蘆家峪瓦斯發(fā)電項(xiàng)目已建成投產(chǎn)的一期工程，安裝有 6 臺 1 000 kW 集裝箱式燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組。隨著礦井的發(fā)展，瓦斯泵站抽采量將不斷增加，金駒股份公司本著充分利用煤礦瓦斯的原則，擬利用長平煤礦蘆家峪瓦斯抽放泵站抽出的富余瓦斯實(shí)施瓦斯發(fā)電二期工程。隨著國家電力形勢的發(fā)展，二期工程設(shè)計(jì)也將與時(shí)俱進(jìn)，充分借鑒國內(nèi)外的先進(jìn)設(shè)計(jì)思想，采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段和方法，對工程設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化。結(jié)合已投運(yùn)瓦斯電站建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和場地條件，將按照設(shè)備選型先進(jìn)可靠、工藝流程順暢短捷、總體布置功能分區(qū)明確、環(huán)保設(shè)施達(dá)標(biāo)排放、建設(shè)世界一流、規(guī)模較大的低濃度瓦斯智能化電廠設(shè)計(jì)思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，形成 27 MW 的發(fā)電能力，使電廠各項(xiàng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 很好國際同類機(jī)組，對不適應(yīng)電廠發(fā)展趨勢尚未修改的部分現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范有所突破和創(chuàng)新，努力打造一個(gè)高質(zhì)量、低造價(jià)、低運(yùn)行成本的智能化瓦斯電站示范項(xiàng)目。

 

1 瓦斯資源及抽采情況

長平煤礦隸屬于晉煤集團(tuán)，行政區(qū)劃屬高平市寺莊鎮(zhèn)管轄，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 3. 00 Mt/a，批準(zhǔn)開采 3號煤層，井田面積 43. 51 km2，礦井瓦斯儲量 39. 32億 m3，較大絕對瓦斯涌出量為 286. 72 m3 /min，較大相對瓦斯涌出量為 45. 42 m3 /t，為高瓦斯礦井。蘆家峪風(fēng)井場地建有蘆家峪地面固定瓦斯抽放泵站，布置有 6 臺 CBF810 水環(huán)式真空泵，單泵標(biāo)況混量810 m3 /min，其中高負(fù)壓抽采系統(tǒng) 1 運(yùn) 3 備，低負(fù)壓抽采系統(tǒng) 1 運(yùn) 1 備。高負(fù)壓系統(tǒng)主要抽采四、五盤區(qū)煤巷順層，底抽巷穿層以及采面高位鉆孔，目前抽 采 濃 度 15%，抽 采 負(fù) 壓32 kPa，標(biāo) 況 混 量345 m3 /min，標(biāo)況純量 51. 75 m3 /min，日抽采純量7. 45 萬 m3。低負(fù)壓系統(tǒng)主要擔(dān)負(fù)綜采工作面采空區(qū)大流 量 抽 采，目 前 抽 采 濃 度 1. 2%，抽 采 負(fù) 壓24 kPa，標(biāo)況混量500 m3 /min，標(biāo)況純量6 m3 /min，日抽采純量 0. 86 萬 m3。根據(jù) 《長平礦蘆家峪地面永久瓦斯抽放泵站 2017—2019 年瓦斯抽采量規(guī)劃表》，2019 年高負(fù)壓系統(tǒng)總抽采純量 139. 2 m3 /min，預(yù)計(jì)濃度 29%。一期瓦斯發(fā)電工程用氣純量為29. 2 m3 /min，富余瓦斯純量為 110. 0 m3 /min，可供二期發(fā)電工程使用。

 

2 主要設(shè)備參數(shù)

燃?xì)?內(nèi) 燃 發(fā) 電 機(jī) 組 選 用 16 臺 卡 特 比 勒G3516C 型機(jī)組，機(jī)組額定功率 1 500 kW，出線電壓 10. 5 kV，進(jìn)氣壓力 3 ～ 5 kPa，簡單循環(huán)發(fā)電效率 39. 7%，機(jī)組熱耗 9. 06 MJ/( kW·h) ，潤滑油耗 0. 25 g /( kW·h) ，NOx 排放濃度不大于1. 6 g /( kW·h) ，排放煙氣量( 濕態(tài)) 7 201 Nm3 /

h，排放 煙 氣 溫 度 463 ℃，缸 套 水 散 熱 量 864kW，距集裝箱外 1 m 處的噪聲 75 dB( A) 。為了充分利用能源，配套 2×8 t /h 余熱蒸汽鍋爐，拖動(dòng) 1×3000 kW 組合快裝凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，并回收電廠低溫余熱為煤礦供熱。余熱蒸汽鍋爐采用立式不補(bǔ)燃型單壓自然循環(huán)余熱鍋爐，額定蒸發(fā)量 8 t /h，蒸汽壓力 2. 45 MPa，蒸汽溫度 400 ℃，排煙溫度不大于 140 ℃，煙程阻力小于 2 kPa。汽輪機(jī)選 用KN3－2. 35 型組合快裝空冷凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，額定功率3 000 kW，額定轉(zhuǎn)速 5 600 r/min，額定進(jìn)汽量 16. 26 t /h，進(jìn)汽壓力 2. 45 MPa，進(jìn)汽溫度 400 ℃。

