高寒地區(qū)低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)研究與應(yīng)用

夏侯劍峰++趙永城

摘 要：針對(duì)高寒地區(qū)低濃度瓦斯發(fā)電，就低溫復(fù)雜環(huán)境下煤層氣安全輸送發(fā)電降溫脫水、系統(tǒng)壓力控制、低濃度煤層氣安全輸送的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：煤層氣；低溫；輸送

雞西礦業(yè)集團(tuán)從80年代就開始建立瓦斯抽采系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)礦井的瓦斯進(jìn)行抽采，從2002年起雞西礦業(yè)集團(tuán)投巨資改擴(kuò)建了瓦斯抽采系統(tǒng)，3年內(nèi)共建了五處集中瓦斯抽采系統(tǒng)，設(shè)計(jì)總抽采能力為5億立方米。瓦斯抽采系統(tǒng)的建立為雞西礦區(qū)的安全生產(chǎn)取到了巨大的作用。

雞西礦區(qū)城子河礦、杏花礦、東海礦、東山煤業(yè)公司及平崗礦抽排瓦斯為低濃度瓦斯氣，為了確保發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，必須將低濃度瓦斯安全地輸送至低濃度瓦斯發(fā)電站。面對(duì)礦井采煤工作面瓦斯涌出量相對(duì)不穩(wěn)定，瓦斯流量和濃度波動(dòng)大，單搞礦區(qū)地面集中抽放無法將瓦斯流量和濃度調(diào)控在瓦斯發(fā)電機(jī)組允許范圍內(nèi)，為此，我們研究和應(yīng)用過多種調(diào)控瓦斯方法：

1、煤層氣在低溫復(fù)雜環(huán)境下安全輸送技術(shù)

在低溫復(fù)雜環(huán)境下對(duì)易凍的管路設(shè)備及一次元件和調(diào)節(jié)閥進(jìn)行特殊防靜電保溫。防靜電保溫有兩種方式：一種是對(duì)煤層氣（煤礦瓦斯）輸送系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件采用集中防靜電保溫；另一種是采取保留法蘭和容器的空間，從外向里先包防靜電保溫棉，使里面空氣能產(chǎn)生對(duì)流，最后外面包上鋁皮盒的方式進(jìn)行防靜電保溫。上述防靜電保溫方式可使法蘭面溫度保持在0℃～35℃以上，滿足燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組對(duì)燃?xì)鉁囟仍?℃～35℃的要求。

2、夏季高溫復(fù)雜環(huán)境下煤層氣水霧分離技術(shù)

夏季環(huán)境溫度高于25℃～35℃時(shí)，輸送過程燃?xì)庵泻写罅康乃魵?，使燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，甚至停車。為此在煤層氣（煤礦瓦斯）抽放泵站及燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組前端，分別配備一套降溫脫水裝置，其主要原理是：

（1）降溫脫水裝置采用冷卻水與旋風(fēng)脫水和重力脫水相結(jié)合，使進(jìn)入燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的燃?xì)獠缓坞x水。

（2）旋風(fēng)和重力脫水裝置上分別設(shè)置彈簧自復(fù)位式防爆安全門，彈簧開啟壓力設(shè)置在100kPa。

（3）降溫脫水裝置脫出來的水由水泵加壓循環(huán)使用。建議對(duì)瓦斯抽排泵的水池進(jìn)行冷卻，降低抽排瓦斯氣體的溫度。有利于發(fā)電機(jī)組脫水，提高發(fā)電功率。

3、煤層氣（煤礦瓦斯）輸送系統(tǒng)的壓力控制技術(shù)

為保證煤礦水環(huán)真空泵的安全運(yùn)行和整個(gè)輸送系統(tǒng)工作的壓力在3～10kPa范圍內(nèi)，在煤層氣（煤礦瓦斯）輸送系統(tǒng)的主管道上增設(shè)一套對(duì)煤層氣（煤礦瓦斯）安全穩(wěn)壓放散裝置。

4、低濃度煤層氣安全輸送技術(shù)

低濃度煤礦瓦斯經(jīng)過水位自控水封阻火裝置和金屬波紋帶瓦斯管道專用阻火裝置，進(jìn)入細(xì)水霧變送管道與細(xì)水霧混合輸送。細(xì)水霧經(jīng)脫水器脫水后循環(huán)使用，在輸送管道中能夠熄滅由于濕式、干式阻火器失效而過來的火焰，同時(shí)消除了輸送管道的靜電。輸送管道終端再配置瓦斯專用干式阻火器，保證瓦斯輸送過程高度安全。

