大兴矿瓦斯发电余热夏季为浴池供热水方案浅析

1、大兴矿瓦斯发电余热夏季为浴池供热水方案浅析热力供暖公司刘纯摘要瓦斯发电是一种清洁能源，如能将瓦斯发电余热替代原有燃煤锅炉为矿井浴池供热将直接减少现有锅炉的燃煤量，减少碳排放及粉尘排放。且瓦斯发电余热改造投资小，经济效益及社会效益明显，具有极强的可操作性。从瓦斯发电余热的技术角度、供热能力角度分析了瓦斯发电余热的供热能力，同时对其经济效益进行深入分析，解决了矿井锅炉效率低、污染严重的问题。关键词瓦斯发电余热锅炉热效率排烟系统热力公司利用大兴矿瓦斯发电余热，替代原有燃煤锅炉，为矿井职工洗浴提供热水，在保证热水连续、稳定供应的同时，实现节能减排。1 大兴矿锅炉现状安装 3 台 SHL14-1.25/

2、130/70-A型热水锅炉和2 台 SHL10-1.25-A 型蒸汽锅炉，承担着大兴矿矿区工业厂房供暖热负荷、生活热水（洗浴）热负荷、矿井通风热负荷以及矿井洗衣房烘干负荷。其中：矿区工业厂房供暖热负荷、矿井通风热负荷为季节性供暖，只在冬季运行，每年10 月中旬至4 月中旬，运行约180 天；生活热水（洗浴）热负荷、矿井洗衣房烘干负荷为连续行负荷，全年365天连续运行，不间断。利用 1 台 10t 蒸汽锅炉为浴池供应蒸汽，夏季为浴池供应蒸汽时属于低负荷运行，运行效率仅为 50% 60%左右，能源利用率低。每天浴池锅炉运行需要锅炉运行工、化验工等人员每班4 人，每天需要人员12 人。大兴矿有浴池3

3、 座，消耗热水水量约为500m3/ 天（ 42），共有水箱2 座，其中一个是用来存放 80热水，一个是用来存放42混合水，总容积50m3；共有澡池5 座，总容积172 m3。每天 1:20 、9:00 、17:30 是职工下班时间，为用水高峰期。在高峰时间段时，水箱的水不够用，需要随时补水。高峰期之前，职工浴池澡池水放空，在高峰期更换为新水。2 项目可行性分析夏季锅炉运行的效率较低，能源浪费严重。现有燃煤锅炉夏季为浴池生产热水时属于低负荷运行，运行效率仅为50% 60%左右，能源利用率低。如2018 年 10 月份再更新脱硫、除尘、脱硝设施，运行费用将会大幅度提高。为夏季浴池间断供热，人力资源

4、浪费严重。夏季为浴池供热司炉、化验人员每天需要12 人，存在严重的人力资源浪费问题。1大兴矿瓦斯发电站有充足的供热能力。大兴发电站目前有3 台淄博柴油机厂生产的型号为8300D的瓦斯发电机组， 额定功率为700kW、排气温度为530左右，经余热锅炉换热后， 排烟温度为150，共安装两台余热锅炉。整体供热能力可以满足大兴矿浴池夏季洗浴需求，且热源比较稳定。瓦斯发电机组产生的热量仍可被回收。瓦斯发电机组由于运行产生的热量也可被回收。瓦斯气体在气缸内爆燃后作为尾气，携带一部分爆燃产生的热量被排放，同时还有一部分没有被尾气完全带走的热量以及机组运行时各摩擦接触面产生的热量，未被利用，而是通过冷却系统，

5、在耗能的情况下进行强制冷却，此部分热量可被回收。有空间（或能力）建设第3 台余热锅炉。大兴矿瓦斯发电站只建设了2 台余热锅炉，可建设第3 台余热锅炉来提高供热能力，将现有余热锅炉2 开、 1 备，应对突发情况，使热源更加稳定。3 总体技术方案设计思路。拟采用大兴矿瓦斯发电站余热锅炉及机组运行热能回收为热源，新建第3 台余热锅炉为备用热源的思路进行设计，制备85洗浴用热水。运行方式。 采用 24h 持续加热的方式制备洗浴用热水量，在煤层气公司瓦斯发电院内的80m3水池作为蓄水池进行储备热水，每天可以制备200m3以上 85热水，利用循环泵及附属管路输送至大兴矿浴池现有热水水箱中储存。项目建成投入

