三峡大学 湖北省宜昌市 443002
摘要：低浓度瓦斯发电技术能够将低浓度瓦斯蕴含的化学能能转换为电能，不仅能够促进煤炭企业经济效益的提升，还能确保煤矿企业的安全生产，对环境保护也具有十分重要的意义。本文对低浓度瓦斯发电安全输送及电站安全技术进行研究，确保低浓度瓦斯发电过程的安全运行。
关键字：低浓度瓦斯发电；安全输送；安全措施
1.低浓度瓦斯发电站系统组成
典型的低浓度瓦斯发电站由如下系统组成：瓦斯抽采系统、安全输送系统、发电机组系统、控制系统、并网系统以及余热利用系统。
1.1瓦斯抽采系统
煤矿设有专用的瓦斯抽放泵站，使用大型水环真空泵将井下工作面的瓦斯抽采出后经过安全性强的输送管道输送至发电机组。
1.2安全输送系统
在低浓度瓦斯输送过程中，增设了丝网过滤器、干式阻火器、水封防爆器、安全输送装置（一般为细水雾安全输送系统）以及终端的气水分离器。丝网过滤器内部由丝网构成，可以过滤瓦斯气体中固体颗粒，提高进气纯度。干式阻火器是用来阻止易燃气体的火焰蔓延的安全装置，其原理是阻火器内装满了黄铜或不锈钢的金属网，当火焰进入阻火器时，金属网导热系数高，吸收分散热量，使温度降低，熄灭火焰起到阻火作用。水封防爆器是单向输气装置，当管道发生爆炸时，阻止火焰向上游蔓延。细水雾系统将雾化水洒向输送的瓦斯，给瓦斯进行降温，达到阻止火焰的效果。气水分离器是在低浓度瓦斯进入发动机前，将燃气中的水分分离出去，以便其达到发动机的进气要求。
1.3发电机组系统
瓦斯发电机组是将的形式一般有蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机等。燃气内燃机发电机组设备集成度高，安装便捷，建设周期短，对燃气供应压力的要求较低，对燃气浓度适应的范围较宽。因此，燃气内燃发电机组是目前低浓度瓦斯发电的主流装机形式。低浓度瓦斯进入燃气内燃发电机组的气缸后，经火花塞点火爆炸氧化，产生动力驱动发电机曲轴旋转，曲轴将动力传给交流发电机，转换成电能输出。
1.4控制系统PLC
控制系统由温度传感器、压力传感器、转数传感器、电子设备、调速设备、停机设备及燃料供给设备组成。若燃烧室温度、转数及压力超过预设值时，PLC会发出指令停止相应设备。
1.5并网供电系统
发电机组经控制柜、断路器柜、升压变压器升到高电压等级，经高压开关柜，用自动准同期方式并网。
1.6余热利用系统
发电机组排烟温度高达600度，可以配套烟气余热利用系统，进行余热发电或者进行冬季供暖。
2.低浓度瓦斯的安全输送技术
瓦斯爆炸范围在理论上是5%-16%，但实际情况会受到很多外在因素的影响，导致爆炸范围不仅在该范围内，要大很多，例如，工程上不允许浓度小于30%的瓦斯气体直接输送，要配备安全防爆技术设备，解决该问题的技术手段不是很多，目前应用较成熟的两项技术是瓦斯细水雾输送技术和气水二相流输送技术。
2.1瓦斯细水雾输送技术
细水雾的组成成分是平均直径低于400nm且雾滴体积大于50%的雾滴，由于其组成成分的直径较小，使细水雾雾滴的表面积及密度都很大，当温度上升时，会迅速汽化，吸收大量热量，体积迅速膨胀到1700倍以上，导致该空间里的空气密度大大降低，从而起到了隔绝热辐射、降温冷却及隔氧窒息的作用，这样有利于减少管道输送过程中引起的静电，避免由自然或者人为因素引起的安全隐患，增强安全性。该技术是低浓度瓦斯通过水雾发生器等装置，在管道中与细水雾混合均匀后再进行输送。其优点包括：该技术能有效迅速避免管道内发生火灾且有效阻止火焰的外部扩散。瓦斯细水雾输送技术已有了大范围的应用。
2.2气水二相流输送技术
气水二相流输送技术主要应用是输送正压管网，目前只应用在贵州部分煤矿及安徽淮南矿区。该技术分两个方向应用，首先水平方向，该技术的使用是通过环流设备确保水流沿着管道的内壁流动，进而形成环面水封，瓦斯气体流动于管道腔体内，确保瓦斯气体在环形水流的包裹下顺延管道内壁向前流动；其次垂直方向上，该技术应用柱流设备顺着气体流动方向每间隔30-50m会不间断形成水团，造成端面水封，进而有效分割管道内快速流动的瓦斯气体。
