低濃度瓦斯發電站安全保障措施研究

董紫亮

（汾西礦業集團新能源開發有限責任公司， 山西 介休 032000）

引言

瓦斯是一種新穎節能的一種發電能源，瓦斯的濃度在不超過30%的情況下稱為低濃度瓦斯，低濃度瓦斯發電技術主要應用在煤礦開采當中，并且與煤礦是相互共生的，當甲烷的濃度超過5%～16%的范圍后容易出現火災爆炸事故，所以為了保證煤礦的開采安全，利用了低濃度的瓦斯發電技術，降低了煤炭開采和運輸出現事故的機率。

1 中冷器和增壓器的作用

低濃度瓦斯發電與高濃度瓦斯發電不同，要想有效提高低濃度瓦斯發電的工作效率，將中冷器和增壓器兩個部件設置到低濃度發電機中。增壓器應用到低濃度瓦斯發電機中可以將排出的廢氣進行利用并加快渦輪的運轉速度，在快速運轉的過程中能夠帶動同軸的壓氣機對可燃混合氣體進行壓縮，使混合氣體產生一定的壓力并進入到氣缸，促使發動機增強充氣密度提高功率，保證瓦斯發電系統安全性。中冷器能將進入到瓦斯發電機的氣體通過冷卻裝置降低氣體的溫度，加強氣體的密度并保證發電安全，中冷器的主體由圓管串片和散熱器組成，利用風冷技術通過水泵降低瓦斯的溫度。低濃度瓦斯發電機裝置了安全防爆系統；在曲軸箱上設置上防爆門、進氣管中同樣安裝了防爆系統和導氣孔。曲軸箱在機器側面棺材蓋上設置防爆門，當出現意外情況導致曲軸箱內瓦斯氣體發生爆炸現象時，在劇烈的壓力下促使防爆門自動打開，發揮出自身的預壓作用避免損壞機器。在進氣管上防爆裝置系統是由防護罩、彈簧和閥桿這三個部件組成，當進氣管中出現揮霍現象時會導致進氣管內的壓力升高，自動打開閥門卸壓從而保護進氣管不受到破壞。呼吸器裝置能夠保證曲軸箱內產生的廢氣及時排出，從而保證了曲軸箱的安全性。

2 總成低濃度發電系統的原理

在煤礦的瓦斯抽放泵站利用大型的水環系統將井下的瓦斯抽取出來并經過安全運輸管道運輸到相應的發電阻。低密度的瓦斯需要經過絲網過濾器、干式阻火器、水封防爆器等一系列安全輸送系統。絲網過濾器能夠將瓦斯中的固體顆粒過濾出來，氣體的純度相應的提高。干式阻隔器的應用能夠保證依然物體的安全性，在阻火器裝有黃銅或者不銹鋼金屬網，當火焰進入到阻隔器中金屬網會發揮出導熱功能將分散的熱量吸收進來，促使溫度下降，從而將火焰熄滅發揮出阻火作用。水封防爆器是一項單向輸送系統的裝置，當管道出現爆炸現象時會防止出現火焰向上蔓延的現象。在瓦斯輸送的過程中經過細水霧系統灑出霧化水降低瓦斯的溫度，從而起到阻止火焰的作用。在低濃度瓦斯進入發動機前要經過氣水分離器，將瓦斯中的水分分離出來從而滿足發動機進氣的要求。發電機組系統利用的是往復式的燃氣裝置進行發電，發電機的容量可以達到625 kVA，并且可以轉化成r/min，從而輸出400 V 的電壓。PLC 控制系統是由溫度傳感器、壓力傳感器等相關設備組成。當超過預設的溫度、轉數和壓時PLC 會對相應的設備發出停止運行信號。余熱溫度可以進行回收利用，發電機在運行的過程中排出的煙霧溫度可達到600 ℃，利用余熱回收系統回收煙氣進行冬季供暖。

3 各個系統的應用原理

3.1 水位自控式水封阻火器、絲網過濾器、瓦斯管道專用阻隔器

水位自動式水封阻火器的應用原理是火焰在進入到水汽混合層時會與水充分接觸，同時水分將火焰燃燒的能力充分吸收和蒸發，從而產生化學反應自由基減少并消除，水在火焰的作用下會瞬間蒸發，會使瓦斯氣體當中的甲烷濃度降低，產生熄火作用。水位自控式水封阻隔器采用了雷達液位計檢測裝置和計算機自動控制系統，如果水位下降到規定的范圍后會自動的補水；如果出現水位升高現象也會自動的放流，從而保證了水位的恒定并保證了阻隔器的可靠性。這種設備一般在瓦斯抽放泵想瓦斯發電管輸送過程中。絲網過濾器主要裝置在水位自動式水封阻火器的后邊。絲網過濾器應用到瓦斯發電系統中，目的是為了保證瓦斯氣體的純度在瓦斯氣體運輸的過程中過濾出其中的雜質和氣體，避免出現堵塞瓦斯運輸管道的現象，使各種部件的使用周期加長。不銹鋼絲絨是絲網過濾器裝置主要使用的材質，采用了攔截技術保證了瓦斯氣體的純度。瓦斯管道專用阻隔器主要裝置在絲網過濾器之后。這項技術的工作原理主要用在了狹窄通道中起到熄火作用?；鹧嬖讵M縫中出現熄火的原因，是因為各種外界因素產生化學現象，從而出現放熱和散熱的不合理因素，導致出現熄火現象?；鹧孢M入到瓦斯管道中火焰的表面狹縫冷壁處靠近，與其中的自由原子產生化學反應釋放出能量，當火焰面和冷壁邊界達到一定的距離后，滅火層的厚度會隨著火焰的運動面的增大而增大，在自由基進入到滅火層后會產生復合分子并釋放出一定的能量，并逐漸減少，從而熄滅火焰。