6、使用后，每天可产生49热水500m3，完全满足矿井洗浴的需要。需要连续测试的可能存在问题的点：瓦斯发电余热锅炉是否每天可以制备200m3以上 85热水。改造方案。 工程改造内容：一是新建瓦斯发电余热循环系统，新建循环泵2 台， 1 用 1 备；二是新建瓦斯发电热水输送管道，长度约800m；三是新建一套瓦斯发电机组余热回收装置，主要设备为两台板式换热器，换热面积为30 ，一开一备；四是新建三台热风机，为矿井烘干室洗衣烘干，功率 70KW，烘干机容量100Kg/h ；新建靴子烘干空气幕2 台，功率24kW；五是新建一台余热锅炉，用作备用，在其他两台余热锅炉发生故障时使用。4 瓦斯发电机组余热回收系

7、统分析4.1机组运行工艺流程瓦斯发电机组是利用低浓瓦斯气体进行发电的设备。围绕整个发电过程，发电机组辅助系统包括：润滑系统、点火系统、冷却系统、控制系统、排气系统、压缩空气起动系统、传动系统和调速系统等等。设备构成主要分为发动机和发电机两个部分。瓦斯气体进入气缸后，在四冲程（吸气、压缩、做功和排气）的“做功”冲程中，被火花塞产生的火花点燃并发生爆燃，爆燃导致气缸内气体体积迅速膨胀，进而推动活塞产生运动，并输出机械能。机械能通过发电机转换成电能进行输出。机组运行过程中，分析认为有两部分热量可供收集使用，即：机组由于运转产生的热量和瓦斯气在气缸内爆燃后产生的尾气。其中尾气排放的热量较大、温度较高，

8、其相关排烟系统。另外，机组因2为运转产生的热量，为维持机组安全稳定运行，需要被强制冷却，其相关冷却系统。排烟系统：参与气缸内爆燃的瓦斯气体的有效成分是甲烷气体，发生燃烧化学变化后，气体成分发生变化，主要由一氧化碳、二氧化碳、氮气和水组成。瓦斯在空气中燃烧的化学式如下：CH 42O28N 2燃烧2H 2OCO28N2 （完全燃烧）2CH 43O212N2燃烧4H 2O2CO12N 2 （不完全燃烧）在气缸内发生爆燃的瓦斯气体，完成“做功”冲程后经“排气”冲程后依次进入排气管、排烟管道、热管蒸发器、消音器后对空排放。排烟管道设计口径为 DN300。在实际运行中，排烟温度为500 600。热管蒸发器

9、就是将废弃尾气所携带的热量通过与介质换热进行余热利用的设备。在热管蒸发器内，携带大量热量的烟气与翅片结构的热管接触，进行热量交换。被交换的热量在与水发生热交换，产生蒸汽。产生的蒸汽通过管道输送进入冷水池，给冷水加热，并完成冷水加热的整个过程。4.2发电机组尾气余热量计算发电机组按 80%效率运行；燃气与空气的混合比例为3纯天然气发3kWh电；则排烟流1:12 ； 1m量为：3）700×80%÷ 3×（ 1+12） 2427（Nm/h平均烟气密度按 1.2kg/m 3计算，则每小时排烟质量m为：33）2427m/h × 1.2kg/m 2912（ kg/h

10、烟道气体比热容详见表1。此时烟道气体的成分CO 13%、 H2O 11%、 N2 76%，在 150 530的平均比热容按 1.121 KJ/kg·取值，计算得每小时可利用排烟余热热量为1.24 × 106 kJ 。表 1 不同温度烟气比热统计表定压比热容（ kcal/kg. ）烟道气体空气100 0.2550.241200 0.2620.245300 0.2680.250400 0.2750.255500 0.2830.261600 0.2900.266如果再增设一台余热锅炉，达到3 台余热锅炉同时运行， 2 开 1 备， 2 台余热锅炉每天可回收热量 2.48 

