谈低浓度瓦斯发电站工艺设计

维普资讯 http://www.cqvip.com 煤炭工程　２００８年第９期　谈低浓度瓦斯发电站工艺设计　谢晓东，张振东，高胜阳　（中煤国际工程集团沈阳设计研究院，辽宁沈阳１１００１５）　摘要：文章分析、介绍了煤矿坑口低浓度瓦斯发电厂的建设条件，并着重从工艺系统、重　要设施、设备的工作原理等方面对低浓度瓦斯发电厂的设计情况进行了详细的论述。对低浓度瓦　斯发电厂的建设及设计有很强的指导作用。　关键词：瓦斯发电；低浓度瓦斯发电机组；工艺设计　中图分类号：ＴＭ６１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１—０９５９（２００８）０９－００１４￣３　水位自控式水封阻火器的基本原理主要是：当火焰通　过水气混合层时，火焰与水接触，火焰产生的能量被水蒸　发、吸收，使化学反应的自由基减少并消除，同时水的瞬　低浓度瓦斯发电是指利用瓦斯中甲烷含量在２５％以下　的低浓度瓦斯进行发电。我国大约有６０％以上的煤矿瓦斯　是甲烷含量在２５％以下的低浓度瓦斯，而且瓦斯抽排系统　多是以单个矿井为单位建立的，相对地作为瓦斯发电燃料　的纯瓦斯抽放量也较少。因此，在对于煤矿瓦斯的利用上　问气化降低了瓦斯中的甲烷浓度帮助促使火焰熄灭。水位　自控式水封阻火器通过雷达液位计进行监测和计算机自动　应重点考虑坑口低浓度瓦斯发电厂的建设。低浓度瓦斯发　电厂系统流程为：抽排泵站一闸阀一水位自控式水封阻火　器一丝网过滤器一瓦斯管道专用阻火器一低温湿式放散阀　一防爆电动碟一水雾输送系统一溢流式脱水水封阻火器一　放散阀一闸阀一旋风重力脱水器一手动碟阀一瓦斯发电机　组一余热处理设施一电力系统。　煤矿坑口低浓度瓦斯发电厂工艺系统包括：燃料供应　与输送系统、低浓度瓦斯发电机组、电力系统、余热处理　控制，当水位低于设定下限时能够自动补水，当水位高于　设定上限时能够自动防水，从而维持水位的恒定，确保阻　火器的可靠工作。该设施一般安装在矿井瓦斯抽放泵站通　往瓦斯发电厂的管路之间。　１．２丝网过滤器　丝网过滤器是用于过滤输送瓦斯中的水汽和灰尘，防　止瓦斯管道专用阻火器阻塞，延长其使用周期的器件。其　过滤材料一般采用不锈钢丝绒，利用拦截、碰撞机理过滤　瓦斯中的粉尘和水分。该器件安装在水位自控式水封阻火　器之后。　设施等部分组成。低浓度瓦斯发电厂工艺流程见图１。　下面着重从煤矿坑口低浓度瓦斯发电厂的工艺系统，　重要设施、设备的工作原理及应考虑的设计程序等方面进　行详细论述。　１．３　瓦斯管道专用阻火器　瓦斯管道专用阻火器的工作原理是基于对火焰通过狭　１燃料供应与输送系统　瓦斯经过在井下收集抽取后通过管路输送到地面抽放　泵站，再经闸阀将其分成两路。一路供应给瓦斯发电厂，　另一路时、：存作为他用或占接排空。对于输送到瓦斯发电厂　的瓦斯气体，为丁使得瓦斯发电机组能够正常　【作，必须　窄通道时熄灭现象的研究。火焰在狭缝中猝熄的主要原因　是由于火焰表面的化学反应放热与散热条件不匹配而引起　的。火焰以一定速度进入狭缝时，火焰表面内靠近狭缝冷　壁处，作为化学反应活化中心的自由原子与冷壁相碰撞放　出其能量，这相当于反应区的热量流向冷肇边界，从而当　确保瓦斯气体在输送过程中的绝对安全、可靠，为此在瓦　斯输送管路上设置相应的安全保护设施就是必须的。一般　情况下须在瓦斯输送管路上设置的安全保护设施有：水位　火焰面达到一定距离时，开始形成熄灭层，随着火焰面的　运动，熄火层厚度不断增大，以致由于自由基进入熄火层　内就复合成分子并放出能量，使得自由基越来越少直至没　有，致使火焰熄灭。该设施一般安装在丝网过滤器之后。　