瓦斯抽放站水環(huán)真空泵運行工況分析研究

　　低濃度瓦斯機組直接接入抽放站時(shí)會(huì )對瓦斯抽放站水環(huán)真空泵運行造成一定影響，基于瓦斯抽采站安全運行的重要性，文章對瓦斯電站建成后水環(huán)真空泵運行工況進(jìn)行了針對性分析，并提出了改善系統壓力的措施，結果表明，只要對水環(huán)真空泵采取合理的技術(shù)措施，低濃度瓦斯發(fā)電站的建設不會(huì )對瓦斯抽采站運行帶來(lái)安全隱患。

　　高瓦斯礦井或瓦斯突出礦井均建有永久性地面瓦斯抽放站，受礦井抽采條件限制，大部分地面瓦斯抽放站抽采的瓦斯濃度較低，主要綜合利用方式是采用低濃度瓦斯發(fā)電機組進(jìn)行發(fā)電。低濃度瓦斯輸送系統一般采用細水霧和低濃度瓦斯混合輸送方式，瓦斯進(jìn)入發(fā)電機組之前一般只進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，瓦斯品質(zhì)較差，較多的水、粉塵進(jìn)入瓦斯發(fā)電機組，導致一系列的問(wèn)題出現，主要表現為發(fā)電效率下降、出力降低、設備可用率大幅度縮減、運行維護成本增加等。因此，低濃度瓦斯發(fā)電機組應設置瓦斯預處理系統，以提高機組運行經(jīng)濟性、穩定性、可靠性。低濃度瓦斯預處理系統阻力較大，同時(shí)因為低濃度瓦斯加壓存在諸多技術(shù)難題，絕大多數低濃度瓦斯輸送動(dòng)力完全依靠抽放站排氣背壓，瓦斯輸送系統的接入會(huì )對抽放站水環(huán)真空運行造成一定程度的影響。針對上述情況，文章對瓦斯電站建成后水環(huán)真空泵運行工況進(jìn)行了分析，并提出了改善系統壓力的措施。

1、低濃度瓦斯輸送阻力計算

　　低濃度瓦斯發(fā)電機組裝置較多，主要包括水封阻火器、絲網(wǎng)過(guò)濾器、瓦斯專(zhuān)用干式阻火器、流量測量裝置、霧化裝置、低濃度瓦斯預處理裝置、各類(lèi)閥門(mén)等。低濃度瓦斯輸送系統阻力計算如下：

　　沿程阻力可按式(1)～(3)進(jìn)行計算：

　　1)工況一：設計流量下，低濃度瓦斯不考慮預處理裝置，系統壓力損失為7540Pa，水環(huán)真空排氣壓力為99.54kPa，電機軸功率為374kW，電機備用系數為1.06，基本能夠滿(mǎn)足要求。因此，當瓦斯輸送系統未設置瓦斯預處理裝置或瓦斯輸送距離不遠時(shí)，系統直接接入后水環(huán)真空泵背壓提高不大，配套電機能滿(mǎn)足系統要求，低濃度瓦斯發(fā)電機組不會(huì )危害到抽放站安全運行。

　　2)工況二：設計流量下，瓦斯輸送系統考慮預處理裝置，系統壓力損失為12040Pa，水環(huán)真空排氣壓力為104.04kPa，電機軸功率需要為413kW，原有電機不能滿(mǎn)足抽放站運行需要，應采取技術(shù)措施。因此，當低濃度瓦斯輸送系統設置完善的氣體預處理或長(cháng)距離輸送且沒(méi)有加壓措施情況下，水環(huán)真空泵背壓增加較大，配套電機不能滿(mǎn)足系統要求，系統直接接入后會(huì )影響抽放站抽采能力。

　　3)工況三：實(shí)際流量為設計流量90%時(shí)，排氣壓力為104.04kPa時(shí)，泵軸功率為372kW，電動(dòng)機備用系數為1.07，基本能滿(mǎn)足要求。因此，當系統阻力較大，水環(huán)真空泵排氣背壓較高，但抽放混合流量減少時(shí)，配套電機也能滿(mǎn)足要求。

