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鍵技術進行論述。

關鍵詞：煤層氣；低溫；輸送

雞西礦業(yè)集團從80年代就開始建立瓦斯抽采系統(tǒng)，對生產礦井的瓦斯進行抽采，從2002年起雞西礦業(yè)集團投巨資改擴建了瓦斯抽采系統(tǒng)，3年內共建了五處集中瓦斯抽采系統(tǒng)，設計總抽采能力為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)電機組的正常運行，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控在瓦斯發(fā)電機組允許范圍內，為此，我們研究和應用過多種調控瓦斯方法：

1、煤層氣在低溫復雜環(huán)境下安全輸送技術

在低溫復雜環(huán)境下對易凍的管路設備及一次元件和調節(jié)閥進行特殊防靜電保溫。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，使里面空氣能產生對流，最后外面包上鋁皮盒的方式進行防靜電保溫。上述防靜電保溫方式可使法蘭面溫度保持在0℃～35℃以上，滿足燃氣發(fā)電機組對燃氣溫度在0℃～35℃的要求。

2、夏季高溫復雜環(huán)境下煤層氣水霧分離技術

夏季環(huán)境溫度高于25℃～35℃時，輸送過程燃氣中含有大量的水蒸氣，使燃氣發(fā)動機運轉不穩(wěn)定，甚至停車。為此在煤層氣（煤礦瓦斯）抽放泵站及燃氣發(fā)電機組前端，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脫水和重力脫水相結合，使進入燃氣發(fā)電機組的燃氣不含游離水。

（2）旋風和重力脫水裝置上分別設置彈簧自復位式防爆安全門，彈簧開啟壓力設置在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行冷卻，降低抽排瓦斯氣體的溫度。有利于發(fā)電機組脫水，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

為保證煤礦水環(huán)真空泵的安全運行和整個輸送系統(tǒng)工作的壓力在3～10kPa范圍內，在煤層氣（煤礦瓦斯）輸送系統(tǒng)的主管道上增設一套對煤層氣（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

低濃度煤礦瓦斯經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，進入細水霧變送管道與細水霧混合輸送。細水霧經脫水器脫水后循環(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

阻火裝置由雷達液位計、水封阻火罐、水位自動監(jiān)控系統(tǒng)、PC機、GPRS等部分組成，實現水封阻火罐水面的全自動監(jiān)控和數據無線上傳（通過GPRS）。

●雷達液位計測量水封水位，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，按程序設定適時放水或加水；

● PC機用于實現水封阻火罐的模擬控制和上下限等參數的設置；

● 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

●阻火原理是基于火焰冷壁淬熄現象。

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

●火焰面達到一定距離時，開始形成熄火層，自由基越來越少直到沒有，火焰熄滅

7、細水霧與低濃度瓦斯混合變送技術

低濃度煤礦瓦斯經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，進入細水霧變送管道與細水霧混合輸送。細水霧經脫水器脫水后循環(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細水霧滅火技術

細水霧滅火機理如下：

●冷卻：細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：火焰進入細水霧后，細水霧迅速蒸發(fā)，氣體急劇膨脹，使燃燒反應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和采用氣體水霧分離技術。有效解決了煤礦煤層地質條件、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)律與瓦斯空間運移規(guī)律的基礎上，而創(chuàng)造出的新的瓦斯安全輸送方法。其特點是：利用計算機遠程控制實現對輸送系統(tǒng)管道壓力突變時，對瓦斯安全穩(wěn)壓放散罐內的水量來調整，保證煤礦水環(huán)真空泵的安全運行和整個輸送系統(tǒng)工作在設定的壓力范圍內；利用水霧分離裝置將瓦斯輸送系統(tǒng)中的氣體由實現旋風脫水和重力脫水兩種方式串聯，設置在利用瓦斯發(fā)電機組跟前，每臺發(fā)電機組分別配備一套水霧分離裝置。該壓力控制，氣體水霧分離技術的應用，取得了良好的技術與經濟效果。

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)電機組，全部實現了8%-25%低濃度瓦斯發(fā)電，利用率達到了30-70%，為采煤工作面正常生產提供了可靠的安全保障，極大地解放了工作面及系統(tǒng)的生產能力，為我礦高產高效礦井的建設奠定了堅實的基礎。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)定了職工隊伍，取得了明顯的經濟效益、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)電技術管理與新技術科研推廣等工作。

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