 

3 主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3. 1 當(dāng)前國內(nèi)規(guī)模較大、較高效的低濃度瓦斯電廠

設(shè)計(jì)安裝 16 臺先進(jìn)的 1 500 kW 國外進(jìn)口低濃度燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組，燃機(jī)發(fā)電效率 39. 7%，并配套余熱蒸汽鍋爐回收高溫?zé)煔庥酂�，產(chǎn)生過熱蒸汽拖動(dòng) 3 MW 蒸汽輪機(jī)進(jìn)行聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，總裝機(jī)容量 27 MW，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電效率 44. 70%。同時(shí)還配套有缸套水板式換熱器和低溫省煤器，回收缸套水余熱和余熱鍋爐尾部低溫?zé)煔庥酂�，產(chǎn)生 95 /70 ℃熱水，為煤礦和附近居民采暖季供熱，余熱回收量 15 224 kW，全廠熱效率高達(dá)51. 90%，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。

 

3. 2 設(shè)置多重安全保護(hù)，確保低濃度瓦斯輸送系統(tǒng)安全可靠

瓦斯氣源從蘆家峪瓦斯抽采泵站儲氣柜進(jìn)口水封井附近母管接入兩路 DN1000 母管，接口后DN1000 母管上依次設(shè)置手動(dòng)關(guān)斷閥、橡膠軟連接、超壓濕式放散閥、緊急放散閥、自動(dòng)關(guān)斷閥、水封阻火器、流量計(jì)、自動(dòng)排水裝置等。每根母管再分 3 根 DN500 干粉抑爆安全輸送管路輸送至集裝箱發(fā)電機(jī)組發(fā)電區(qū)域。每 3 根 DN500 管路對應(yīng) 8 臺燃機(jī)( 1 ～ 3 號干管對應(yīng) 1 ～ 8 號燃機(jī)，4～6 號干管對應(yīng) 9 ～ 16 號燃機(jī)) ，先匯入 DN500進(jìn)氣母管，再通過 DN350 支管接每臺燃機(jī)。燃機(jī)進(jìn)氣支管上依次安裝手動(dòng)關(guān)斷閥、電動(dòng)關(guān)斷閥、汽水分離器、降溫?fù)Q熱器、升溫?fù)Q熱器、過濾器、進(jìn)氣閥組( 包括阻火器、過 濾 器 和 電 磁閥) ，電磁閥前設(shè)置排空放散閥。DN500 進(jìn)氣母管末端設(shè)置穩(wěn)壓調(diào)節(jié)放散閥和緊急排空放散閥。6 根 DN500 干粉抑爆安全輸送管路上依次安裝手動(dòng)閥、電動(dòng)關(guān)斷閥、自動(dòng)阻爆裝置、干粉抑爆裝置、水封阻火泄爆裝置。每臺燃機(jī)進(jìn)氣支管電動(dòng)閥和汽水分離器之間安裝壓力傳感器，并在過濾器和進(jìn)氣閥組間安裝火焰?zhèn)鞲衅鳌Ｃ?3 根 DN500管路對應(yīng) 8 臺燃機(jī)，當(dāng) 8 臺燃機(jī)中的任意 1 臺進(jìn)氣支管監(jiān)測到火焰和壓力信號時(shí)，停 8 臺燃機(jī)，同時(shí)啟動(dòng)對應(yīng) 3 根干粉輸送管路的自動(dòng)阻爆裝置和噴粉裝置。

 

