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煤炭工程2 0 0 8 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1 1 0 0 1 5 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T M 6 1文献标识码B文章编号1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 0 8 0 9 瑚1 4 旬3 低浓度瓦斯发电是指利用瓦斯中甲烷含量在2 5 ％以下 的低浓度瓦斯进行发电。我国大约有6 0 ％以上的煤矿瓦斯 是甲烷含量在2 5 ％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 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 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。 l 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， 另一路贮存作为他用或直接排空。对于输送到瓦斯发电厂 的瓦斯气体，为了使得瓦斯发电机组能够正常工作，必须 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 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 工作原理及工作情况如下 1 ．1 水位自控式水封阻火器 1 4 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 间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 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。 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 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壁边界，从而当 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。 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 收稿日期2 0 0 8 一0 4 2 8 作者简介谢晓东 1 9 5 5 一 ，男，高级工程师，1 9 8 0 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。 万方数据 2 0 0 8 年第9 期煤炭工程 _ 嶷输送系统嚣输气主管道上设置低滋漫式敖散阕。受簸送 管道内压力增高时，瓦斯便通过水漱出排空。放散愿力可 通过改变放散阀内的水量或水面来调整和设定。通过液位 变送器可实现计算机的远程控制。瓦斯的排空是通过水放 敖龚大气中酶，嚣怼，低瀑漫式放教阕麓够将黔都毒能产 生的火源与系统内瓦斯隔离，从而实现安全放散。该设施 一般安袋在瓦斯管道专用阻火器之后的输送管道旁路上。 蚕l 低浓凌嚣耘发电厂王慧流程 1 ．5 瓦斯与细水雾混合输送系统 在瓦斯输送管道上每隔一定距离 约1 5 m 左右 设鬣一 个求雾发生器。发魄站内需设置一个雾纯水池安装区，在 安装区蠹安装多缀离心泵，隽瓦囊输送管线上的水雾发生 器供给高压水，再通过水雾发生器向瓦斯管道内喷射水雾。 既斯输送管道内的瓦斯通过水雾发生器后含有水雾，因而 避免了火焰的产生 避免了静电或其他因素产生的火焰 ， 劳越翔阻火懿作用，保证了瓦斯输送过程孛的安全憋。该 设施安装在瓦斯输送主干遂瓦斯管道专用阻灾器纛低澡湿 式放散阀旁路接口志后。 机组是瓦斯发电站的核心，是将瓦斯气体转变为电能、热 能的关键设备其单机全套装置主要包括燃气发动机、发 电枧、空气过滤嚣、排气瀵音器、视组麓渤系统、燃气调 压装嚣、梳缱系统同步拣铡羼等。褒在国肉生产静低浓度 瓦斯发电机组单机容量藏圈已达1 0 0 一2 5 0 0 k w ，且工作性 能可靠，基本可以满足需溪。现在常用的矿坑口低浓度瓦 斯单机襻量为5 0 0 k w 发电机组工艺布置 见圈2 。 瓦簸发电税组一般必额定电疆删V ，额定频率 5 0 珏z ，最大输击毫滚9 0 0 A 左右。所发电经升筮变压器葑醒 后可直接为矿区提供生产电力，也可并入电网。 2 低浓度瓦斯发电机组 3 余热处理设施 嚣薪通过燃料输送系统送至羝浓度嚣囊发毫撬组。撼 浓旋瓦斯发电视对燃辩的基本要求怒我靳浓度在6 ％一2 5 ％ 之间 瓦斯浓度大于3 0 ％属高浓度瓦斯，一般需采用燃气 轮机 ，燃料输送愿力不低于3 k P a 。可单台机组或多台机 组并机、并网运行，机组运行采用计算机控制。瓦斯发电 据绕诗，在燃气撬缀发邀静过程中，燃料鳇能量只有 约3 5 ％被发电视缱转纯势泡能，舅有约3 0 ％随废气排毒， 2 5 ％被发动机冷却水带走，通过机身散发等其它损失约占 1 0 ％左霸。