自控式水封阻火器、丝网过滤器、瓦斯管道专用阻火器、　低温湿式放散阀、防暴电动蝶阀等，然后再通过细水雾输　送系统、将瓦斯输送到发电机组进行发电。各设施的主要　１．４低温湿式放散阀　当系统用气量突然减少时（如瓦斯发电机组突然减少开　机台数或突然降低负荷时），为保证煤矿水循环真空泵的安　全运行和整个瓦斯输送系统工作在设定的压力范围内，需　工作原理及工作情况如下：　１．１　水位自控式水封阻火器　收稿日期：２００８—０４—２８　作者简介：谢晓东（１９５５一），男，高级工程师，１９８０年毕业于阜新矿业学院矿山机械制造专业，现在中煤国际工程　集团沈阳设计研究院从事选煤厂设计、工程总承包项目管理工作。　１４　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００８年第９期　煤炭工程　在输送系统的输气主管道上设置低温湿式放散阀。当输送　散到大气中的，因此，低温湿式放散阀能够将外部可能产　管道内压力增高时，瓦斯便通过水溢出排空。放散压力可　生的火源与系统内瓦斯隔离，从而实现安全放散。该设施　通过改变放散阀内的水量或水面来调整和设定。通过液位　一般安装在瓦斯管道专用阻火器之后的输送管道旁路上。　变送器可实现计算机的远程控制。瓦斯的排空是通过水放　图１低浓度瓦斯发电厂工艺流程　１．５　瓦斯与细水雾混合输送系统　机组是瓦斯发电站的核心，是将瓦斯气体转变为电能、热　在瓦斯输送管道上每隔一定距离（约１５ｍ左右）设置一　能的关键设备其单机全套装置主要包括：燃气发动机、发　个水雾发生器。发电站内需设置一个雾化水池安装区，在　电机、空气过滤器、排气消音器、机组辅助系统、燃气调　安装区内安装多级离心泵，为瓦斯输送管线上的水雾发生　压装置、机组系统同步控制屏等。现在国内生产的低浓度　器供给高压水，再通过水雾发生器向瓦斯管道内喷射水雾。　瓦斯发电机组单机容量范围已达１００～２５００ｋＷ，且工作性　瓦斯输送管道内的瓦斯通过水雾发生器后含有水雾，因而　能可靠。基本可以满足需要。现在常用的矿坑口低浓度瓦　避免了火焰的产生（避免了静电或其他因素产生的火焰），　斯单机容量为５００ｋＷ发电机组工艺布置（见图２）。　并起到阻火的作用，保证了瓦斯输送过程中的安全性。该　瓦斯发电机组一般为：额定电压４００Ｖ，额定频率　设施安装在瓦斯输送主干道瓦斯管道专用阻火器和低温湿　５０Ｈｚ，最大输出电流９００Ａ左右。所发电经升压变压器升压　式放散阀旁路接口之后。　后可直接为矿区提供生产电力，也可并人电网。　２低浓度瓦斯发电机组　３余热处理设施　瓦斯通过燃料输送系统送至低浓度瓦斯发电机组。低　据统计，在燃气机组发电的过程中，燃料的能量只有　浓度瓦斯发电机对燃料的基本要求是瓦斯浓度在６％～２５％　约３５％被发电机组转化为电能，另有约３０％随废气排出，　之间（瓦斯浓度大于３０％属高浓度瓦斯，一般需采用燃气　２５％被发动机冷却水带走，通过机身散发等其它损失约占　轮机），燃料输送压力不低于３ｋＰａ。可单台机组或多台机　１０％左右。即有相当于燃气发动机所用燃料近５５％的能量　组并机、并网运行，机组运行采用计算机控制。瓦斯发电　以余热的形式随废气和冷却水排出。余热处理设施就是在　ｌ５　维普资讯 http://www.cqvip.com 煤炭工程　２００８年第９期　裴沟煤矿三一采区防水安全设施的优化设计　赵玉辉　（河南煤矿安全监察局，河南郑州４５０００３）　摘要：通过煤矿建设项目安全设施设计审查，发现裴沟煤矿安全设施设计在防水设施方面　存在的不合理、缺失等问题，秉承“安全第一、预防为主”的方针和原则，通过采取相应的对　策措施，优化了设计，从源头上提高了矿井安全生产条件和保障程度。　关键词：防水；安全设施设计；对策措施　中图分类号：ＴＤ７４５　．