四川省华蓥山广能集团四方电力公司
摘要：通过对广能集团龙滩瓦斯发电站的低浓度瓦斯发电安全传输技术研究，利用用细水雾发生器、瓦斯管道阻火器和自动喷粉抑爆等技术消除低浓度瓦斯传输中的火源与高温，并通过科学合理的布置瓦斯发电站防雷接地措施，防止雷击时产生火花引起瓦斯爆炸，实现高浓度瓦斯发电机组利用矿井直抽的浓度≤30%的低浓度瓦斯稳定安全发电。
关键词：低浓度瓦斯；细水雾；自动喷粉；防雷
前言
我国煤矿瓦斯排放量居世界首位，大量的低浓度瓦斯排放不仅浪费了宝贵的清洁能源，同时也加重了全球温室效应的影响，依据我国2010年修订的《煤矿安全规程》规定：抽采的瓦斯浓度小于30%时，不得作为燃气直接燃烧用于内燃机发电或作其他通途时，瓦斯的使用、输运必须依照有关标准的规定执行，并制订完善的安全技术措施。因此结合煤矿低浓度瓦斯的排放特点，从技术及经济角度研究适宜的低浓度瓦斯发电安全输送技术，对加强煤矿抽放、风排低浓度瓦斯的资源化利用，有着十分重要的意义。
1 低浓度瓦斯安全输送技术研究
正常情况下，浓度较高的瓦斯在抽采和输送过程中一般不会发生爆炸。但是，当瓦斯抽放系统被破坏、管路积水堵塞或损坏进氧，管内瓦斯浓度5-16%时，遇有火源极可能导致瓦斯爆炸，也可能由于突然停泵、机械故障抽放失常或地面排空管受雷击起火发生，或发动机出现回火事故时发生回气、燃爆等事故，严重威胁瓦斯发电站及矿井安全。
为实现小于30%的低浓度瓦斯，特别是在5-16%爆炸浓度区间内的低浓度瓦斯安全传输及利用，首先要解决低浓度瓦斯传输安全问题，根据瓦斯爆炸的成因，一定浓度的瓦斯、高温火源、充足的氧气 ，龙滩瓦斯发电站着重对低浓度瓦斯的安全输送进行了深入研究，最终采用了细水雾混合输送系统、自动喷粉抑爆装置、发电机阻火防爆装置，组合防雷接地安全技术进行综合，作为低浓度瓦斯安全输送的技术方案。
1.1 细水雾混合输送系统
细水雾混合输送系统的工艺组成大致如图一所示，来自瓦斯泵站的瓦斯首先进入水位自控的水封阻火防暴装置，经过波纹管带瓦斯管道阻火器进入瓦斯输送管道。与瓦斯输送管道并行的输水管内的水由水泵加压，通过水雾发生器在瓦斯输送管道内连续形成水雾。细水雾与瓦斯全程连续混合输送，细水雾与瓦斯混合物经末端水封阻火防暴装置进入瓦斯发电站，再经过配套的旋风脱水和重力脱水装置脱去混合物中的水分，脱水后纯净的瓦斯再经过瓦斯管道阻火器供瓦斯发电机组发电。细水雾输送系统中所需要的水可循环使用。如果瓦斯输送量超过发电利用量，湿式放散阀可以自动打开，将富余的瓦斯排空。
1.1.1主要设备及作用
（1）细水雾发生器：细水雾发生器通过管道连接法兰链接在瓦斯输送管道上，每隔一定距离安装一个，向其进水口提供高压水，使其腔体内及附近管道内充满了细水雾。瓦斯在输送管道流通过程中瓦斯混合一定量的细水雾，使瓦斯不易燃烧或爆炸。如果末端发生回火或爆炸，每一个细水雾发生器相当于一个阻火器，能有效防止火焰沿管道逆向蔓延。并且细水雾在输送过程中，还可以防止因静电而产生电火花引起火焰传播，解决了瓦斯安全输送的技术难题。
（2）湿式放散阀：当瓦斯输送管道内的压力增高时，内套水面下降，当内套水面下降露出内套下沿时，瓦斯编通过水溢出排空。系统压力可通过放散阀内的水量来调整。瓦斯的排空是通过水面放散到空中，因此，放散阀能够将外部可能存在的火源与管道内瓦斯隔离，实现安全放散。
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1.1.2细水雾混合系统的设计安装
