浅析煤矿瓦斯发电技术和进气系统工艺流程改造

方劲松

摘要：目前，在生产化工和民用发电等领域，尤其是工业燃料，都利用了瓦斯。然而，在生产化工领域，瓦

一.概述

近些年我国煤矿瓦斯抽采量迅速上升，2005年23.5亿m3，2008年已达到52亿m3。然而，约80%的瓦斯是采用卸压抽和采空区抽瓦斯的方法获得，抽出瓦斯的浓度较低，55%以上的抽采瓦斯浓度低于30%。低浓度瓦斯接近燃烧爆炸浓度限，出于安全性考虑，现行规程规定：浓度低于30%的瓦斯不得利用。使得抽采瓦斯的利用率在逐年下降。不符合节能减排和循环经济的发展思路。

为保证能源充分利用，防止破坏环境，近些年来，我国不断加大瓦斯技术研究。瓦斯发电技术，是抽取煤矿井下瓦斯气体，将其输送至内燃机气缸，通过吸气与压缩、做功与排气过程，推动发电机旋转。近些年来，低浓度瓦斯发电项目成功之后，在某种程度上，优化了能源结构，通过促抽采，实现煤矿良性循环发展。

在2006年以前，我国煤矿瓦斯量丰富，每年能够抽取纯瓦斯量5000万立方左右，然而，只有450万立方浓度的高瓦斯输送到煤气公司，以供居民使用，其他低浓度瓦斯排放至大气，浪费了洁净资源，造成环境污染。

在2006年7月，我国焦作煤业集团加大研发力度，对瓦斯发电立项考察，在同年11月份，瓦斯发电工程进入动工和设备安装阶段。通过几年运行和发展，瓦斯发电技术积累了一定经验。然后，通过技术交流和异地调研，不断创新、改进技术流程不合理之处，获得较好效果。

因而，研究低浓度瓦斯抽采、输送、利用、排放环节的安全保障技术并形成系列标准能有效规范低浓度瓦斯抽采、排放、输送和发电利用各环节的安全行为，促进瓦斯抽采利用产业的迅速发展，提升中国节能减排的技术水平。

二.煤矿瓦斯水雾输送系统和发电技术

首先，瓦斯水雾输送系统。对于低浓度瓦斯，建立水雾输送系统，是通过水位自控阻火器和瓦斯管道，混合细水雾和瓦斯进行输送，将低浓度瓦斯输送到瓦斯发电机组，实现发电。系统进气技术：“抽放泵、水位自控阻火器、瓦斯管道阻火器、低温放散阀、防爆电动碟阀门、水雾输送系统、溢流水封阻火器、放散阀门、旋风重力脱水器、瓦斯发电机组”。在水雾输送系统中，将矿井瓦斯所抽放的瓦斯气体，输送至始端水位阻火器，利用雷达，对水面进行监控，实现自动放水、补水，确保水位不变，提升输送系统可靠性、安全性。利用水位自控阻火器，和瓦斯管道阻火器连接，实现阻火速每秒1220m，能够有效阻火，确保系统可靠性、安全性。对于瓦斯管道，设置专用阻火器之后，安装低温放散阀门。如果管道内瓦斯压力比设定值要大，放散阀门会自动打开。对于湿式放散阀门，安装防爆碟阀门后，再安装水雾发生器。如果溢流脱水阻火器安装后，连接自动放散装置，利用防爆闸阀门，自动控制放散，对压力扰动进行调整。如果每台瓦斯发电机组能够配置一组重力脱水和旋风装置。待脱水之后，通过瓦斯专用阻火器、手动碟阀门，实现发电机组发电。

其次，燃气发动机工作原理。对于瓦斯气体，进入到发电机组内燃机气缸内，通过吸气与压缩、做功与排气过程，推动发电机旋转，发动机完成一个循环，活塞运动两次，主轴和发电机连接，旋转两圈之后产生电能，实现化学能量转换成机械能量，再实现机械动能转换成电能过程。对于燃气发动机，可循环运动产生热量，通过机油润滑、冷却。对于机组自带换热器，可实现冷却水循环换热。