该技术使低浓度气流与端面之间产生不连续的柱塞气流，在输送过程中产生稳固的气水两相流，这样有利于消除安全隐患，避免爆炸及燃烧，可以保证低浓度瓦斯气体的安全运输。
3.低浓度瓦斯电站安全保障措施和方法
3.1在瓦斯区域采取相应的防爆措施
一般分为工艺防爆、建筑防爆、电气防爆、环境防爆四类。
工艺防爆：一是瓦斯入口管道上装有在线甲烷浓度监测仪，浓度低至一定程度时停止预处理压缩机运行；二是瓦斯管道适当位置装有阻火器、高于周围建筑物2米的放散管；三是为防止排出尾气含有未燃尽甲烷，在烟道内装设有防爆装置。
建筑防爆：电站建筑按甲类防爆场所设计，厂房装有排风装置和防火隔离。
电气防爆：所有瓦斯管道有防静电接地，区域内电气设备全部选用防爆产品。
环境防爆：防止火源，制定瓦斯场所“五条禁令”并严格执行。
3.2建立健全了瓦斯场所安全管理制度，并严格落实执行
实行“瓦斯监测监控、岗位人员巡检、车间定期查漏”三结合。
瓦斯监测监控，即燃机厂房、预处理厂房分别在屋顶装有瓦斯气体探测器，以监测现场的瓦斯浓度并实时传送至控制室。
岗位人员巡检，指生产岗位运行人员持便携式瓦检仪，定时对现场进行巡检，检测有无泄漏。
车间定期查漏，是每周由生产车间技术人员、生产及安全职能室专业人员，持光干涉式瓦检仪共同对所有瓦斯区域进行泄漏检测，一旦发现瓦斯浓度超标，立即停止设备运行。另外，还定期对地埋瓦斯管道和瓦斯场所电缆沟封堵情况进行检查，定期对瓦斯监测监控系统可靠性进行试验。其次，强化瓦斯场所出入与作业的安全管理。在严格落实“五条禁令”的基础上，现场作业严格执行“两票三制”，涉及到焊接、切割等动火作业，必须认真执行动火工作票制度。如有重大运行或检修作业，按规定执行公司及子分公司两级领导现场带班、跟班制度。
3.2加强夏季及冬季燃机运行的安全管理
进入夏季，随着气温升高，燃机出力受限，电气设备、开关、刀闸触头容易出现发热现象，对安全生产构成威胁。要求认真落实电力“六防”工作措施，严密监视各运行参数，加强厂房通风和设备降温，对运转设备和电气设备、开关、刀闸触头加强监测，发现异常及时处理；要求各单位加强燃机散热系统维护，确保安全可靠。冬季天气干冷，需要及时调兑燃机机组冷却液的冰点，以防机组停运时发生冷却液冰冻现象，影响机组安全运行；同时加强站区周围杂草、易燃物清理，消除火灾隐患。
3.4加强内部安全信息沟通共享，超前预控安全生产风险
注重隐患排查治理工作，按照“部室重系统、车间重现场、员工重岗位”职责，开展全员、全方位、全过程隐患排查治理，对瓦斯管路、电力线路、汽水系统等，按照日常排查和定期排查相结合原则，从管理体系、工艺环节、设施设备、人员操作等各方面排查安全隐患或管理缺陷，评价系统的可靠性。按照职业健康安全管理体系要求，每年组织所属单位对工作场所、作业过程中存在的危险源，进行动态危害辨识和评价，与班前会活动开展有机结合，实现对安全生产风险的有效预控。加强应急管理，不断提高各级人员的应急处置能力。根据国家《企业安全生产应急管理九条规定》，健全应急管理机构和工作制度，制定了《生产安全事故应急预案》，制定“生产安全事故应急预案”，结合各岗位生产实际制定有生产事故现场处置方案。将应急预案的培训作为年度培训工作的重点内容，重在抓好各岗位应急知识教育和自救互救、避险逃生技能培训。
4.结束语
瓦斯发电符合国家能源产业政策，提高了矿井瓦斯抽放的积极性，同时有利于矿井安全生产。瓦斯发电项目的实施，减少了温室气体的排放，为企业创造了良好的经济效益，具有安全、环保、节能的三重价值。低浓度瓦斯发电技术既节约能量又可减少环境污染，但是在推广的同时，我们要注重低浓度瓦斯发电的安全性，特别是输送安全及变电站安全。
参考文献
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