瓦斯电站采用5台MWM TCG2020V20型瓦斯（燃气）内燃发电机组，总装机容量10MW。四、三水沟低浓度瓦斯电站采用6台济柴1000GF9-W瓦斯（燃气）内燃发电机组，装机容量6MW。,运行电厂10个（三个区管理）,成庄发电区五、成庄热电分公司采用10台卡特比勒公司制造的G3520C型瓦斯（燃气）内燃发电机组，装机容量18MW。六、寺河二号井瓦斯发电站采用5台MWM TCG2020V20型瓦斯（燃气）内燃发电机组，总装机容量10MW。七、成庄46MW电厂采用123.3MW颜巴赫燃气内燃发
4、电机组配套（211t/h+112t/h）余热蒸汽锅炉拖动23MW组合快装凝汽式汽轮发电机组。八、段河低浓度瓦斯电站采用6台济柴1000GF9-W瓦斯（燃气）内燃发电机组，装机容量6MW。,运行电厂10个（三个区管理）,王台发电区九、王台热电分公司采用21台(备用1台)卡特比勒公司制造的G3520C型瓦斯（燃气）内燃发电机组，装机容量36MW。十、芦家峪低浓度瓦斯电站采用6台济柴1000GF9-W瓦斯（燃气）内燃发电机组，装机容量6MW。,在运行瓦斯电厂（站）基本情况*,在运行瓦斯电厂（站）基本情况*,在建电厂3个,岳城9MW瓦斯发电项目采用91MW燃气内燃发电机组，41.4t/h+10.7t/
5、h 余热蒸汽锅炉 胡底二期项目 采用81.3MW燃气内燃发电机组+41.8t/h余热蒸汽锅炉 段河二期项目采用41.5MW燃气内燃发电机组+41.5t/h热水锅炉,筹建项目（7个）,芦家峪二期低浓瓦斯发电项目（27MW）东大低浓度瓦斯发电项目(6MW)常店低浓度瓦斯发电项目（6MW）南苏低浓度瓦斯发电项目（37MW）东大（90MW）、车寨（10MW）、龙湾（6MW）瓦斯发电项目,二、煤矿瓦斯简介,（一）煤矿瓦斯分类煤矿瓦斯按浓度分三类：一类是：浓度大于30%的高浓度瓦斯；二类是：浓度在930%的低浓度瓦斯；三类是：浓度在9%以下的瓦斯超低浓度（含煤矿通风乏风）,（二）瓦斯的危害,瓦斯是一种可燃
6、性气体，当其在空气中的浓度达到某一范围时，遇适当的点火源就会发生燃烧或爆炸。按瓦斯在空气中发生燃烧的性状不同，可以将它分为三个区间：助燃区间，瓦斯浓度大于0%至小于爆炸下限（5%）。该区间内，瓦斯在点燃源附近发生氧化燃烧反应，但不能形成维持的火焰，只能起到助燃的作用。爆炸区间，瓦斯浓度在爆炸界限内（5%16%）。该区间内的瓦斯遇一定能量的点火源会形成可自动加速的燃烧锋面，该锋面在瓦斯一空气混合气体内加速传播从而形成强烈的爆炸。扩散燃烧区间，瓦斯浓度大于爆炸浓度上限（16%）。该区域内瓦斯空气的混合气体无法直接被点燃，但是，当其与新鲜空气混合时，可以在混合界面上被点燃并形成稳定的火焰，称为扩散燃
7、烧。,各类煤矿瓦斯利用*,一类：浓度大于30%的高浓度瓦斯，采用高浓度瓦斯发电机组发电。二类：浓度在930%的低浓度瓦斯，采用低浓度瓦斯发电进行利用。三类：浓度在9%以下的瓦斯超低浓度（含煤矿通风乏风）；（1）甲烷浓度为0.25-5%，采用煤矿乏风氧化装置直接或经过掺混、稀释后利用；（2）超低浓度瓦斯（甲烷浓度6-9%）采用柴油引燃技术发电利用。,瓦斯由储气柜接入到预处理系统，通过旋风分离器和冷凝分离器除尘脱水，然后经罗茨风机加压、精密过滤器过滤、空冷器降温，最后经流量计量装置后供燃机使用。,常规高浓度瓦斯输送及预处理系统：,浓度30%的低浓度瓦斯5%-16%属于爆炸范围，运输中易爆炸，不能管
8、道常规输送，只能就地利用提浓至40%或90%以上，投资大、经济效益不好发电，无法保障瓦斯在输送过程中的安全性排空，集团公司日均排空近80万立方米能源浪费、温室气体、大气环境污染因此，寻求一种低浓度瓦斯的安全输送工艺，具有迫切 性和现实意义。,低浓度瓦斯排空现场,三、高浓度瓦斯发电项目简介,第一编 电厂概况第二编 燃气预处理系统第三编 燃气发电机组 第四编电力并网第五编余热利用第六编 脱硝工艺,-以沁水晋煤瓦斯发电有限公司为例,第一编 电厂概况,1、项目概况：2、发电机组概况：3、电厂规模：4、电厂工艺：5、厂区布置：,1、项目概况：,项目名称：山西晋城寺河瓦斯发电厂项目位置：山西晋城沁水县嘉丰