三.煤矿瓦斯的进气系统工艺流程改造

进气系统是煤矿瓦斯发电站的重要组成部分，针对瓦斯水雾输送系统，处于试运行期间，就暴露诸多问题。因此，对该技术进行改造，可达到预期效果。

首先，调整低温放散阀门位置，在防爆碟阀门前安装，避免发电机故障跳闸之后，将防爆碟阀门自动关闭，导致运行人员无法及时打开抽放站，将瓦斯气体排空，引起抽放泵憋气故障。瓦斯抽采泵房、输气站加压机房和低浓度瓦斯管道系统中所选用的电器设备、仪表均应满足矿用防爆要求。

其次，因瓦斯管道长期存在气体混合物，收到长期腐蚀下，产生氧化铁渣，堵塞阻火器，影响瓦斯流通，导致燃气机组无法正常运行，不能满负荷出力。同时，材质、设计原理决定了拆卸清洗难和体积大。为了增加维修方便度，经过分析和调研，改进了瓦斯管道。对于瓦斯管道，在专用阻火器前后位置，安装波纹膨胀节，确保瓦斯起到的阻火器清洗方便。安全设施安设段管道应选用钢管，其他输送管道可选用非金属管；瓦斯输送管应采取防腐蚀、防漏气、防砸坏、防静电等措施。同时，在实践时，更新了输送管道材质，选择新型耐用磨损和防腐蚀材质，取代钢制管道，减少阻火器清洗次数，节约防腐处理成本，降低人工劳动强度。

第三，对于雾化泵的管道设计，选择Y型过滤器，更换出口管过滤器，选择C型细过滤器，采取双重过滤器，对杂质清理，防止杂质堵塞水雾系统喷嘴器，确保瓦斯气体能够彻底雾化，确保输送安全。

第四，对于每台机组的重力脱水器和旋风，在水排水过程中，均含有少量瓦斯。在主回水总管和排水管间隔，设置隔离球阀，避免脱水器在检修过程中，雾化水池的残留瓦斯，顺着主回水管进行倒灌，导致瓦斯泄漏。

第五，针对瓦斯管道的末端设计，一般为小型自动放散阀门。如果瓦斯气体发生压力突变，系统会自动启动放散阀门，将部分瓦斯排放，维持压力处于小范围波动状态，降低系统扰动，解决瓦斯压力突变的紧急停机问题。在现场施工时，尽可能缩短瓦斯泵房、溢流阻火器之间的距离，防止低浓度瓦斯产生非水雾化输送问题。

四.循环水系统工艺流程的创新改造

对于冷却水循环系统，在水泵泵前，安装Y型过滤器在吸水管内，设置闸阀，将水池杂物清除干净，保证冷却水畅通。同时，必须控制好发电机缸温度，提升泵效率。在水池安装家属网，避免秋季树叶散落到池中，发生泵堵塞，引起故障。在清洗Y型过滤器时，将闸阀关闭，避免发生水池水泄漏。安装吸水泵的出口管道时，需设置旋体式逆止阀，避免停泵重锤效应，破坏叶轮。另外，为方便循环水泵的拆卸，安装伸缩节于泵体两头。将循环水池标高调高，确保循环水泵体低于水位，让冷却水自动灌入到泵，省略启动泵前的注水程序。

五.结束语

近些年来，我国瓦斯发电技术日益发展，瓦斯发电站数量逐渐增多，每年CO2排放量逐年减少，节能减排效果理想，社会效益明显增加，基本实现了瓦斯气体零排放。同时，对于瓦斯发电技术，我国技术人员还需加大研究力度，不断创新、改造循环水系统和进气系统，优化工艺流程，提高瓦斯能源利用率，促进社会绿色、节能发展。

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