低浓度瓦斯发电站安全保障措施研究

董紫亮

（汾西矿业集团新能源开发有限责任公司， 山西 介休 032000）

引言

瓦斯是一种新颖节能的一种发电能源，瓦斯的浓度在不超过30%的情况下称为低浓度瓦斯，低浓度瓦斯发电技术主要应用在煤矿开采当中，并且与煤矿是相互共生的，当甲烷的浓度超过5%～16%的范围后容易出现火灾爆炸事故，所以为了保证煤矿的开采安全，利用了低浓度的瓦斯发电技术，降低了煤炭开采和运输出现事故的机率。

1 中冷器和增压器的作用

低浓度瓦斯发电与高浓度瓦斯发电不同，要想有效提高低浓度瓦斯发电的工作效率，将中冷器和增压器两个部件设置到低浓度发电机中。增压器应用到低浓度瓦斯发电机中可以将排出的废气进行利用并加快涡轮的运转速度，在快速运转的过程中能够带动同轴的压气机对可燃混合气体进行压缩，使混合气体产生一定的压力并进入到气缸，促使发动机增强充气密度提高功率，保证瓦斯发电系统安全性。中冷器能将进入到瓦斯发电机的气体通过冷却装置降低气体的温度，加强气体的密度并保证发电安全，中冷器的主体由圆管串片和散热器组成，利用风冷技术通过水泵降低瓦斯的温度。低浓度瓦斯发电机装置了安全防爆系统；在曲轴箱上设置上防爆门、进气管中同样安装了防爆系统和导气孔。曲轴箱在机器侧面棺材盖上设置防爆门，当出现意外情况导致曲轴箱内瓦斯气体发生爆炸现象时，在剧烈的压力下促使防爆门自动打开，发挥出自身的预压作用避免损坏机器。在进气管上防爆装置系统是由防护罩、弹簧和阀杆这三个部件组成，当进气管中出现挥霍现象时会导致进气管内的压力升高，自动打开阀门卸压从而保护进气管不受到破坏。呼吸器装置能够保证曲轴箱内产生的废气及时排出，从而保证了曲轴箱的安全性。

2 总成低浓度发电系统的原理

在煤矿的瓦斯抽放泵站利用大型的水环系统将井下的瓦斯抽取出来并经过安全运输管道运输到相应的发电阻。低密度的瓦斯需要经过丝网过滤器、干式阻火器、水封防爆器等一系列安全输送系统。丝网过滤器能够将瓦斯中的固体颗粒过滤出来，气体的纯度相应的提高。干式阻隔器的应用能够保证依然物体的安全性，在阻火器装有黄铜或者不锈钢金属网，当火焰进入到阻隔器中金属网会发挥出导热功能将分散的热量吸收进来，促使温度下降，从而将火焰熄灭发挥出阻火作用。水封防爆器是一项单向输送系统的装置，当管道出现爆炸现象时会防止出现火焰向上蔓延的现象。在瓦斯输送的过程中经过细水雾系统洒出雾化水降低瓦斯的温度，从而起到阻止火焰的作用。在低浓度瓦斯进入发动机前要经过气水分离器，将瓦斯中的水分分离出来从而满足发动机进气的要求。发电机组系统利用的是往复式的燃气装置进行发电，发电机的容量可以达到625 kVA，并且可以转化成r/min，从而输出400 V 的电压。PLC 控制系统是由温度传感器、压力传感器等相关设备组成。当超过预设的温度、转数和压时PLC 会对相应的设备发出停止运行信号。余热温度可以进行回收利用，发电机在运行的过程中排出的烟雾温度可达到600 ℃，利用余热回收系统回收烟气进行冬季供暖。

3 各个系统的应用原理

3.1 水位自控式水封阻火器、丝网过滤器、瓦斯管道专用阻隔器

水位自动式水封阻火器的应用原理是火焰在进入到水汽混合层时会与水充分接触，同时水分将火焰燃烧的能力充分吸收和蒸发，从而产生化学反应自由基减少并消除，水在火焰的作用下会瞬间蒸发，会使瓦斯气体当中的甲烷浓度降低，产生熄火作用。水位自控式水封阻隔器采用了雷达液位计检测装置和计算机自动控制系统，如果水位下降到规定的范围后会自动的补水；如果出现水位升高现象也会自动的放流，从而保证了水位的恒定并保证了阻隔器的可靠性。这种设备一般在瓦斯抽放泵想瓦斯发电管输送过程中。丝网过滤器主要装置在水位自动式水封阻火器的后边。丝网过滤器应用到瓦斯发电系统中，目的是为了保证瓦斯气体的纯度在瓦斯气体运输的过程中过滤出其中的杂质和气体，避免出现堵塞瓦斯运输管道的现象，使各种部件的使用周期加长。不锈钢丝绒是丝网过滤器装置主要使用的材质，采用了拦截技术保证了瓦斯气体的纯度。瓦斯管道专用阻隔器主要装置在丝网过滤器之后。这项技术的工作原理主要用在了狭窄通道中起到熄火作用。火焰在狭缝中出现熄火的原因，是因为各种外界因素产生化学现象，从而出现放热和散热的不合理因素，导致出现熄火现象。火焰进入到瓦斯管道中火焰的表面狭缝冷壁处靠近，与其中的自由原子产生化学反应释放出能量，当火焰面和冷壁边界达到一定的距离后，灭火层的厚度会随着火焰的运动面的增大而增大，在自由基进入到灭火层后会产生复合分子并释放出一定的能量，并逐渐减少，从而熄灭火焰。

