[发明专利]燃气轮机利用低浓度瓦斯气的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及低浓度瓦斯气、煤矿通风瓦斯的利用技术领域，是一种低浓度瓦斯气的利用技术，利用燃气轮机将低浓度瓦斯直接转化为电能，同时降低温室气体排放，增加煤矿安全性，达到节能减排的目的。

背景技术

瓦斯气是指储集在煤层中的一种非常规天然气(其主要成份是甲烷)，是在煤矿采煤过程中自动散发出来的一种有害气体，无色，无味，易燃，易爆。当空气中瓦斯的浓度达到5％至16％之间时，遇明火就会发生爆炸。在我国煤矿发生的事故当中，瓦斯事故占到了各类事故的70％以上。瓦斯气是煤矿的“安全杀手”，但是同时瓦斯也是一种洁净的能源，有较高的利用价值，被称为“第二煤炭资源”。

开发利用瓦斯气具有保护全球环境，改善煤矿安全和增加新能源等多重功效。合理利用瓦斯气，变害为用，既解决了抽排气对大气环境的污染，又回收了瓦斯气这一绿色能源。利用瓦斯气进行发电，这是变废为宝的一条经济、有益途径。况且中国拥有丰富的煤层气资源，瓦斯气资源量约35万亿立方米，与天然气资源量(约38万亿立方米)相当，具有很大的市场开发前景。

乏风就是甲烷浓度低于0.75％的煤矿通风瓦斯。我国每年通过乏风排入大气的甲烷约为100-150亿立方米，相当于1140-1700万吨标准煤，而且基本没有利用。由于甲烷具有很强的温室效应，相当于二氧化碳温室效应的21.5倍，对臭氧层的破坏能力是二氧化碳的7倍。据统计，在中国煤矿排放的甲烷中，矿井乏风占91％，每年通过乏风排入大气的甲烷约为100-150亿立方米，与西气东输的120亿立方米天然气量相当，相当于1140-1700万吨标准煤。据专家估算，按照每年100亿吨纯甲烷的排放当量，等于1000多万吨原油或2000万吨煤炭被白白浪费掉。随着国家对能源的需求越来越大，不断发展分布式能源成为节约能源、解决当前能源危机的主要途径之一，丰富廉价、现实存在的乏风资源显然是可靠的气源保证。环保效益也显而易见。据统计，我国每年乏风的排空量相当于排放约2亿吨的二氧化碳。如果能够全部实现清洁排放，每年将完成我国宣称的到2010年减排10亿吨二氧化碳的1/5的任务。而且接近2亿吨二氧化碳的排放量，转化成CDM(清洁发展机制)收益也可达150亿元随着国家对能源的需求越来越大，不断发展分布式能源成为节约能源、解决当前能源危机的主要途径之一，而丰富廉价、现实存在的乏风资源就是可靠的气源保证。

然而由于煤矿乏风甲烷含量极低，如果进行分离提纯，耗能要远远超过获取甲烷的能量，很不经济。另外这种浓度的甲烷不能直接燃烧，所以长期以来只能放空，造成了巨大的能源浪费和环境污染。专利低浓度瓦斯的燃气轮机的利用方法(申请号：200810118325.4)公开了一种燃气轮机利用小于1％的低浓度瓦斯的方法，其通过配以辅助燃料在燃烧室利用低浓度瓦斯，但实际情况有些场合不具备其他辅助燃料，只希望利用低浓度瓦斯。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃气轮机利用低浓度瓦斯气的系统和方法，不需要其它辅助燃料，利用燃气轮机将难于提纯和直接燃烧的低浓度瓦斯转化为电能，变害为用，减少温室气体排放，增加煤矿安全。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种燃气轮机利用低浓度瓦斯气的系统，其包括掺混器、燃气轮机压缩机、回热器、燃烧室、燃气轮机透平、余热锅炉；其中，掺混器设有两个不同瓦斯浓度的进口，掺混器出口通过管道与燃气轮机压缩机的进口相连，燃气轮机压缩机的出口通过管道与回热器的冷侧进口相连，回热器冷侧出口与回热式柔和燃烧室通过管道连接，回热式柔和燃烧室还设有起动燃料的进口，回热式柔和燃烧室的出口通过管道连接到燃气轮机透平，透平的出口通过管道连接到回热器热侧入口，回热器热侧出口连接到余热锅炉，余热锅炉的蒸汽出口连接到燃气轮机透平的冷却入口，余热锅炉设有烟气排放口通向大气，燃气轮机压缩机和燃气轮机透平和发电机通过轴连接在一起。

所述的利用低浓度瓦斯气的系统，其所述回热式柔和燃烧室，包括燃烧室壳体、换热器；燃烧室壳体内空腔为燃烧腔，非接触式换热器位于燃烧腔内，燃烧室壳体上设有一进口、一出口。

一种所述的燃气轮机利用低浓度瓦斯气的系统使用方法，其包括步骤：

a)将低浓度瓦斯直接引入燃气轮机的压缩机进口，经压缩机压缩后，进入回热器被加热提高温度，

b)然后通入回热式柔和燃烧室进行直接燃烧，燃烧后的烟气经透平膨胀做功并发电；

c)经透平膨胀做功后的烟气进入回热器，加热经压缩机压缩的低浓度瓦斯，然后进入余热锅炉产生蒸汽；

d)余热锅炉产生的蒸汽进入透平冷却透平叶片。