3.2 低溫濕式放散閥、細水霧混合輸送系統

低溫濕式放散閥一般情況下設置在阻隔器的輸送管道上。當系統工作的過程中氣量突然性減少時，要想保證煤礦水循環真空泵運行的安全性和瓦斯輸送系統工作在規定的界限內，就需要將低溫濕式放散閥設置到輸送系統的輸氣管道上。當輸送內管道出現壓力增大的情況時，瓦斯就會隨著水溢出排空，通過改變放散閥內的水量或者水面高度來調整和設定放散壓力。液位變送器能夠發揮出計算機的遠程控制技術。瓦斯隨著水流放三道空氣中。所以低溫濕式放散閥的作用就是阻隔外部可能產生的火源和系統內瓦斯接觸，從而保證放散的安全性。

最后一個關鍵性的安全設施，一般情況下在主管道阻隔器和低溫濕式放散閥旁邊的接口上需要設置瓦斯細水霧混合輸送系統。瓦斯輸送管道上需要每個大約15 cm 的距離安裝一個水霧發生器。瓦斯發電站內需要安裝一個霧化水池安裝區，并且在其中設置上多個等級的離心泵，從而產生高壓水輸送到瓦斯管線上的水霧發生器上，之后利用水霧發生器將水霧噴射到瓦斯管道內。由于瓦斯管道內的瓦斯含有大量的水霧從而防止出現火焰現象，并有效阻隔火焰，從而加強了瓦斯輸送的安全性。

3.3 環境安全系統監控裝置的應用

在瓦斯發電的主管和支管上裝有環境檢測系統，主要用于監測主管和只管的輸送情況，從而可以準確及時地發現輸送過程是否存在異常情況。環境監測系統利用數據的傳送并連接到信號控制平臺，當前主要由相關的管理員操作控制平臺，可以全面、及時地監控安全系統的運行?？刂破脚_信號連接包括電源模塊和分析對比模塊以及緊急控制模塊，主要將監測出來的數據進行對比，將監測反饋回來的數值和平臺設定的數據進行比較，從而判定其中是否存在異常情況。在主管和支管上分別設置對應的控制伐。控制平臺在環境監測的過程中如果發現異常情況，主管和支管上的控制閥可以快速切斷主管和支管，從而保證了瓦斯輸送的安全性。環境監測模塊的測量范圍有瓦斯的溫度、流量和濃度，通過安全控制平臺和傳送線的連接監測到瓦斯輸送過程中產生的溫度，從而能夠對主管和支管上的溫度進行實時監測，及時發現其中出現的異常。安全監控系統是由專門的安全管理人員進行掌控，能夠及時掌握和控制整體安全系統的情況。安全控制平臺主要包括電源、分析對比和緊急控制三個模塊。平臺的電源主要是由電源模塊進行控制，主要應用于環境監測，并對傳送過程中產生的溫度、流量和濃度數據與原本設定的數據進行分析和對比，如果發現異常情況將進行阻斷，從而加強了低濃度瓦斯燃燒過程中安全性。通過用三組實驗對未使用的瓦斯燃燒安全系統裝置進行實驗和對比。在第一組實驗中用濃度在6.5%～7.1%范圍內的低濃度瓦斯，其流量波動大致在2400～2600 m3/h 范圍內；在第二組應用了濃度為5.6%～6.5%的低濃度瓦斯，產生的流量波動在2300～2500 m3/h 范圍內；對于第三組實驗采用了濃度在4.3%～5.4%范圍內的低濃度瓦斯，產生的流量波動在2200～2600 m3/h 范圍內，通過對幾組流量波動數據分析，未裝置安全系統的情況下濃度越低的產生的流量波動越大，出現的機會越多越容易導致低濃度瓦斯脈動燃燒出現回火的現象。如果裝置了安全系統，就會避免低濃度瓦斯脈動燃燒過程中出現回火現象。低濃度瓦斯脈動燃燒系統可以對近期波動進行實時監測，從而保證了低濃度瓦斯脈動燃燒裝置系統的安全性和穩定性[1-3]。

4 結語

通過以上內容分析，對低濃度瓦斯發電系統中的各種應用技術和安全監控系統的安全風險控制能力進行了改進，從而提高了低濃度瓦斯發電廠的安全性和穩定性。