3.2 低温湿式放散阀、细水雾混合输送系统

低温湿式放散阀一般情况下设置在阻隔器的输送管道上。当系统工作的过程中气量突然性减少时，要想保证煤矿水循环真空泵运行的安全性和瓦斯输送系统工作在规定的界限内，就需要将低温湿式放散阀设置到输送系统的输气管道上。当输送内管道出现压力增大的情况时，瓦斯就会随着水溢出排空，通过改变放散阀内的水量或者水面高度来调整和设定放散压力。液位变送器能够发挥出计算机的远程控制技术。瓦斯随着水流放三道空气中。所以低温湿式放散阀的作用就是阻隔外部可能产生的火源和系统内瓦斯接触，从而保证放散的安全性。

最后一个关键性的安全设施，一般情况下在主管道阻隔器和低温湿式放散阀旁边的接口上需要设置瓦斯细水雾混合输送系统。瓦斯输送管道上需要每个大约15 cm 的距离安装一个水雾发生器。瓦斯发电站内需要安装一个雾化水池安装区，并且在其中设置上多个等级的离心泵，从而产生高压水输送到瓦斯管线上的水雾发生器上，之后利用水雾发生器将水雾喷射到瓦斯管道内。由于瓦斯管道内的瓦斯含有大量的水雾从而防止出现火焰现象，并有效阻隔火焰，从而加强了瓦斯输送的安全性。

3.3 环境安全系统监控装置的应用

在瓦斯发电的主管和支管上装有环境检测系统，主要用于监测主管和只管的输送情况，从而可以准确及时地发现输送过程是否存在异常情况。环境监测系统利用数据的传送并连接到信号控制平台，当前主要由相关的管理员操作控制平台，可以全面、及时地监控安全系统的运行。控制平台信号连接包括电源模块和分析对比模块以及紧急控制模块，主要将监测出来的数据进行对比，将监测反馈回来的数值和平台设定的数据进行比较，从而判定其中是否存在异常情况。在主管和支管上分别设置对应的控制伐。控制平台在环境监测的过程中如果发现异常情况，主管和支管上的控制阀可以快速切断主管和支管，从而保证了瓦斯输送的安全性。环境监测模块的测量范围有瓦斯的温度、流量和浓度，通过安全控制平台和传送线的连接监测到瓦斯输送过程中产生的温度，从而能够对主管和支管上的温度进行实时监测，及时发现其中出现的异常。安全监控系统是由专门的安全管理人员进行掌控，能够及时掌握和控制整体安全系统的情况。安全控制平台主要包括电源、分析对比和紧急控制三个模块。平台的电源主要是由电源模块进行控制，主要应用于环境监测，并对传送过程中产生的温度、流量和浓度数据与原本设定的数据进行分析和对比，如果发现异常情况将进行阻断，从而加强了低浓度瓦斯燃烧过程中安全性。通过用三组实验对未使用的瓦斯燃烧安全系统装置进行实验和对比。在第一组实验中用浓度在6.5%～7.1%范围内的低浓度瓦斯，其流量波动大致在2400～2600 m3/h 范围内；在第二组应用了浓度为5.6%～6.5%的低浓度瓦斯，产生的流量波动在2300～2500 m3/h 范围内；对于第三组实验采用了浓度在4.3%～5.4%范围内的低浓度瓦斯，产生的流量波动在2200～2600 m3/h 范围内，通过对几组流量波动数据分析，未装置安全系统的情况下浓度越低的产生的流量波动越大，出现的机会越多越容易导致低浓度瓦斯脉动燃烧出现回火的现象。如果装置了安全系统，就会避免低浓度瓦斯脉动燃烧过程中出现回火现象。低浓度瓦斯脉动燃烧系统可以对近期波动进行实时监测，从而保证了低浓度瓦斯脉动燃烧装置系统的安全性和稳定性[1-3]。

4 结语

通过以上内容分析，对低浓度瓦斯发电系统中的各种应用技术和安全监控系统的安全风险控制能力进行了改进，从而提高了低浓度瓦斯发电厂的安全性和稳定性。