２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１—０９５９（２００８）０９－００１６￣２　采区设置了防水设施，预防东翼突水造成淹井事故。　河南郑煤集团公司裴沟煤矿井田位于新密复向斜轴部，　为区域地下水的迳流区，矿床主要直接充水含水层为Ｌ，　灰岩，主要补给水源为Ｏ：灰岩水，属以底板进水为主、水　文地质条件复杂的岩溶充水矿床。由于长期疏放Ｌ，灰岩　．　１　三一采区布置及防水设施设计存在的问题　１．１　三一采区布置　采取单翼上山开拓方式，布置轨道、胶带、回风三条　上山，在其浅部新建一专用回风井（即三一采区回风井），　一水，使得该层水对矿井生产构不成严重的威胁。奥灰水是　矿井充水的主要威胁，二　煤层一３ｏｏｍ以上底板承受的水　压４．０ｌ～４．０９ＭＰａ，突水系数０．０７３～０．０７４ＭＰ￣ｍ。由于　３ｏｏｍ水平深部副井井底车场通过一３ｏｏｍ东翼轨道大巷　Ｌ　厌溶裂隙发育不均匀，其富水性及透水性差异较大，　且井田内油坊沟与浮山寨等高角度大落差断裂构造发育，　造成太原群上段Ｌ１　灰岩含水层与下段灰岩含水层、奥陶　系灰岩含水层水力联系密切，矿井突水危险性较大。如　２ｏｏ５年１１月一２００６年８月期间，一３ｏｏｍ水平以上三二采　区的３２０５１综采工作面曾发生４次底板突水，水源为太原　与采区下部车场相连，三二采区运输下山通过一１８０ｍ胶带　运输大巷与采区运输上山相连，设计将大巷均布置在Ｌ＇　灰岩中。预测三一采区正常涌水量７３０ｍ　／ｈ，最大涌水量　ｌ５ｏｏｍ　／ｈ，三二采区全部涌水、三一采区大部分涌水由深　部副井底主排水泵房担负。鉴于三二采区的３２０５１工作面　已经发生了底板突水，而一３ｏｏｍ水平东翼轨道大巷又需穿　过突水危险区，故设计在一３ｏｏｍ水平东翼轨道大巷设置了　防水设施（即防水闸门峒室），预防东翼突水造成淹井。原　三一、三二采区开拓平面图见图１。　群灰岩水和奥陶系灰岩水的混合水，涌水量最高达　１５ｏｏｍ　／ｈ，工作面被迫停产进行底板注浆堵水。　裴沟煤矿现主要生产采区为杨河井田一３ｏｏｍ水平西翼　三二采区、三四采区。根据矿井接替的安排，三一采区是　１．２三一采区防水设施设计存在的主要问题　１）三一、三二采区之间没有留设防水煤（岩）柱。由于　三一采区煤层赋存条件好，二　煤层厚度３．８４ｍ～１４．６１ｍ，　是由于近年来在解决低浓度瓦斯输送和低浓度瓦斯发电机　组研发方面的突破，使瓦斯含量在２５％以下的低浓度瓦斯　的实际应用变得切实可行。本文就是着重从利用瓦斯含量　三二采区的接替采区，在编制三一采区安全设施设计时，　鉴于矿井水文地质条件复杂且有突水淹井危险，故在三一　、　、　＼　、　燃气机组发电的同时，以机组排出的废气和冷却水的热值　为能源，将燃气机排出的高温烟气通过余热回收装置加热　介质水，烟气产生的热水（或蒸汽）和冷却水串联通过供热　系统输送到需要热源的用户。例如，单台５ｏｏｋｗ瓦斯发电　在２５％以下的低浓度瓦斯的发电入手，详细地论述了煤矿　坑口低浓度瓦斯发电站（厂）的建厂要求、工作原理、设备　选定、余热处理、工艺设计等具体应用问题。以期为低浓　度瓦斯的进一步利用特别是煤矿坑口的低浓度瓦斯发电厂　机组发电产生的余热经针形管余热回收装置转换后，换热　面积可达６ｏｍ　，可供５０００ｍ　以上的建筑面积采暖（经锅炉　转换后也可直接向用户单位供应蒸汽）。该装置安装在瓦斯　发电机组余热排除管道上。　的建设起到一定借鉴和推动作用。　（责任编辑赵巧芝）　４结语　随着人们对煤矿瓦斯综合利用研究的不断深入，特别　收稿日期：２ｏｏ８一ｏ４—１７　作者简介：赵玉辉（１９７０一），男，河南辉县人，高级工程师、高级注册咨询师，现在河南煤矿安全监察局监察从事煤　矿安全监察执法工作。　１６