1、低濃度瓦斯發電機組尾氣的余熱回收再利用介紹

對于低濃度瓦斯發電機組，瓦斯產生的能量只有30%—35%被轉化為電能，約有30%—35%隨高溫尾氣排出，約20%—25%被發動機自身冷卻系統帶走，約10%以機身散熱和阻力等想事損耗。瓦斯發電機組余熱利用就是通過專用設備將機組排出的高溫尾氣和冷卻系統帶走的熱量回收，再輸送到需要熱源的車間或居民小區。例如，國內廣泛使用的500KW低濃度瓦斯發電機組，其產生的高溫尾氣熱量經熱管空預器回收后，可向企業車間供熱風，或在冬季向煤礦風井巷道供熱風防止凍井；如果向辦公室、居民小區或浴室供熱，可加裝熱管換熱器（熱管省煤器），每臺換熱器可產生90℃以上的熱水近4噸/小時，解決4000m2以上建筑面積采暖或中型浴池洗浴。

低濃度瓦斯發電機組產生的尾氣只要成分是CO2，溫度在550℃左右，通常情況下，每臺機組（500KW）產生的煙氣流量在2130Nm3/h以上。隨著瓦斯資源的深度開發，充分利用能源，合理利用瓦斯發電機組尾氣余熱是大勢所趨。

1.1、低濃度瓦斯發電機組余熱回收的工作原理

在低濃度瓦斯發電機組排氣系統安裝熱管余熱回收裝置，即熱管空預器（熱風利用）或熱管換熱器（熱水利用）或熱管蒸發器（低壓飽和蒸汽利用），通過熱動力循環設備（即大功率風機或熱水利用管道循環泵或蒸汽管道）將低溫交換介質（空氣或者軟化水）送到余熱回收裝置，經加熱的低溫交換介質變成熱源直接或者再次交換后輸送給終端客戶使用。低濃度瓦斯發電機組余熱回收利用流程如下圖所示。

流程圖如下：

1.2、低濃度瓦斯發電機組余熱回收的主要用途

余熱回收的方式根據各個企業所需要的熱源不同有空氣置換余熱、軟化水置換余熱產生熱水以及軟化水置換余熱產生蒸汽三種。余熱回收后的主要用途有以下幾種：

（1）煤礦巷道暖井（風井供熱風）：在北方的冬季，煤礦風井巷道都需要熱風爐暖井。把低濃度瓦斯發電機組產生的高溫尾氣經過熱管空預器，將冷空氣加熱，可以得到高溫熱風通過煙道與風井處得熱管空預器再次換熱后的熱空氣送入風井，從而降低井下熱風爐的熱量輸出，節約電能。風井處流程如下圖所示：



冬季工況下：閥門12、21開啟，11、22關閉;同時，42、51開啟，41、52關閉。礦井回風順著回風風道1引至第三主風道03，并以一定的風速橫向掠過換熱器的蒸發段。液池中的工作液體受熱蒸發，蒸汽在壓力差作用下向上流入熱管較冷的冷凝段，放出汽化潛熱;回風放出汽化潛熱后溫度降低，沿著第四主風道04進入排風風道4，最終排至大氣或作為其它方式的熱源繼續使用;室外的冷空氣順著新風管道5到達第二主風道02，吸收汽化潛熱，達到預熱目的;加熱后的空氣溫度升高到規定溫度以上，沿著第一主風道01進入進風風道2，最終送入井筒內;冷凝后的工作液體在重力的作用下，回流到蒸發段的液池當中。

夏季工況下：閥門11、22開啟， 12、21關閉;同時，41、52開啟， 42、51關閉。新風溫度較高，蘊含大量低溫熱能;相反，回風側溫度較低，可吸收新風的熱量以達到冷卻新風的目的。工作原理與冬季相似，在此不再贅述。

（2）烘干、采暖和洗浴用熱源：

企業生產工藝中的烘干、采暖和洗浴常年需要熱源。在發電機組煙道出口加裝一臺熱管換熱器（熱管省煤器），通過熱水循環泵幾個低溫水送到熱管換熱器，經過熱交換的軟化水為熱源（90℃以上）供給企業生產使用，冷卻后的軟化水在返回熱管換熱器，如此往復循環。

（3）余熱制冷：目前廣泛采用溴化鋰吸收式制冷。用熱管蒸發器吸收低濃度瓦斯發電機組余熱回收的熱量。


（4）余熱發電：通過多臺瓦斯發電機組尾氣的余熱回收，安裝熱管蒸發器，產生的飽和蒸汽并往后拖動汽輪機組進行二次發電，發電后的冷凝水亦可制冷或者供暖，給企業帶來可觀的經濟效益。