9、镇寺河煤矿项目目的：降低煤层气（瓦斯）对煤矿安全生产的威胁，变害为利。减少的环境污染。利用煤层气洁净能源，减少能源的浪费，变废为宝。缓解地区电力供应紧张，新增电源点，补充电力供应。项目内容：利用寺河煤矿井下抽放煤层气为燃料，建设一座120MW寺河瓦斯发电厂及相关电网改造工程,2、发电机组概况：,寺河煤层气发电厂利用寺河矿瓦斯气卡特彼勒G3520C 发电机组 发电 余热锅炉及汽轮发电机组 组成联合发电机组。发电总容量约120MW。年发电设备利用小时数为7000h(设计)。投产时间：2008年7月。,3、电厂规模,本电厂厂区占地54600m2，总装机容量为120MW，主要设备：1.60台卡特彼勒G
10、3520C型燃气发动机发电机组 2.4台国产N3-2.35型3MW凝汽式汽轮发电机组 上述发电设备分别安装在4个单元厂房中，每个单元厂房发电容量为30MW。电厂年消耗井下抽放瓦斯气约2.2亿NM3。年发电量约8.4亿KWh，冬季采暖供热量约233600GJ。,4、电厂工艺流程图,电厂工艺,工艺流程介绍：黄线段部分：寺河矿井下抽放煤层气经过过滤、计量输送到两个30000m3储气罐，储气罐内的煤层气经过两台冷干机脱水送到煤层气加压站，加压站共有五台离心式鼓风机，四台运行一台备用，将煤层气升压至后供给四个单元厂房的G3520C燃气发电机组发电。蓝线段部分：4个单元厂房（1#、2#、3#、4#单元厂房
11、）由西向东依次布置，每个单元厂房安装15台1.8MW燃气发电机组，15台发动机的尾气汇集到单元厂房尾气母管再供给三台余热锅炉，三台余热锅炉产生的蒸汽带1台3MW蒸汽轮机发电机组。,电厂工艺,红色线段部分：燃气发电机组和蒸汽轮机发电机组的输出电压均为10.5kv，单元厂房的每台发电机全部由高压配电柜连接至单元厂房的10.5kv母线，四个单元厂房的10.5kv母线由电缆输送到220kv变电站的10.5kv母线上，然后经两台容量为75MVA的主变升压到220kv与芹池变电站电网相联。绿色线段部分：为了充分利用燃气发动机的缸套水的余热，每个单元厂房配置了15台板式换热器。板式换热器与散热水箱并联，通过
12、一个三通调节阀控制缸套水的流向，向寺河矿区供暖。,1#气柜,2#气柜,燃机厂房,锅炉区,预处理间,汽机房,供热站,水处理间,变电站,办公楼,冷却塔,检修房,材料库,第二编 燃气处理部分,1、燃气处理概述2、燃气处理设备3、燃气处理参数4、燃气处理特点,1、燃气处理概述,流程：从寺河矿井下抽出的瓦斯气经寺河矿抽放站分别送给1#、2#储气柜，经储气柜缓冲稳压后送给冷干机和溴化锂制冷机组换热器除湿以后分别供给五台离心式鼓风机，最后经鼓风机加压以后、经过精密过滤器（2um）分别送给各单元厂房燃机。,2、燃气处理设备,2台3万m3气柜 用于储存、缓冲、稳压瓦斯气2套冷却装置（包含溴化锂、冷干机、冷却水泵
13、），用于对瓦斯气进行除湿、降温、冷却5台离心式鼓风机，用于对瓦斯气进行加压8套精密过滤器，用于过滤瓦斯气的杂质,预处理设备冷却器,预处理设备离心式鼓风机,预处理设备精密过滤器*,3、燃气处理参数,4、燃气处理特点,瓦斯气经过预处理系统混合、除水、升压、过滤、降温处理后达到主机用气要求。采用防爆设计，配备防爆电动机系统内设有甲烷泄漏监测报警系统，确保预处理系统安全根据燃气发动机的用气量，自动变频调整，减少耗电量，降低运行费用,第三编 燃气发电机组部分,1、内燃发电机组类型2、燃气发动机预备基础知识3、卡特彼勒G3520C燃气发动机部分 4、卡特彼勒KATO发电机部分5、发电机组控制模块,1、内燃
