淮南矿业集团瓦斯利用分公司 安徽省淮南市 232001
摘要：低浓度瓦斯的综合利用在技术上与经济上均具有可行性，且符合国家能源产业发展方向，提高了矿井抽采积极性，提升了矿井安全性。
关键词：低浓度；瓦斯综合利用；技术
一、装机形式的确定
某煤矿抽采总量在 25 m3 / m i n 左右，其中高负压抽采瓦斯量约 13 m3 / m i n，浓度约为 15% ；低负压抽采瓦斯量约 12 m3 / m i n，浓度约为 5% ，掺混后瓦斯浓度约为 12% ，考虑到抽采系统瓦斯抽采纯量和抽采浓度变化幅度比较大，采用高、低负压抽采瓦斯，掺混后全部采用国产低浓度瓦斯内燃发电机组。国内低浓度瓦斯发电机组热耗一般为 11. 0kW· h，甲烷热值约 35. 5 M J/Nm3 ，总装机容量 4 357 kW 。考虑到现阶段瓦斯流量和浓度都不稳定，所以取10% 的富余系数，本次装机按约 4 200 kW 考虑，并适当预留扩建余地。目前在我国运行或安装的国产瓦斯发电机组，主要有 500、700 和 1 000、1200 kW 几种机型，各种机型均适合本瓦斯发电项目。根据万峰煤矿瓦斯抽采站抽采量、瓦斯浓度、瓦斯气热值等条件，根据目前国内利用瓦斯气发电技术应用的现状，本设计对单机容量为 700 和 1000 kW 两种机型进行方案对比：方案一为 4 台 1000 kW 低浓度瓦斯发电机组；方案二为 6 台 7 00kW 低浓度瓦斯发电机组。两个方案技术经济比较见表 1。.png)
二、低浓度瓦斯的输送
1、输送系统工艺流程
根据目前的瓦斯浓度和抽采量以及今后扩建的需要，瓦斯抽采站出口至瓦斯发电站厂区布置 2 根DN500 的瓦斯输送管道，经约 160 m 的距离到达瓦斯发电机组进口，其机组进口压力不小于 2 500 Pa（按瓦斯输送速度不大于 12 m / s），满足机组调压阀前对瓦斯的压力要求。当抽出的瓦斯浓度高于 9% 时燃气机组能安全稳定运行，为保证输送瓦斯浓度在要求的范围内，在瓦斯发电站进掺混装置后，设置瓦斯浓度检测装置，当掺混瓦斯浓度小于 9% 时自动打开放散管，部分或全部放空低浓度瓦斯，保证机组正常运行。在瓦斯抽采站至瓦斯发电站的气源接口处，为保障瓦斯发电站停机或机组检修时有效切断气源，设置快速关闭阀门，作为紧急关断用。万峰煤矿瓦斯放散、水封阻火器布置在室内，输送管路及雾化水管路设置可靠的保温防冻措施。低浓度燃气内燃发电机组所需瓦斯浓度范围较宽，在 10% ～25% 能安全运行，而浓度 5% ～15%的瓦斯在管道运输中极易爆炸。因此为了保证安全生产，从瓦斯抽采站来的瓦斯采用细水雾输送系统，通过水雾发生器在瓦斯管道内连续成雾，从而降低送往发电机组间瓦斯管道的危险性 [ 5] 。细水雾输送系统工艺流程为：瓦斯—抽采泵站—自动水封阻火器—湿式放散阀—瓦斯管道专用阻火器—水雾输送系统—溢流水封阻火器—气水分离器—瓦斯发电机组发电。
2、安全保护措施