2、低濃度瓦斯發電機組余熱回收的應用

2.1、生產車間利用發電機組余熱烘干、采暖和洗浴

某發電公司30臺500kw低濃度瓦斯發電機組，煙道出口各加裝熱管換熱器及熱管空預器，為企業的烘干室、辦公樓和職工洗浴提供熱源，為職工營造了舒適的工作和休息環境。同時，每年節約各種支出400多萬元，節支降耗顯著。

2.2、煤礦利用發電機組尾氣余熱向風井送熱風暖井

（1）該公司在12臺500KW瓦斯發電機組煙道出口各安裝一套熱管空預器，每臺瓦斯發電機組的煙氣流量為2130Nm3/h，可加熱的冷空氣流量為30000Nm3/h，空氣流通阻力小于500Pa，采用兩臺大功率（45kw）風機，將空氣集中加壓送入熱管換熱器中，熱交換后的空氣通過保溫管道和涵洞輸送到煤礦進風井進入井下暖井。

（2）為了防止瓦斯發電機組尾氣泄漏進入井下和井下有害氣體反送，在熱管空預器熱風出口處設計了單向止逆電動風門，并安裝了溫度、流量、有害氣體傳感器等輸送監控聯動系統，發生瓦斯發電機組尾氣泄漏和井下有害氣體反送時，單向止逆電動風門將自動關閉，熱風機斷電跳閘關閉。


（3）安裝后的效果：在冬季零下22℃時，進入風井的熱風流量為24000Nm3/h，入井初始熱風溫度62℃，完全達到熱風設計要求。

2.3、利用瓦斯發電機組尾氣余熱產生飽和蒸汽供生產工藝使用或者進行余熱發電

以2臺500kW瓦斯發電機組余熱為例，安裝熱管蒸發器，可以得到壓力為0.5MPa壓力的飽和蒸汽0.75噸/小時。

3、低濃度瓦斯發電機組余熱回收的經濟分析

3.1、余熱回收熱量可供采暖的面積

500KW低濃度瓦斯發電機組煙道出口尾氣溫度一般在550℃，尾氣流量2130Nm3/h，尾氣密度ρ=1.293kg/Nm3，尾氣比熱C=0.257kcal/kg.℃，經熱管換熱器換熱后尾氣溫度降至150℃；

瓦斯發電機組尾氣由550℃降至150℃時，釋放的熱量Q為：

Q=CM（T2-T1）=0.257×1.293×2130（550-150）=2.83×105kcal/h

熱管換熱器換熱效率按照η=95%計算，則每臺瓦斯發電機組可回收熱量為：

Q1=2.83×105×95%=268850kcal/h

余熱回收利用后，單臺機組可供熱的建筑面積為（單位面積所需熱量按60kcal/m2）：

268850÷60=4480m2

500KW瓦斯發電機組的熱回收利用后，每年可節約燃煤數量為：

12×30×24×268850×0.6/（5000×40%）=696859kg=697噸

每年每臺機組可節約的燃煤收益：

697×400=278800元=27.88萬元

3.2、余熱回收熱量可供洗浴的水量

二次處理后的煤礦礦井水質量完全可以滿足職工浴池的洗浴需要，礦井水平均溫度在20℃左右，通過熱管換熱器（熱管省煤器）加熱后的水溫最低可以達到50℃以上，通過管道泵向浴池輸送，即洗浴水溫提30℃。

則單臺發電機組每小時可供50℃以上的礦井水量為：Q1/A2=9m3

則單臺機組每天可供50℃以上礦井水量為：24×9=216m3

3.3、經濟效益分析

3.3.1單臺機組余熱回收利用同燃煤鍋爐相比較

單臺機組余熱回收熱量折算成煤炭，每年可節約煤炭量697噸，以原煤平均價格400元/噸計算，可節約資金約27.88萬元。

3.3.2投資計算（以常見的4臺機組為基礎計算）

4臺500KW機組各配套一臺熱管換熱器，交鑰匙工程約100萬元左右。則投資回收期為：

100÷（27.88×4）=0.9年，即9個月即可收回全部投資。

4、結論

通過對某企業低濃度瓦斯發電機組尾氣采用熱管余熱回收器的形式的應用，說明尾氣余熱回收項目投資少、見效快，經濟效益、環保和社會綜合效益顯著。