淺析煤礦瓦斯發(fā)電技術(shù)和進氣系統(tǒng)工藝流程改造

方勁松

摘要：目前，在生產(chǎn)化工和民用發(fā)電等領(lǐng)域，尤其是工業(yè)燃料，都利用了瓦斯。然而，在生產(chǎn)化工領(lǐng)域，瓦

一.概述

近些年我國煤礦瓦斯抽采量迅速上升，2005年23.5億m3，2008年已達到52億m3。然而，約80%的瓦斯是采用卸壓抽和采空區(qū)抽瓦斯的方法獲得，抽出瓦斯的濃度較低，55%以上的抽采瓦斯?jié)舛鹊陀?0%。低濃度瓦斯接近燃燒爆炸濃度限，出于安全性考慮，現(xiàn)行規(guī)程規(guī)定：濃度低于30%的瓦斯不得利用。使得抽采瓦斯的利用率在逐年下降。不符合節(jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展思路。

為保證能源充分利用，防止破壞環(huán)境，近些年來，我國不斷加大瓦斯技術(shù)研究。瓦斯發(fā)電技術(shù)，是抽取煤礦井下瓦斯氣體，將其輸送至內(nèi)燃機氣缸，通過吸氣與壓縮、做功與排氣過程，推動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)。近些年來，低濃度瓦斯發(fā)電項目成功之后，在某種程度上，優(yōu)化了能源結(jié)構(gòu)，通過促抽采，實現(xiàn)煤礦良性循環(huán)發(fā)展。

在2006年以前，我國煤礦瓦斯量豐富，每年能夠抽取純瓦斯量5000萬立方左右，然而，只有450萬立方濃度的高瓦斯輸送到煤氣公司，以供居民使用，其他低濃度瓦斯排放至大氣，浪費了潔凈資源，造成環(huán)境污染。

在2006年7月，我國焦作煤業(yè)集團加大研發(fā)力度，對瓦斯發(fā)電立項考察，在同年11月份，瓦斯發(fā)電工程進入動工和設(shè)備安裝階段。通過幾年運行和發(fā)展，瓦斯發(fā)電技術(shù)積累了一定經(jīng)驗。然后，通過技術(shù)交流和異地調(diào)研，不斷創(chuàng)新、改進技術(shù)流程不合理之處，獲得較好效果。

因而，研究低濃度瓦斯抽采、輸送、利用、排放環(huán)節(jié)的安全保障技術(shù)并形成系列標準能有效規(guī)范低濃度瓦斯抽采、排放、輸送和發(fā)電利用各環(huán)節(jié)的安全行為，促進瓦斯抽采利用產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，提升中國節(jié)能減排的技術(shù)水平。

二.煤礦瓦斯水霧輸送系統(tǒng)和發(fā)電技術(shù)

首先，瓦斯水霧輸送系統(tǒng)。對于低濃度瓦斯，建立水霧輸送系統(tǒng)，是通過水位自控阻火器和瓦斯管道，混合細水霧和瓦斯進行輸送，將低濃度瓦斯輸送到瓦斯發(fā)電機組，實現(xiàn)發(fā)電。系統(tǒng)進氣技術(shù)：“抽放泵、水位自控阻火器、瓦斯管道阻火器、低溫放散閥、防爆電動碟閥門、水霧輸送系統(tǒng)、溢流水封阻火器、放散閥門、旋風(fēng)重力脫水器、瓦斯發(fā)電機組”。在水霧輸送系統(tǒng)中，將礦井瓦斯所抽放的瓦斯氣體，輸送至始端水位阻火器，利用雷達，對水面進行監(jiān)控，實現(xiàn)自動放水、補水，確保水位不變，提升輸送系統(tǒng)可靠性、安全性。利用水位自控阻火器，和瓦斯管道阻火器連接，實現(xiàn)阻火速每秒1220m，能夠有效阻火，確保系統(tǒng)可靠性、安全性。對于瓦斯管道，設(shè)置專用阻火器之后，安裝低溫放散閥門。如果管道內(nèi)瓦斯壓力比設(shè)定值要大，放散閥門會自動打開。對于濕式放散閥門，安裝防爆碟閥門后，再安裝水霧發(fā)生器。如果溢流脫水阻火器安裝后，連接自動放散裝置，利用防爆閘閥門，自動控制放散，對壓力擾動進行調(diào)整。如果每臺瓦斯發(fā)電機組能夠配置一組重力脫水和旋風(fēng)裝置。待脫水之后，通過瓦斯專用阻火器、手動碟閥門，實現(xiàn)發(fā)電機組發(fā)電。

其次，燃氣發(fā)動機工作原理。對于瓦斯氣體，進入到發(fā)電機組內(nèi)燃機氣缸內(nèi)，通過吸氣與壓縮、做功與排氣過程，推動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，發(fā)動機完成一個循環(huán)，活塞運動兩次，主軸和發(fā)電機連接，旋轉(zhuǎn)兩圈之后產(chǎn)生電能，實現(xiàn)化學(xué)能量轉(zhuǎn)換成機械能量，再實現(xiàn)機械動能轉(zhuǎn)換成電能過程。對于燃氣發(fā)動機，可循環(huán)運動產(chǎn)生熱量，通過機油潤滑、冷卻。對于機組自帶換熱器，可實現(xiàn)冷卻水循環(huán)換熱。

