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        高寒地區(qū)低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)研究與應(yīng)用

        2017-05-09 00:42:01夏侯劍峰趙永城
        科學(xué)與財富 2017年10期
        關(guān)鍵詞:煤層氣低溫

        夏侯劍峰++趙永城

        摘 要:針對高寒地區(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。面對礦井采煤工作面瓦斯涌出量相對不穩(wěn)定,瓦斯流量和濃度波動大,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,輸送過程燃?xì)庵泻写罅康乃魵?,使燃?xì)獍l(fā)動機(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監(jiān)控和數(shù)據(jù)無線上傳(通過GPRS)。

        ●雷達(dá)液位計(jì)測量水封水位,并將信號傳給監(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,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,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,在分析采動影響下采場圍巖活動規(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)對輸送系統(tǒng)管道壓力突變時,對瓦斯安全穩(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)。同時又消除了干部職工對瓦斯的恐懼感,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、安全效益和社會效益。

        作者簡介:

        夏侯劍峰 (1974-)男,黑龍江七臺河人,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)。

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