3. 3 設(shè)置瓦斯預(yù)處理系統(tǒng)，保障燃機(jī)進(jìn)氣品質(zhì)，提高機(jī)組使用壽命在瓦斯進(jìn)入燃機(jī)之前，設(shè)置有過濾、脫水、回?zé)岬阮A(yù)處理設(shè)施，除去瓦斯中的粉塵和水分，以滿足機(jī)組對燃料品質(zhì)的要求。在每臺機(jī)組進(jìn)氣支管上依次設(shè)置手動(dòng)關(guān)斷閥、電動(dòng)關(guān)斷閥、汽水分離器、降溫?fù)Q熱器、升溫?fù)Q熱器、過濾器、進(jìn)氣閥組( 包括阻火器、過濾器和電磁閥) ，電磁閥前設(shè)置了排空放散閥。DN500 進(jìn)氣母管末端設(shè)置穩(wěn)壓調(diào)節(jié)放散閥和緊急排空放散閥。瓦斯經(jīng)過預(yù)處理后應(yīng)能滿足: 甲烷濃度不小于 10%，燃機(jī)瓦斯進(jìn)氣閥組手動(dòng)閥前供氣壓力不小于 3 kPa，力波動(dòng)率不大于1 kPa /min，溫度 10～40 ℃，相對濕度不大于 80%( 40 ℃) ，灰塵顆粒不大于 5 μm。

 

3. 4 利用缸套水余熱通過溴化鋰機(jī)組為瓦斯降溫，較常規(guī)電制冷節(jié)省大量電耗設(shè)計(jì)采用溴化鋰制冷機(jī)組為瓦斯預(yù)處理系統(tǒng)提供 10 /15 ℃冷凍水，溴化鋰機(jī)組熱源來自通過板式換熱器換取機(jī)組缸套水余熱產(chǎn)生的 95 /70 ℃熱水，不僅利用了缸套水余熱，節(jié)省缸套水臺式散熱器電耗，還較常規(guī)采用電制冷機(jī)組為瓦斯降溫方案節(jié)省大量電能，一舉多得。同時(shí)，考慮到燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組剛啟動(dòng)時(shí)沒有熱源，故單獨(dú)設(shè)置了供 2 臺機(jī)組啟機(jī)時(shí)用的電制冷機(jī)組，當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，電制冷機(jī)組停運(yùn)，利用溴化鋰機(jī)組制冷。溴化鋰機(jī)組提供的冷凍水在夏季也供辦公室和控制室空調(diào)使用，實(shí)現(xiàn)熱電冷三聯(lián)供。

 

3. 5 配置高效煙氣脫硝處理系統(tǒng)，滿足較嚴(yán)格環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)

2 臺余熱蒸汽鍋爐均配套煙氣脫硝設(shè)施。煙氣脫硝工藝選擇工藝成熟、運(yùn)行穩(wěn)定、脫硝效率高的選擇性催化還原法脫硝( SCＲ) 方法。選用尿素作為脫硝還原劑，催化劑選用進(jìn)口、技術(shù)成熟的小孔徑蜂窩狀中溫催化劑，反應(yīng)溫度為 300 ～420 ℃。每臺鍋爐設(shè)置 1 套 SCＲ 反應(yīng)器，將其置于鍋爐內(nèi)部過熱器和蒸發(fā)器之間，脫 硝 效 率90%，SCＲ 反 應(yīng) 器 出 口 NOx 濃 度 小 于 50 mg /Nm3。每臺鍋爐脫硝裝置前后均安裝煙氣排放連續(xù)檢測系統(tǒng)( CEMS) ，實(shí)時(shí)監(jiān)測 SCＲ 反應(yīng)器入口和出口 NOx 濃度，根據(jù)出口排放 NOx 濃度調(diào)節(jié)噴氨量，并對 NOx 排放總量進(jìn)行累積; 同時(shí)設(shè)置氨逃逸在線監(jiān)測，使氨逃逸不超過 3×10－6。

 

3. 6 采用空冷和密閉循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，節(jié)約用水

燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組冷卻采用兩路閉式冷卻循環(huán)系統(tǒng)，一路是缸套水冷卻系統(tǒng)，一路是后冷卻器系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)采用 50%乙二醇的水溶液，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)補(bǔ)水量非常少，每 3 a 更換一次冷卻液; 蒸汽輪機(jī)冷卻采用直接空冷+尖峰冷卻裝置的復(fù)合型空冷系統(tǒng); 溴化鋰制冷機(jī)組、汽輪發(fā)電機(jī)、冷油器、抽真空泵、給水泵和取樣冷卻器的冷卻采用密閉循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，閉路循環(huán)。瓦斯冷凝水收集后用潛水泵送至抽采泵站循環(huán)水池。

 