5、濕式水位自控阻火技術(shù)

阻火裝置由雷達(dá)液位計(jì)、水封阻火罐、水位自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、PC機(jī)、GPRS等部分組成，實(shí)現(xiàn)水封阻火罐水面的全自動(dòng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)無線上傳（通過GPRS）。

●雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量水封水位，并將信號(hào)傳給監(jiān)控系統(tǒng)；

●水位監(jiān)控系統(tǒng)判斷水位高低，按程序設(shè)定適時(shí)放水或加水；

● PC機(jī)用于實(shí)現(xiàn)水封阻火罐的模擬控制和上下限等參數(shù)的設(shè)置；

● GPRS用于水位監(jiān)控信息的無線上傳

6、干式瓦斯專用阻火技術(shù)

●阻火原理是基于火焰冷壁淬熄現(xiàn)象。

●火焰以一定速度進(jìn)入阻火芯狹縫時(shí)，反應(yīng)活化中心的自由基和自由原子與冷壁相碰撞放出其能量，反應(yīng)區(qū)的熱量流向冷壁邊界。

●火焰面達(dá)到一定距離時(shí)，開始形成熄火層，自由基越來越少直到?jīng)]有，火焰熄滅

7、細(xì)水霧與低濃度瓦斯混合變送技術(shù)

低濃度煤礦瓦斯經(jīng)過水位自控水封阻火裝置和金屬波紋帶瓦斯管道專用阻火裝置，進(jìn)入細(xì)水霧變送管道與細(xì)水霧混合輸送。細(xì)水霧經(jīng)脫水器脫水后循環(huán)使用，在輸送管道中能夠熄滅由于濕式、干式阻火器失效而過來的火焰，同時(shí)消除了輸送管道的靜電。輸送管道終端再配置瓦斯專用干式阻火器，保證瓦斯輸送過程高度安全。

8細(xì)水霧滅火技術(shù)

細(xì)水霧滅火機(jī)理如下：

●冷卻：細(xì)水霧在汽化過程中吸收大量熱量，從而使燃燒物表面溫度迅速降低至燃燒臨界值以下，燃燒隨即終止。

●稀釋：火焰進(jìn)入細(xì)水霧后，細(xì)水霧迅速蒸發(fā)，氣體急劇膨脹，使燃燒反應(yīng)分子在空間上距離拉大，抑制火焰。

綜上所述，在瓦斯輸送系統(tǒng)中采用壓力控制技術(shù)和采用氣體水霧分離技術(shù)。有效解決了煤礦煤層地質(zhì)條件、超前壓力的影響范圍，以及煤層瓦斯賦存狀況、涌出量等因素的不同，在分析采動(dòng)影響下采場(chǎng)圍巖活動(dòng)規(guī)律與瓦斯空間運(yùn)移規(guī)律的基礎(chǔ)上，而創(chuàng)造出的新的瓦斯安全輸送方法。其特點(diǎn)是：利用計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送系統(tǒng)管道壓力突變時(shí)，對(duì)瓦斯安全穩(wěn)壓放散罐內(nèi)的水量來調(diào)整，保證煤礦水環(huán)真空泵的安全運(yùn)行和整個(gè)輸送系統(tǒng)工作在設(shè)定的壓力范圍內(nèi)；利用水霧分離裝置將瓦斯輸送系統(tǒng)中的氣體由實(shí)現(xiàn)旋風(fēng)脫水和重力脫水兩種方式串聯(lián)，設(shè)置在利用瓦斯發(fā)電機(jī)組跟前，每臺(tái)發(fā)電機(jī)組分別配備一套水霧分離裝置。該壓力控制，氣體水霧分離技術(shù)的應(yīng)用，取得了良好的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效果。

一年多來，公司四處瓦斯發(fā)電站共安裝的45臺(tái)低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組，全部實(shí)現(xiàn)了8%-25%低濃度瓦斯發(fā)電，利用率達(dá)到了30-70%，為采煤工作面正常生產(chǎn)提供了可靠的安全保障，極大地解放了工作面及系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，為我礦高產(chǎn)高效礦井的建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)又消除了干部職工對(duì)瓦斯的恐懼感，解除了他們的心理壓力，穩(wěn)定了職工隊(duì)伍，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益、安全效益和社會(huì)效益。

作者簡(jiǎn)介：

夏侯劍峰 （1974-）男，黑龍江七臺(tái)河人，工程師，主要從事低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)管理與新技術(shù)科研推廣等工作。

趙永城（1970-），男，黑龍江雞西人，工程師，學(xué)士，研究方向：低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)。