细水雾瓦斯输送系统采用了细水雾变送装置，即将水加压通过喷嘴变成水雾，再将水雾和瓦斯气一起通过管路送到发电机组前进行脱水送入发电机组，对于输送系统前、后端接口部分安装了瓦斯专用阻火器，严格的安全设施，使火焰不会蔓延。一般情况下，燃烧前都有温度积累上升的过程，水雾可有效控制瓦斯气体温度，使其远低于燃点（瓦斯的燃点是 700℃）。燃烧发生时，水雾迅速气化，稀释瓦斯浓度，使其达不到爆炸范围，同时水气包围燃烧源，阻止其继续燃烧和蔓延 [ 5] 。在输送系统中设有设备主要包括自动水封阻火器、溢流水封阻火器、湿式放散阀、细水雾发生器、气水分离器、篮式过滤器、瓦斯管道专用阻火器、雾化水泵等以确保系统安全稳定的运行。低浓度瓦斯输送系统不设置储气罐和加压设备，依靠瓦斯抽采泵的余压输送，由抽采站抽采的瓦斯用管道输送至电站，在输送管路上设置湿式水位自控阻火器系列和金属波纹带瓦斯管道专用阻火器系列，在瓦斯输送总管上阻火器系列后设置水雾发生器，由水泵将雾化水池中的水加压送入，产生细水雾，与抽采站来的瓦斯混合后送至各发电机组。发电机组前配备一套脱水器，脱出来的水返回雾化水池再循环使用，瓦斯脱水后进入瓦斯发电机组。全部过程由计算机监控运行，确保输送系统压力正常。
三、气源的保证
本煤矿建有地面永久抽放泵站，采用分源抽采方法。安设有抽采泵 6 台，独立的抽采系统 3套，其中一套高负压抽采系统，抽采泵型号为2BEC67，标况流量 370 m3 / m i n；两套低负压抽采系统，一套为 2BEC67，另一套为 P2620 抽采泵，标况流量 630 m3 / m i n，每套系统一运一备，目前运行一套高负压抽采系统与一套 P2620 低负压抽采系统。瓦斯发电工程启动后，对部分管路进行连接改造，完成 3 套系统同时正常运转。其中高负压系统1 套，用于抽采本煤层钻孔、边掘边抽钻孔与邻近层顶板钻孔；低负压抽采系统两套，用于工作面采空区埋管抽采。为保证气源的充足与浓度的稳定，高负压抽采系统上一是保持本煤层钻孔施工进度的均匀连续性，同时在工作面回风巷增加顶板钻孔，抽采采空区裂隙带瓦斯，以增加瓦斯来源，二是对已施工钻孔每周进行全面排查一次，对浓度低于 10% 的钻孔进行关控，以保证高负压抽采浓度；在低负压抽采系统上进行埋管抽采改造，由原来单趟 φ 450m m 埋管改为一趟 φ 315 m m 与一趟 φ 200 m m ，两趟管路前后相差 10 m ，呈迈步式抽采，改造后优点体现在一是减少因隅角拆管停抽的影响（两趟管每次拆一趟即可），实现了不停抽拆管，二是两趟管路一深一浅，抽采浓度不一样，利用每趟管上阀门可随时调控低负压抽采浓度与抽采流量，而原来单趟管随着埋深加大，抽采浓度增大，拆管后浓度又突然降低；另外对管路进行及时放水、除渣等维护工作，保持抽采系统的畅通。
结束语
本煤矿低浓度瓦斯利用实践表明，低浓度瓦斯输送上采用细水雾输送系统，同时严格安全配套设备，可对瓦斯浓度低于 30% 的瓦斯进行发电利用，同时发电余热为水源热泵提供了热媒，避免了利用矿井涌水的缺陷，减少了燃煤锅炉的使用，而且促进了抽采系统与抽采方法的优化。
参考文献
[1]邓浩鑫. 煤矿通风瓦斯蓄热氧化过程研究[D].中国科学院研究生院（工程热物理研究所）,2014.
[2]郭晋辉. 屯兰矿风排低浓度瓦斯氧化利用技术研究[J]. 山西焦煤科技,2014,03:7-9+27.
[3]杨扬,杨养龙. 国内外矿井低浓度瓦斯利用技术的探讨[J]. 科技创新与生产力,2014,09:25-27.
[4]曹学军. 低浓度瓦斯利用技术在淮南矿业集团的应用[J]. 能源技术与管理,2014,05:139-140+176.
论文作者:牛楠
论文发表刊物:《基层建设》2016年25期9月上
论文发表时间:2016/12/12
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