14、发电机组类型,国外机组：美国卡特彼勒机组（97台，额定功率1800KW）德国曼海姆机组（10台，额定功率2000KW）奥地利颜巴赫机组（12台，额定功率3348KW）国内机组：济柴机组（18台，额定功率1000KW）,2、燃气发动机预备知识,1、G3520C燃气发电机组,（1）、G3520C燃气发动机的构造（2）、G3520C燃气发动机的进排气系统（3）、G3520C燃气发动机的冷却系统（4）、G3520C燃气发动机的润滑系统,（1）、G3520C燃气发动机的构造,G3520C发动机组的概述 结构：四冲程、水冷、增压后冷却进气 气缸分布：V型、20缸、60度角 排量：86升 进气方式：独立循环
15、增压后冷却 点火系统：电控点火 主要部件：缸体、曲轴、轴承、连杆、凸轮轴等,G3520C燃气发动机的构造,G3520C发动机组的概述,发动机缸体,G3520C发动机机体是基于柴油机的结构，坚固耐用。20缸、V型布置,曲轴,缸体中活塞、连杆部件,（2）、G3520C燃气发动机的进排气系统,进排气系统是对内燃机工作气缸提供新鲜的、清洁的、干燥的、充分的可燃气体，并排除废气。主要部件：燃气过滤器、调压阀、快速切断阀、涡轮增压器、燃气计量阀,进气系统,图中从左到右依次为燃气过滤器、调压阀、电磁切断阀,排气系统,（3）G3520C燃气发动机的冷却系统,使用全封闭冷却系统，有两个独立循环，分为缸套水冷却和
16、后冷却系统，缸套水冷却发动机的受热部件，后冷却系统冷却混合气体。主要部件：水泵、冷却器、节温器和壳、加热器、进出水管、散热水箱冷却液充分吸收热量，吸收热量后的冷却水通过散热水箱进行散热。,冷却系统原理图*,（4）、G3520C燃气发动机的润滑系统,润滑系统是发动机正常运行的保证，为发动机里所有的运动件提供必要的润滑主要部件有油泵、呼吸器、注油口、冷却喷嘴、滤清器、油底壳通过油泵将油底壳中的油吸出，经过滤、冷却后通过机组油道给发动机运动件润滑。,润滑系统典型机油流向图,1、油底壳2、机油泵3、安全阀4、油冷器5、旁通阀6、机油滤清器7、油道8、预润滑泵9、止回阀,2、G3520C燃气发电机,配套
17、的发电机为KATO发电机，由定子、转子、轴承、外壳及励磁机等构成。技术参数为额定功率1807KW，额定电压10.5KV，功率因素0.8，额定频率50Hz,接线方式三相星型连接。,发电机内部图*,G3520C发电机外观图,3、发电机组控制模块ECM,有三个发动机控制模块（ECM），一个主ECM和两个辅ECM。ECM是密封的，安装在发动机上的接线盒内。监控各传感器发过来的信号，能够闭合继电器、电磁阀等执行部件。,控制模块(ECM)功能,电子控制模块(ECM)控制发动机的空气/燃料混合气。右图为燃料系统主要零部件和燃气走向。,第四编电力并网,燃气发电机组和汽轮机发电机组的输出电压均为10.5kv，单
18、元厂房的每台发电机全部由高压配电柜连接至单元厂房的10.5kv母线，四个单元厂房的10.5kv母线由电缆输送220kv变电站的10.5kv母线上，然后经两台容量为75MVA的主变升压到220kv与芹池变电站电网相联。,第五编余热利用,每个单元厂房安装15台1.8MW燃气发电机组，15台发动机的尾气汇集到单元厂房尾气母管再供给三台余热锅炉，三台余热锅炉产生的蒸汽带1台3MW蒸汽轮机发电机组。,汽轮机发电机组（3000KW）,第六编、脱硝工艺,主要指标：尾气中的氮氧化物排放执行标准：NOx含量2.0 g/kWh 脱硝方法：SCR选择性催化还原法脱硝工艺：尿素用除盐水溶解成40%的尿素溶液，再由循环