（1）输送系统用水循环使用，使用中如果总硬度（以CaCO3计）大于1g/L或浑浊度超过5度均应更换循环水。
（2）输送系统中瓦斯输送动力来自煤矿瓦斯真空泵，水动力由水泵提供，细水雾发生器设计水压在0.8～1.2MPa之间。
（3）输送系统中主水泵出现故障时备用泵能自动工作，满足系统循环水需要。
（4）瓦斯输送管道安装要有一定斜度，斜度不小于100:1，保证管道内凝结的水迅速回流至水池。
（5）输送管道上细水雾发生器安装间隔不超过20m，若管道长度不足20m，则要求至少安装一个细水雾发生器。
1.2自动喷粉抑爆装置
（1）自动喷粉抑爆装置工作原理
自动喷粉抑爆装置的工作原理如图三所示。当输送管道因火源引发燃烧爆炸时，传感器将燃烧与爆炸火焰专变成电信号传送到控制器，控制器发出指令触发抑爆器动作，抑爆器内的气体发生剂瞬间产生化学反应，释放出大量气体，驱动抑爆器内的灭火剂从喷撒机构喷出，快速形成高浓度的灭火剂雾层，与火焰面充分接触，吸收火焰的能量，终止燃烧链，使火焰熄灭，从而终止火焰在管道中的继续传播。
1.3发电机组阻火防爆技术
发动机阻火防爆原理如图四所示，以脱水器为界，每台机组两个金属波纹带阻火器。当机组内部火焰以一定速度通过金属波纹带阻火器金属板狭窄通道时，作为火焰化学反应活化中心的自由基和自由原子与通道冷壁碰撞放出能量，如果狭窄通道的直径小到一定程度，火焰表面的化学反应放热与散热条件减弱且速度较快，开始形成熄火层，随着火焰的运动，熄火层不断增大，以致自由基进入熄火层就复合成分子并放出能量，自由基与自由原子越来越少直到没有，火焰消失，确保机组内部燃烧爆炸不向外传播，从而杜绝了瓦斯发电过程中因回火引发管道内瓦斯爆炸的危险。
2 改造高硫低浓度瓦斯安全输送及利用系统
广能集团瓦斯发电公司龙滩瓦斯发电站按高浓度瓦斯发电站标准设计建设，于2008年10月建成投运，该站现有6台额定功率为500KW的高浓度瓦斯发电机组，对龙滩煤矿抽采的瓦斯全部进行发电利用。随着井下生产的推进，瓦斯浓度逐年降低，到2011年，煤矿井下抽采的瓦斯浓度已从该站投运初期的50%降至12%~16%，导致该站高浓度瓦斯发电机组无法正常启动和运行，瓦斯输送管道系统也不具备对低浓度瓦斯安全输送的能力，同时，瓦斯气体中的H2S含量已高达80 mg/Nm3，远远超过了瓦斯发电机组运行对进入机组的瓦斯气体中H2S含量≤20 mg/Nm3参数要求，导致大量抽采的瓦斯直接外排，造成瓦斯资源浪费和环境污染。
3 瓦斯发电站及传输管道的防雷接地
3.1雷电的主要形式及其对瓦斯发电及传输的危害分析
3.1.1直击雷对瓦斯电站及传输管道的危害
当雷电直接击在发电站或传输管道的某个部件上时，被击中的物体会在瞬间产生较大的热量，容易引起瓦斯气体快速膨胀、燃烧，进而引起爆炸。若是雷电流通过截面较小的金属件时，则有可能引起该金属件融化，从而影响瓦斯发电及传输。
3.1.2感应雷对瓦斯电站及传输管道的危害
当感应雷沿着电源线路侵入后，会直接损坏电源设备，进而击毁瓦斯电站内设备，容易引起瓦斯爆炸。同时感应雷还会对瓦斯监控系统造成一
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论文作者:黄铁军,陈渝飞,李为民,叶培祥
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年13期
论文发表时间:2019/10/9
标签：瓦斯论文; 水雾论文; 管道论文; 发电站论文; 低浓度论文; 火焰论文; 机组论文; 《建筑学研究前沿》2019年13期论文;