基于内燃机的煤层气发电联供系统配置 

基于内燃机的煤层气发电联供系统配置 

李芬芬 陈新 王晓言

中国石油集团济柴动力有限公司 山东 济南 250306

摘 要：利用煤层发电能够有效的提高对于煤层气的利用率，随着多年的实践和发展，燃气内燃发电机组已经在我国煤层气发电领域内得到了十分广泛的利用。本文将针对基于内燃机的煤层发电连供系统配置进行分析，以供业界人士参考。

关键词：内燃机；煤层气发电；连供系统；配置方案

所谓煤层气实际就是直瓦斯，主要成分是甲烷，吸附在煤层内的非常规天然气体，能够产生的热值可以与天然气媲美，是一种高效而清洁的能源原材料。我国煤层气资源较为丰富，堪居世界第三位，据调查结果显示，我国煤层气资源含量能够达到两公里内37万亿立方米的资源储备，基本与陆地上的天然气资源储备含量相当，是非常值得开发和利用的能源资源。在国际能源局势紧张的情况下，煤层气作为一种优质高效的清洁能源，其开发的前景是十分值得期许的，对煤层气进行开发使用能够获得诸多的优势。一方面能够有效降低瓦斯事故概率具有突出的安全保障优势；另一方面，燃烧煤层气能够有效的降低温室气体的排放，对于环境保护而言也有着较为突出的优势；最后，煤层气作为清洁高效的能源在能源储备日益趋紧的大环境下，能够产生巨大的经济效益。

1. 煤层气发电系统主机型式

1. 燃料电池

有别于燃料化学能的转换燃烧，燃料电池会经过燃烧释放出电能进行做工，最终产生电，形成传统发电系统。燃料电池是将原料内的化学能进行直接转换生产出电能。因为燃料电池在进行生产的过程中，不需要经过机械做功或热交换的阶段，所以与其他的热发电机产生电力的能力相比会有着更为明显的低污染性、高效率性和生产稳定安全、低噪音性。但是燃料电池的成本较高，仅适用于对于电力资源的质量环境有较高要求的地区或用户。

2. 燃气锅炉带蒸汽轮机发电机组

作为传统的火电机组发电模式，燃气锅炉在蒸汽轮机发电机组的工艺已经十分的娴熟，生产过程安全可靠，但是该机组采用的是煤层气为基础原料，仅能够局限在小规模的工业生产之中，发电效率较低、启动时间过长、运行并不灵活，所以大部分的发电站都不采用这种机组形式进行发电生产。

3. 混合燃烧锅炉带蒸汽轮机发电机组

该发电机组是将煤和煤层气作为混合燃料来进行发电生产，需要将传统的燃煤锅炉进行技术改造，使其实现共用燃气的功能。混合燃料进行电力发电可以有效的降低硫化物、飞灰或者是氮氧化物等污染物的排放，但是该接触会受到瓦斯抽采的波动性干扰，辅助系统也较为复杂，相比之下发电效率却较低，启动时间过长，发电运行并不灵活，所以大部分的电站也不采用这种机组形式。

4. 燃气轮发电机组

该发电机组有着明显的优势，比如运行模式灵活、功率大、系统结构简单、占地面积较小等，可以与余热锅炉带蒸汽轮机联合循环发电的方式进行协作电力生产。但是目前的技术下该机组在进行生产时，会受到瓦斯抽采浓度波动影响，运行效果较差，近些年来也逐渐的被淘汰。

5. 燃气内燃发电机组

该发电机组的优势是运行灵活，启动运行时间较短，系统结构较为简单，发电效率高等。而且该机组的进气压要求较低，达到五百以上千帕，就可以实现良好的生产需要。这就意味着，能够选用的瓦斯浓度范围较多，浓度达到百分之六以上便可以用于生产使用，所以现在越来越多的发电企业选用了燃气内燃发电机组进行电力的生产。燃气内燃机组如果选用的是往复式，可以获得良好的运行灵便性，也能够提高瓦斯浓度的适应范围，特别是对于低浓度的煤层气也能够实现良好的适用性，现在已经成为电力企业主要使用的煤层气发电设备。

2. 基于内燃机的煤层气发电联供系统配置

建立于内燃机煤层发电连供系统，可以采取以下三种方案来进行系统配置：

1. 方案一

作为常规的冷热电三联供电组配置，可以命名为内燃机配烟气热水型双向溴化锂吸收式冷水机组，高温烟气和缸套冷却水功能加入到烟气热水型双效溴化锂机组内，可以实现功能上质的飞跃，对外可以提供冷热水的负荷。冷热电三联供电机组的规模可以根据实际的生产需要进行调整，因此，运行的表现方式更为灵活。在我国淮南矿业集团便采用了该方案，通过利用余热制冷的理念，实现了采矿井下的温度降低目的，这是对治理矿井内的热威胁和煤层气冷热电三联供双重目的实现的一次突破性的创新，具有重要的指导意义和实践意义。

2. 方案二

该方案是比较常规的热电联产机组配置系模式。高温的烟气进入到余热锅炉内，会对水进行加热，产生的热蒸汽会驱动蒸汽轮做工，进而实现了对于能量的循环利用。蒸汽轮机的冷凝水会通过缸套水板式换热器进行进一步的加热，再重新进入到余热锅炉内，帮助余热锅炉的给水温度进行加热，从而充分利用了内燃机内的余热能量，实现了对于能源的高效利用。该方案被称为内燃机配余热锅炉及蒸汽机轮系统，往往也可以用于为用户提供蒸汽等物质，但是该方案内的内燃机单机容量较低，产生的烟气温度也不高，一般情况下，煤层气电站机组容量都小于30兆，这就导致了所选用的热电联产配置的经济效益并不高，往往更适用于国内规模较大的煤层气电站的生产需要。

3. 方案三

方案三是将余热锅炉、内燃机配溴化锂机组和蒸汽轮机进行的系统配置方案。该方案与方案二的区别是在内燃机缸套水余热功能使用上，方案三采用了热水型溴化锂机组，使内燃机缸套水余热实现了对外提供冷、热水的作用，虽然蒸汽轮机的电力生产能力会被减弱，但是由于可以对外提供冷水和热水，取得最终的产物就显得较为丰富，可以满足不同用户多样化的需要。

结束语：煤层气高效、清洁、储备丰富的优势，值得我们加以开采和利用，探讨对煤层气进行发电也将成为未来发电行业的主要趋势。基于内燃机煤层发电联供系统配置能够满足不同的电能生产需要，我们可以因地制宜、开拓思路，进行多样化的生产，将进一步促进我国电力行业的发展进步。

参考文献：

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2. 樊金璐. 基于内燃机的煤层气发电系统技术经济评价[D].

3. 马素霞, 马红和, 杨燕霞,等. 基于煤层气的多余热资源分布式能源系统:.

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5. 高伟. 基于全年负荷的冷热电联供系统优化分析[D]. 东华大学, 2010.