19、泵、计量分配装置、雾化喷嘴等进入绝热分解室，高温烟气也进入分解室加热尿素溶液，生成氨气和二氧化碳，通过喷嘴喷入SCR催化剂，在催化剂作用下烟气中的氮氧化物(NOx)与氨气通过选择还原反应，生成氮气(N2)和水(H2O)。,脱硝工艺图,改造前后对比,四、低浓度瓦斯发电项目简介,立项背景项目概况主要对低浓度瓦斯安全输送进行介绍,-以芦家峪低浓度瓦斯发电项目为例,一、立项的背景,芦家峪瓦斯抽放站抽放的瓦斯全部排空，不仅造成资源浪费、空气污染，还会加剧温室效应。,二、项目概况,项目建设6台1MW静音集装箱式国产低浓度瓦斯发电机组，配套建设低浓度瓦斯安全输送装置和配电控制设备，在长平公司芦家峪110kV
20、变电站10kV侧并网运行，就地实现芦家峪瓦斯抽放站抽放的10%-20%低浓度瓦斯的综合利用。项目利用长平公司芦家峪风井空闲场地，占地面积约3600平方米。项目总投资4129.77万元。,2015年10月8日开工建设；2016年4月土建工程基本完工；2016年7月安装工程基本完工；2016年8月并网工程完工并通过晋城供电公司验收；2016年9月10日建成投运。,进 度,三、低浓度瓦斯利用难点,10%-20%的低浓瓦斯本身就处于瓦斯爆炸极限范围内，压力、浓度也不稳定。难点1：低浓瓦斯安全输送和有效利用。难点2：环保排放指标达标。难点3：国产大功率低浓瓦斯发电机组的首次应用。,难 点,低浓度输送类型
21、,目前，成熟的低浓度输送有三种类型1、细水雾输送系统（在管道中喷雾化水）2、气水两相流输送系统（水在管道中形成环流和柱流）3、喷粉抑爆输送系统（传感器感应到信号后，往管道中喷粉末）,低浓度瓦斯发电瓦斯输送及预处理系统工艺特性：5%-16%范围极易爆炸要求：除脱水、除尘、阻火器等必要措施 还必须保证低浓度瓦斯在管道内的安全输送运用技术：细水雾混合输送工艺原理：细水雾发生器在低浓度瓦斯输送管道中喷入细水雾粒细水雾粒气化和迅速蒸发降低输送管道内气体温度、稀释瓦斯气体抑制火焰、终止燃烧,四、瓦斯安全输送,四、瓦斯安全输送,1、瓦斯输送系统,抽放泵站湿式放散阀水封防爆器过滤器瓦斯阻爆装置水雾输送系统水封
22、阻火器燃气汽水分离器瓦斯发电机组发电。,矿井瓦斯,水封阻火器,专用阻火器,水雾输送,脱水水封阻火,发电机组,水封防爆器,水封防爆器由水封阻火罐、自动补水装置等部分组成，其基本原理主要是当火焰通过水气混合层时，火焰与水接触，能量被水蒸发吸收，化学反应的自由基减少并消除；同时水的瞬间气化也降低了瓦斯中的甲烷浓度，使火焰熄灭。水封阻火器配置自动补水装置，当水位低于设定下线水位时自动补水，当水位高于设定上线水位时自动放水，从而维持水位的恒定，保证阻火器可靠工作。,细水雾输送技术,细水雾输送技术又称主动阻火技术，主要包括：细水雾阻火技术及脱水技术。瓦斯输送管道细水雾发生器是通过细水雾颗粒的气化和迅速蒸发
23、，来降低输送管道内的气体温度、稀释瓦斯气体，以达到抑制火焰、终止燃烧的目的。细水雾发生器包括供水部分（水泵）、喷水输送部分（管道）、细水雾生成部分（水雾发生器）、游离水收集部分（回收管道和水池）。在瓦斯输送管道上，每隔一定距离（不超过20m)安装一个细水雾发生器；向进水口提供高压水；喷嘴出口的管道内充满细水雾。瓦斯由输送管道的首端流向末端，在流通过程中混合了一定的细水雾，抑制燃烧或爆炸。如果末端发生回火或爆炸，每一个细水雾发生器相当于一个阻火器，能防止沿管道逆向蔓延。细水雾输送技术可有效消除瓦斯输送过程可能产生的静电及自燃和人为引起的火源。,3、机组布置方式,采用集装箱式内燃发电机组。将发动机、发电机、控制屏、卧式多风扇水箱、高低温缸套水板式换热器、烟气净化装置、外接排气管系、立式消声器等单元，集成为一个标准化建站模块。自动化程度高，适应能力强，运行可靠。,五、环保工艺,烟气脱硝,采用SCR选择性催化还原原理，在催化剂的作用下，将氮氧化物转换成无害的氮气（N2）和水（H2O），实现烟气脱硝，保证节能环保指标。处理后烟气中NOx含量2.0 g/kWh，NOx处理效率达73%以上。,五、机组检修周期,谢 谢,