3. 7 配套智能化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化高效管理

采用分散控制系統(tǒng)( DCS) 進(jìn)行監(jiān)控，并構(gòu)建智慧電廠系統(tǒng)平臺對電廠進(jìn)行管理。在常規(guī) DCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建完善的廠區(qū)監(jiān)控信息系統(tǒng)( SIS系統(tǒng)) 和廠區(qū)管理信息系統(tǒng)( MIS 系統(tǒng)) ，可以通過通訊總線及通用的接口標(biāo)準(zhǔn)與其他系統(tǒng)進(jìn)行通訊。在主控室采集現(xiàn)場各傳感器、視頻等信息，對全廠各生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行集中監(jiān)控和管理，通過構(gòu)建數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)三維實(shí)時(shí)信息監(jiān)視; 利用三維可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備可視化診斷分析和動(dòng)態(tài)壽命管理; 結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障診斷，開展可預(yù)知狀態(tài)檢修; 建設(shè)企業(yè) SIS /MIS系統(tǒng)，通過在線指標(biāo)統(tǒng)計(jì)和分析，為企業(yè)管理者提供輔助決策。在移動(dòng)端，通過手機(jī) APP 經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)時(shí)訪問電廠服務(wù)器數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的移動(dòng)監(jiān)控; 根據(jù)授權(quán)實(shí)現(xiàn)不同用戶能夠看到相應(yīng)的功能模塊，可實(shí)現(xiàn)如下功能: 移動(dòng)生產(chǎn)運(yùn)行管理，移動(dòng)實(shí)時(shí)信息管理，移動(dòng)巡檢點(diǎn)管理，消息提醒等。在設(shè)備監(jiān)控層，余熱鍋爐、汽輪機(jī)、瓦斯輸送及預(yù)處理、鍋爐除氧給水、化學(xué)水處理、煙氣脫硝等系統(tǒng)直接納入全廠 DCS 控制系統(tǒng); 瓦斯發(fā)電機(jī)組、低濃度瓦斯輸送安全保障系統(tǒng)采用設(shè)備自帶的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與全廠 DCS 的數(shù)據(jù)通訊，通過 DCS 邏輯組態(tài)獲得畫面。智慧電廠在工藝流程監(jiān)控中配備完善的智能執(zhí)行器及監(jiān)測傳感器，對各種生產(chǎn)過程設(shè)備的熱力參數(shù)及電氣參數(shù)等信號進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)上傳至智慧電廠系統(tǒng)平臺進(jìn)行智能分析。為精準(zhǔn)計(jì)量電廠的電、氣、水、油耗等數(shù)據(jù)，主要設(shè)備( 如內(nèi)燃機(jī)組及電動(dòng)給水泵等耗電設(shè)備) 需要增加多功能表計(jì)量，統(tǒng)計(jì)自身耗電量，同時(shí)對偏離設(shè)備正常運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析并采取有效措施，較終實(shí)現(xiàn)廠用電率較低化; 每臺機(jī)組增加潤滑油箱液位計(jì)，統(tǒng)計(jì)每臺機(jī)組的潤滑油耗，通過大數(shù)據(jù)分析對偏離油耗的機(jī)組進(jìn)行參數(shù)改善，較終將每臺機(jī)組的潤滑油耗控制在較低水平，改善機(jī)組運(yùn)行效益; 在電廠所有子系統(tǒng)及生產(chǎn)水進(jìn)水母管的用水點(diǎn)配置流量計(jì)，精確統(tǒng)計(jì)各個(gè)子系統(tǒng)和全廠的耗水量; 在燃機(jī)進(jìn)氣支管及瓦斯輸送母管上配置瓦斯流量計(jì)，精確計(jì)量單臺機(jī)組及整個(gè)電廠的耗氣量; 另外，提升設(shè)備的智能化水平，減少設(shè)備對人員現(xiàn)場操作的依賴，較大程度實(shí)現(xiàn)在主控室和移動(dòng)端對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)視與控制。一些危險(xiǎn)區(qū)域、高壓操作盡可能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控操作。根據(jù)智慧電廠的性能要求，電廠范圍內(nèi)配置高清視頻監(jiān)控裝置和人員定位設(shè)備。

 

4 結(jié) 語

蘆家峪瓦斯電站為分布式發(fā)電，電廠發(fā)出的電力除本廠用電外，其余全部送至蘆家峪 110 kV變電站，就近供長平煤礦用電，多余部分輸入電網(wǎng)，同時(shí)回收電廠余熱為煤礦和附近村莊供熱，通過能源的梯級利用，提高能源利用效率。同時(shí)，在電廠 DCS、SIS、MIS 的基礎(chǔ)上，充分利用大數(shù)據(jù)分析+人工智能+三維模型+移動(dòng)應(yīng)用+高清視頻監(jiān)控，提高電廠智能化水平，實(shí)現(xiàn)對全廠的精細(xì)化高效管理，達(dá)到減員增效、節(jié)能減排、安全生產(chǎn)之目的，為建設(shè)智能化瓦斯電廠積累了經(jīng)驗(yàn)，具有較好的示范引領(lǐng)作用。

 

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