11、5; 106 kJ 。4.3机组运行余热回收能力计算目前大兴机组的冷却系统，主要设备为多级风冷散热水箱，每台机组配套一台。机组与水箱一一对应，各台机组相对独立，机组与水箱之间用DN65的管道连接，一进一回。冷却水循环流程为：3多级风冷散热水箱阀门机油冷却器（机组自带）发动机（缸套等）阀门多级风冷散热水箱。风冷系统的作用是借助于冷却介质将发动机受热零件所吸收的热量即时传送出去，使机组在适宜的温度下工作，以保证发动机的可靠运行，并具有良好的工作性能。每台瓦斯发电机组冷却水流量为 50m3/h ；冷却水进水温度要求大于40，出水温度低于80，进出水温差要求低于20。根据运行实际，进出水温差一般控制在

12、6 7为宜。通过板式换热器可以将这部分热量加以利用，将其作为对冷水的预热。结合目前已有的两台热管蒸发器计算总热水产量如下：机组每小时冷却水量为 40m3/h ，进出口冷却水温差为 6，设置 3 台板式换热器，板式换热器的换热效率为 90%，计算得换热量 9.04 × 105 kJ 。运行的 3 台机组，按2 台计算， 2 开 1 备，小时可回收热量1.81 × 106 kJ 。经计量 0.5h 的循环量为20m3， 1h 循环量为40m3。4.4总热量计算如果在运的3 套设备，按运行状况2 开 1 备计算，小时可回收热量4.29 × 106kJ ；按换热效率蒸汽热

13、水、热水热水均为90%计算，每小时可加热热水12301.4 。 24h 可制备85热水产量295.2t 。考虑输送与储存过程会有部分热量散失，按散失量10%计算，每天可以制备85热水 265.68t 。4.5结果分析根据以上计算及测试结果，煤层气公司瓦斯发电余热每天有能力制备85热水265m3以上，具备为大兴矿供应热水的能力，且供热能力稳定。5 经济分析原有大兴矿浴池系统年成本消耗情况，详见表2。表 2浴池系统年消耗费用项 目单价单位用量费用（万元）备注人工费用3 万元 /a人1218按供暖期 6 个月计算维修费用26.8现锅炉耗煤460 元 /tt3999184现锅炉耗水3.3 元 / m

14、3m3297129.8现锅炉耗电0.75 元/kwhkwh24450018.3其他材料消耗12.6环保排污费2.4合计271.9大兴矿现浴池运行成本2 项，年支出费用335.1 万元。该矿锅炉为浴池洗浴年运行费用约为271.9万元。矿浴池运行方式是蒸汽加热冷水，每天使用冷水量约为525 m3，每年的水费为 63.2万元。改造成热水直供后运行成本3 项，年预计支出费用202.1万元。大兴矿浴池进行改造后，冷水4和直供的热水各占50%，因此会节约一半的原来采购冷水的费用，每年支付冷水费用31.6 万元。工作服烘干机运行电费测算：工作服烘干机功率90KW， 2 开 1 备，容量100kg，烘干时间为

15、50分钟 / 次，每次可烘干50 套工作服，以此计算，每50min，两台设备可烘干100 套工作服。大兴矿每天可烘干工作服700 套，大约需要时间350min ，大约 6h，需要耗电1080kWh，每天需要电费810元，每年需要电费29.6 万元。靴子烘干热风幕运行电费测算：靴子烘干热风幕功率约24kW，1 开 1 备，可满足靴子烘干需要，每天运行6h，需要耗电144kWh，每天需要电费108 元，年需要电费4 万元。热水购买费用测算：将大兴矿热水单价15 元 /m3，每天需要数量为250m3，年使用热水9.125万 m3，需要热水购买费用136.9 万元。投资构成： 热力公司为大兴矿输送热水，需要铺设热水管路，管路采取架空辐射，管径DN100，铺设长度约800m，造价约 41.4 万元；大兴矿为烘干室烘干衣物，增加烘干设备三台，以及靴子烘干机两台，预计费用25 万元；新建配电系统一套，预计改造费用1