煤矿瓦斯发电站进气系统抑爆装置选用分析与应用

于泓

煤矿瓦斯发电站进气系统抑爆装置选用分析与应用

于泓

（贵州省煤矿设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550025）

通过对低浓度瓦斯发电站进气系统3种不同抑爆装置的原理进行分析，提出适合那罗寨煤矿三采区瓦斯发电站进气系统的抑爆装置，希望能为低浓度瓦斯发电站设计提供参考，提高瓦斯利用率和瓦斯利用效益，推动瓦斯治理工程顺利进行，降低煤矿瓦斯事故发生概率。

瓦斯发电；进气系统；瓦斯输送；抑爆装置

近些年，随着国家对节能减排工作的重视，贵州大部分煤矿与瓦斯矿井都对矿井抽采瓦斯进行了利用，由于受抽采规模、抽采浓度等因素的影响，大部分煤矿与瓦斯突出矿井瓦斯利用方式为利用矿井抽采瓦斯发电。

出于对投入风险的考虑，大多数煤矿低浓度瓦斯发电进气系统抑爆装置瓦斯输送系统抑爆装置考虑用细水雾混合输送抑爆装置。但细水雾混合输送抑爆装置是水与瓦斯混合输送，终端的水汽很难脱除干净，影响瓦斯发电效率和发电机组寿命，喷射进瓦斯管道中的水雾遇管壁冷凝成水，占用输送管道空间，影响瓦斯输送，且日常需要高压泵工作，运行费用较高。

1 瓦斯发电抑爆装置

矿井抽采瓦斯发电进气需要一定压力，一般使用瓦斯抽采泵加压实现，但正压输送瓦斯管路系统易发生泄漏，如果泄漏瓦斯遇到明火或其他可引燃热源，就会引爆瓦斯输送管路内的瓦斯，因此瓦斯发电正压输送段应考虑抑制管内瓦斯爆炸的装置。抑爆装置根据其抑爆原理不同有气水二相流输送抑爆装置、自动喷粉抑爆装置和细水雾输送抑爆装置。

气水二相流输送抑爆装置，首先使水流环绕输送管道的内壁连续流动，形成环形水流，低浓度瓦斯在环形水流中流动，完全处于环形水流所形成的环形水封之中，沿输送方向上每隔30～50 m，以柱状水团隔断气流，并形成端面水封，低浓度瓦斯在所述环形及端面水封中形成间歇性柱塞气流，实现低浓度瓦斯本质防爆型安全输送。

自动喷粉抑爆装置，其原理是通过对瓦斯管路内燃烧或爆炸信息的探测，自动喷出干粉灭火剂，将燃烧或爆炸传播过程中的火焰扑灭，抑制燃烧或爆炸火焰传播，其主要由火焰传感器、控制器等组成。

细水雾输送抑爆装置，其原理是将煤矿低浓度瓦斯和细水雾在输送管道内全过程连续混合输送，防止火源产生和抑制火焰传播。通过给安装在瓦斯输送管线上的水雾发生器供给高压水，让高压水水雾发生器出水孔变得细小后产生水雾，低浓度瓦斯通过水雾发生器后便也含有水雾。为了避免低浓度瓦斯中的水雾在输送过程中因距离过长凝结减少或者消失，在瓦斯输送管路上应最多每隔20 m设置1个水雾发生器。

2 瓦斯发电抑爆装置选择分析

通过上面的3种抑爆装置的介绍可以看出，各种抑爆装置各有利弊，具体如下。

细水雾混合输送抑爆装置属预防性安全措施，其优点是只要一套喷雾系统，整个系统较简单，现场使用较多。不足之处在于细水雾混合输送抑爆装置要向输送管路喷射水雾，水雾遇到管壁大量形成水和部分水因雾化作用形成蒸汽，形成的水占用瓦斯输送管路的有效利用面积，形成的蒸汽如果脱不干净，还影响瓦斯的利用效率；瓦斯输送管路如较长，系统雾化水循环利用不便；对水质要求较高，不然水雾发生器的口就会被堵塞。需要产生高压水，平时运行费用较高。

气水二相流输送抑爆装置属事故前处理，有环形和柱状两套系统，整个系统较复杂。如果输送管路较长，输送系统的水循环利用不便。需要产生环形和柱状水柱，平时运行费用较高。

煤矿低浓度自动喷粉抑爆装置系统属控制性安全措施，系统不需要水，不给输送的瓦斯增加水蒸气，平时几乎不产生运行费用。

低浓度瓦斯细水雾和气水二相流抑爆装置系统的原理虽然不同，但均需要有水参与系统运行，水汽脱不干净影响瓦斯发电效率和发电机组寿命，且运行过程中费用较高。低浓度瓦斯正压输送如不经过抑爆处理，虽然存在安全隐患，但如果管道不泄漏、管道泄漏点或管道内瓦斯气体没有点火源触发，管道内瓦斯也不会发生爆炸事故，且瓦斯输送管道装有阻火爆泄爆装置，如果正压管道内瓦斯发生爆炸，由于有阻火爆泄爆装置，爆炸也不会影响瓦斯抽采泵站和瓦斯发电机组，在现场出于运行费用考虑，而没有开启细水雾和气水二相流抑爆装置系统，这样反而提高了低浓度瓦斯发电输气系统爆炸事故发生的可能性。

煤矿低浓度自动喷粉抑爆装置系统虽属控制性安全措施，但其不给瓦斯输气系统增加水汽，平时运行产生费用少。因此，在瓦斯输气相对比较封闭、外界触发较少的情况下，建议使用。

3 瓦斯发电抑爆装置选择

那罗寨煤矿隶属于贵州水城矿业股份有限公司，2005-02—2008-04将三采区技改为60万吨/年。本项目瓦斯发电站在矿井瓦斯抽采站附近场地变电所一侧，此场地为矿井风井场地，场地内人员很少，场地周围已砌围墙，外部闲散人员不能进入，由于人为或其他原因，引爆管道的点火源较少，外界原因引爆输送管道瓦斯气的概率不大。因此，本项目瓦斯发电站进气抑爆系统推荐使用自动喷粉抑爆装置系统。

根据可用于发电瓦斯量、瓦斯浓度、矿井现有供电系统状况、瓦斯发电站场地、投资风险等因素，确定瓦斯发电站分前后期建设，一期装备1 000 kW（10 kV）瓦斯发电机组3台，二期增加1 000 kW（10 kV）瓦斯发电机组2台。输气主管选用529×7型焊接钢管，敷设2趟输送管路，一期敷设1趟，二期敷设1趟。每趟瓦斯输送管道装备1套自动喷粉抑爆装置系统。

4 结语

瓦斯发电是瓦斯利用的重要方式，瓦斯发电进气系统是瓦斯发电的重要组成部分。瓦斯发电进气选用合适经济的抑爆装置，可增加瓦斯利用工程效益，增加瓦斯利用的积极性，以瓦斯利用推动矿井瓦斯治理，推动安全矿井建设。瓦斯利用工程虽然是废物利用工程，但也应在保证安全的情况下，尽量选用经济的方式。这样不但可以节约资源，还可以提升企业的效率，这种设计理念可以为同类设计提供参考。

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TD712.6

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.17.068

2095－6835（2019）17－0146－02

于泓（1967—），女，本科，高级工程师，主要从事煤矿设计咨询工作。

〔编辑：王霞〕