三.煤礦瓦斯的進氣系統(tǒng)工藝流程改造

進氣系統(tǒng)是煤礦瓦斯發(fā)電站的重要組成部分，針對瓦斯水霧輸送系統(tǒng)，處于試運行期間，就暴露諸多問題。因此，對該技術(shù)進行改造，可達到預(yù)期效果。

首先，調(diào)整低溫放散閥門位置，在防爆碟閥門前安裝，避免發(fā)電機故障跳閘之后，將防爆碟閥門自動關(guān)閉，導(dǎo)致運行人員無法及時打開抽放站，將瓦斯氣體排空，引起抽放泵憋氣故障。瓦斯抽采泵房、輸氣站加壓機房和低濃度瓦斯管道系統(tǒng)中所選用的電器設(shè)備、儀表均應(yīng)滿足礦用防爆要求。

其次，因瓦斯管道長期存在氣體混合物，收到長期腐蝕下，產(chǎn)生氧化鐵渣，堵塞阻火器，影響瓦斯流通，導(dǎo)致燃氣機組無法正常運行，不能滿負荷出力。同時，材質(zhì)、設(shè)計原理決定了拆卸清洗難和體積大。為了增加維修方便度，經(jīng)過分析和調(diào)研，改進了瓦斯管道。對于瓦斯管道，在專用阻火器前后位置，安裝波紋膨脹節(jié)，確保瓦斯起到的阻火器清洗方便。安全設(shè)施安設(shè)段管道應(yīng)選用鋼管，其他輸送管道可選用非金屬管；瓦斯輸送管應(yīng)采取防腐蝕、防漏氣、防砸壞、防靜電等措施。同時，在實踐時，更新了輸送管道材質(zhì)，選擇新型耐用磨損和防腐蝕材質(zhì)，取代鋼制管道，減少阻火器清洗次數(shù)，節(jié)約防腐處理成本，降低人工勞動強度。

第三，對于霧化泵的管道設(shè)計，選擇Y型過濾器，更換出口管過濾器，選擇C型細過濾器，采取雙重過濾器，對雜質(zhì)清理，防止雜質(zhì)堵塞水霧系統(tǒng)噴嘴器，確保瓦斯氣體能夠徹底霧化，確保輸送安全。

第四，對于每臺機組的重力脫水器和旋風(fēng)，在水排水過程中，均含有少量瓦斯。在主回水總管和排水管間隔，設(shè)置隔離球閥，避免脫水器在檢修過程中，霧化水池的殘留瓦斯，順著主回水管進行倒灌，導(dǎo)致瓦斯泄漏。

第五，針對瓦斯管道的末端設(shè)計，一般為小型自動放散閥門。如果瓦斯氣體發(fā)生壓力突變，系統(tǒng)會自動啟動放散閥門，將部分瓦斯排放，維持壓力處于小范圍波動狀態(tài)，降低系統(tǒng)擾動，解決瓦斯壓力突變的緊急停機問題。在現(xiàn)場施工時，盡可能縮短瓦斯泵房、溢流阻火器之間的距離，防止低濃度瓦斯產(chǎn)生非水霧化輸送問題。

四.循環(huán)水系統(tǒng)工藝流程的創(chuàng)新改造

對于冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，在水泵泵前，安裝Y型過濾器在吸水管內(nèi)，設(shè)置閘閥，將水池雜物清除干凈，保證冷卻水暢通。同時，必須控制好發(fā)電機缸溫度，提升泵效率。在水池安裝家屬網(wǎng)，避免秋季樹葉散落到池中，發(fā)生泵堵塞，引起故障。在清洗Y型過濾器時，將閘閥關(guān)閉，避免發(fā)生水池水泄漏。安裝吸水泵的出口管道時，需設(shè)置旋體式逆止閥，避免停泵重錘效應(yīng)，破壞葉輪。另外，為方便循環(huán)水泵的拆卸，安裝伸縮節(jié)于泵體兩頭。將循環(huán)水池標高調(diào)高，確保循環(huán)水泵體低于水位，讓冷卻水自動灌入到泵，省略啟動泵前的注水程序。

五.結(jié)束語

近些年來，我國瓦斯發(fā)電技術(shù)日益發(fā)展，瓦斯發(fā)電站數(shù)量逐漸增多，每年CO2排放量逐年減少，節(jié)能減排效果理想，社會效益明顯增加，基本實現(xiàn)了瓦斯氣體零排放。同時，對于瓦斯發(fā)電技術(shù)，我國技術(shù)人員還需加大研究力度，不斷創(chuàng)新、改造循環(huán)水系統(tǒng)和進氣系統(tǒng)，優(yōu)化工藝流程，提高瓦斯能源利用率，促進社會綠色、節(jié)能發(fā)展。

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