　　2.4、改善系統壓力可采取的措施

　　1)加強抽采管理、減少真空系統泄漏，可提高抽采瓦斯濃度、減少抽采混合量，可有效降低水環(huán)真空泵的功率、提高電機富余系數。如冀中能源宣東煤礦風(fēng)井瓦斯抽采站初始瓦斯抽采濃度為15%，瓦斯電站建成后水環(huán)真空泵出力略顯不足，煤礦加強抽采措施后瓦斯抽采濃度提高到20%，在其它條件不變情況下完全能滿(mǎn)足瓦斯電站需要，并能保證煤礦安全抽采。

　　2)當采取上述措施不能滿(mǎn)足要求時(shí)，在抽放站電氣系統基本不變的前提下，可適當增加電機功率。如陽(yáng)煤集團平舒煤礦麻地溝瓦斯抽采站水環(huán)式真空泵配套電機功率為400kW，低濃度瓦斯電站擬采用冷凍式深度脫水技術(shù)，系統阻力較大，原有電動(dòng)機功率不足，技術(shù)論證后更換為450kW電機，其它系統基本不變。改造后瓦斯抽采站可以滿(mǎn)足低濃度瓦斯輸送需要。

　　3)如果上述技術(shù)措施仍不能滿(mǎn)足要求時(shí)，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟比較可設置中間泵站，采取水環(huán)真空泵或水力噴射泵加壓以克服瓦斯輸送系統阻力。如潞安集團和順一緣煤礦瓦斯抽采站設計時(shí)水環(huán)式真空泵背壓較低，隨著(zhù)瓦斯抽采量大幅度，原有水環(huán)式真空泵不能滿(mǎn)足低濃度瓦斯輸送需要，抽采站改造條件也比較差，系統采用在中間設置水環(huán)真空泵加壓方案，可以滿(mǎn)足瓦斯輸送需要，但占地和投資較大，運行管理要求也比較高。

　　4)低濃度瓦斯也可以采用真空變壓吸附提純技術(shù)，將低濃度瓦斯濃度提高后進(jìn)行遠距離輸送或進(jìn)行瓦斯預處理。但低濃度瓦斯真空變壓吸附提純方案投資較大、運行成本較高，不宜應用在低濃度瓦斯發(fā)電上。

3、低濃度瓦斯發(fā)電機組設計建議

　　1)低濃度瓦斯發(fā)電站宜靠近瓦斯抽放站，管道附件設置、管路布置、管材選擇要安全合理，最大限度地減少系統阻力。

　　2)新建低濃度瓦斯抽放站，水環(huán)真空泵設計選型時(shí)可根據綜合利用條件適當提高選取背壓范圍。

　　3)建設低濃度瓦斯發(fā)電機組應切實(shí)落實(shí)以下三個(gè)環(huán)節：認真收集瓦斯抽放站設計詳細數據，全面了解各專(zhuān)業(yè)設計基本情況，務(wù)求數據準確；需要現場(chǎng)測試瓦斯抽采站實(shí)際運行數據，包括井下抽采狀況、實(shí)際抽采量、抽采濃度、電機功率等數據，數據測試應在不同時(shí)間段內進(jìn)行，并和原始設計進(jìn)行對比；了解礦井開(kāi)采計劃和后續瓦斯抽采計劃，對瓦斯輸送系統規模進(jìn)行初步規劃。

　　綜上所述，瓦斯發(fā)電機組建設前期應對以上因素進(jìn)行綜合性分析，根據抽放站原始設計、實(shí)際運行狀況、后期抽采計劃等因素制定合理整改措施，這是保證低濃度瓦斯發(fā)電機組、瓦斯抽放站、煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。

4、結論

　　1)低濃度瓦斯發(fā)電機組設置氣體預處理裝置可以改善機組運行狀況、提高機組運行經(jīng)濟性、穩定性、可靠性，應積極推廣，但其系統阻力較大，會(huì )影響瓦斯抽采站水環(huán)真空泵安全運行，對煤礦安全生產(chǎn)造成一定隱患，這是低濃度瓦斯預處理技術(shù)在瓦斯發(fā)電領(lǐng)域應用推廣的一個(gè)瓶頸，應積極采取應對措施。

　　2)低濃度瓦斯發(fā)電建設時(shí)，應對瓦斯發(fā)電站、瓦斯輸送系統、瓦斯抽放系統進(jìn)行全面認真分析，以確認低濃度瓦斯發(fā)電機組對瓦斯抽放站水環(huán)真空泵的影響程度，進(jìn)而采取相應的技術(shù)措施，保證瓦斯抽采站水環(huán)真空泵安全運行。