即有相当于燃气发动机所用燃料近5 5 ％的能量 以余热的形式随废气和冷却水排出。余热处理设施就是在 重5 万方数据 煤炭工程2 0 0 8 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4 5 0 0 0 3 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商 存在的不合理、缺失等阀题，秉承“安全第一、预防为主”酶方赞和原裂，通过采取相应戆对 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 中圈分类号T D 7 4 5 ．2文献标识码B文章编号1 6 7 l 一0 9 5 9 2 0 0 8 0 9 伽1 6 旬2 淫南郑煤集霾公霉裴海煤矿井誉位于薪密复惫耧辘都， 为区域地下永的迳流区，矿床主要直接充水含水屡为k ， 灰岩，主要补给水源为0 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k 。灰岩 水，使得该鼷农对矿并生产橇不成严重的威胁。嶷灰水是 矿并兖承的主瑟威赫，二；煤鼷一3 ∞m 浚上底薇承受的永 压4 ．O l 一4 ．0 9 M P a ，突水系数0 ．0 7 3 一O ．0 7 4 Mp _ ∥m 。由于 L 7 一。灰溶裂隙发育不均匀，其寓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， 造成太滠群上段k 。灰岩含水鼷％下段灰岩含永鼷、奥晦 系灰岩含承鼷水力联系密留，矿并突承危险悭较大。如 2 0 0 5 年1 1 月～2 0 0 6 年8 月期间，一3 0 0 m 水平以上三二采 区的3 2 0 5 l 综采工作面曾发生4 次底板突水，水源为太原 群灰岩水和奥陶系灰岩水的混合水，涌水璧最高达 1 5 ∞m 3 ／h ，工佟嚣被遣终产进行底扳注浆堵水。 裴沟煤矿现主要生产采区为扬河并田一3 ∞m 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 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农突水淹井危险，教在三一 采送设萋了防承设施，预防东鬓突承造成淹并事赦。 1 三一采区布置及防水设施设计存在的问题 1 ．I 三一采区布隘 采取单翼上出开叛方式，布置轨道、胶带、回风三条 上蠢，在其浚部薪建一专耀嚣晟著 瓣三一采透霞鬣笄 ， 一3 0 0 m 水平深部副井并底车场通过一3 0 0 m 东翼轨道大巷 与采区下部车场相连，三二采区运输下山通过一1 8 0 m 胶带 运输大巷与采区运输上山相连，设计将大巷均布置在k ．。 灰装中。预测三一栗嚣正常涌水量7 3 0 菇／h ，最大溪承基 1 5 ∞矗／h ，三二采酝全部涌承、三一蘩嚣大部分淫永盘深 部副井底主排水泵房担负。鉴于三二采区的3 2 0 5 1 工作丽 已经发生了底板突水，而一3 0 0 m 水平东翼轨道大巷又需穿 过突水危险区，故设计在一3 0 0 m 水平客翼轨道大巷设置了 防水设麓 郄防瘩隧门峒室 ，预防客翼突本造成淹势。原 三一、三二采区牙拓平露圈觅蚕l 。 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。内于 三一采区煤层赋存条件好，二，煤层厚度3 。8 4 m 一1 4 ．6 l m ， 峙属k 乒≮芦k 、尹蟛膊吨乎、∥电掣密护母禽峥膊毽序≮乎沁乱掣嚣母扁龟厣吣，熊唧席k 庐k 、，酶泸哮膊毡～电掣嚣毡一蕃妒泸学带毽币、∥氨学虑姆声妒峰席姆霹b 声‰叠蟛虑峙蓐龟芦毡觏 ，昂 燃气机组发电的同时，以机组排如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 系统输送到需瑟热源的用户。例如，单台5 ∞l 【w 嚣骺发电 橇缝发毫产生的余燕经锌形管余热圄浚装置转换焉，换热 面积可达6 0 m 2 ，可供5 0 0 0 m 2 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。 4 缝语 随着入们对煤矿瓦斯综合剃用研究的不断深入，特别 1 6 是幽予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2 5 ％以下的低浓度瓦斯 的实际应用变得切实可行。本文就是籍重从利用瓦斯含量 在2 5 ％以下的低浓发瓦斯的发电人手，详细地论述了煤矿 坑疆低浓度瓦蓊发栽漆 厂 薛建厂鬟求、工雩 原瑾、设备 选定、余热处理、工艺设计等具体瘟用问题。以期为低浓 度鬣斯的进一步利用特别是煤矿坑口的低浓度瓦斯发电厂 的建设起到一定借鉴和推动作用。 责任鳊辑赵终芯 收稿日期2 0 0 8 0 4 1 7 { 乍者篱分赵玉辉 1 9 7 0 一 ，男，河南辉县入，高级工程烬、窝缀注册咨诲烬，现在涎南煤矿安全装察局监察从事煤 矿安全监察执浚王作。 万方数据
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