瓦斯抽放站水环真空泵运行工况分析研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中煤邯郸设计工程有限责任公司 作者:杨俊辉

  低浓度瓦斯机组直接接入抽放站时会对瓦斯抽放站水环真空泵运行造成一定影响,基于瓦斯抽采站安全运行的重要性,文章对瓦斯电站建成后水环真空泵运行工况进行了针对性分析,并提出了改善系统压力的措施,结果表明,只要对水环真空泵采取合理的技术措施,低浓度瓦斯发电站的建设不会对瓦斯抽采站运行带来安全隐患。

  高瓦斯矿井或瓦斯突出矿井均建有永久性地面瓦斯抽放站,受矿井抽采条件限制,大部分地面瓦斯抽放站抽采的瓦斯浓度较低,主要综合利用方式是采用低浓度瓦斯发电机组进行发电。低浓度瓦斯输送系统一般采用细水雾和低浓度瓦斯混合输送方式,瓦斯进入发电机组之前一般只进行简单处理,瓦斯品质较差,较多的水、粉尘进入瓦斯发电机组,导致一系列的问题出现,主要表现为发电效率下降、出力降低、设备可用率大幅度缩减、运行维护成本增加等。因此,低浓度瓦斯发电机组应设置瓦斯预处理系统,以提高机组运行经济性、稳定性、可靠性。低浓度瓦斯预处理系统阻力较大,同时因为低浓度瓦斯加压存在诸多技术难题,绝大多数低浓度瓦斯输送动力完全依靠抽放站排气背压,瓦斯输送系统的接入会对抽放站水环真空运行造成一定程度的影响。针对上述情况,文章对瓦斯电站建成后水环真空泵运行工况进行了分析,并提出了改善系统压力的措施。

1、低浓度瓦斯输送阻力计算

  低浓度瓦斯发电机组装置较多,主要包括水封阻火器、丝网过滤器、瓦斯专用干式阻火器、流量测量装置、雾化装置、低浓度瓦斯预处理装置、各类阀门等。低浓度瓦斯输送系统阻力计算如下:

  沿程阻力可按式(1)~(3)进行计算:

瓦斯抽放站水环真空泵运行工况分析研究

  1)工况一:设计流量下,低浓度瓦斯不考虑预处理装置,系统压力损失为7540Pa,水环真空排气压力为99.54kPa,电机轴功率为374kW,电机备用系数为1.06,基本能够满足要求。因此,当瓦斯输送系统未设置瓦斯预处理装置或瓦斯输送距离不远时,系统直接接入后水环真空泵背压提高不大,配套电机能满足系统要求,低浓度瓦斯发电机组不会危害到抽放站安全运行。

  2)工况二:设计流量下,瓦斯输送系统考虑预处理装置,系统压力损失为12040Pa,水环真空排气压力为104.04kPa,电机轴功率需要为413kW,原有电机不能满足抽放站运行需要,应采取技术措施。因此,当低浓度瓦斯输送系统设置完善的气体预处理或长距离输送且没有加压措施情况下,水环真空泵背压增加较大,配套电机不能满足系统要求,系统直接接入后会影响抽放站抽采能力。

  3)工况三:实际流量为设计流量90%时,排气压力为104.04kPa时,泵轴功率为372kW,电动机备用系数为1.07,基本能满足要求。因此,当系统阻力较大,水环真空泵排气背压较高,但抽放混合流量减少时,配套电机也能满足要求。

  2.4、改善系统压力可采取的措施

  1)加强抽采管理、减少真空系统泄漏,可提高抽采瓦斯浓度、减少抽采混合量,可有效降低水环真空泵的功率、提高电机富余系数。如冀中能源宣东煤矿风井瓦斯抽采站初始瓦斯抽采浓度为15%,瓦斯电站建成后水环真空泵出力略显不足,煤矿加强抽采措施后瓦斯抽采浓度提高到20%,在其它条件不变情况下完全能满足瓦斯电站需要,并能保证煤矿安全抽采。

  2)当采取上述措施不能满足要求时,在抽放站电气系统基本不变的前提下,可适当增加电机功率。如阳煤集团平舒煤矿麻地沟瓦斯抽采站水环式真空泵配套电机功率为400kW,低浓度瓦斯电站拟采用冷冻式深度脱水技术,系统阻力较大,原有电动机功率不足,技术论证后更换为450kW电机,其它系统基本不变。改造后瓦斯抽采站可以满足低浓度瓦斯输送需要。

  3)如果上述技术措施仍不能满足要求时,经过技术经济比较可设置中间泵站,采取水环真空泵或水力喷射泵加压以克服瓦斯输送系统阻力。如潞安集团和顺一缘煤矿瓦斯抽采站设计时水环式真空泵背压较低,随着瓦斯抽采量大幅度,原有水环式真空泵不能满足低浓度瓦斯输送需要,抽采站改造条件也比较差,系统采用在中间设置水环真空泵加压方案,可以满足瓦斯输送需要,但占地和投资较大,运行管理要求也比较高。

  4)低浓度瓦斯也可以采用真空变压吸附提纯技术,将低浓度瓦斯浓度提高后进行远距离输送或进行瓦斯预处理。但低浓度瓦斯真空变压吸附提纯方案投资较大、运行成本较高,不宜应用在低浓度瓦斯发电上。

3、低浓度瓦斯发电机组设计建议

  1)低浓度瓦斯发电站宜靠近瓦斯抽放站,管道附件设置、管路布置、管材选择要安全合理,最大限度地减少系统阻力。

  2)新建低浓度瓦斯抽放站,水环真空泵设计选型时可根据综合利用条件适当提高选取背压范围。

  3)建设低浓度瓦斯发电机组应切实落实以下三个环节:认真收集瓦斯抽放站设计详细数据,全面了解各专业设计基本情况,务求数据准确;需要现场测试瓦斯抽采站实际运行数据,包括井下抽采状况、实际抽采量、抽采浓度、电机功率等数据,数据测试应在不同时间段内进行,并和原始设计进行对比;了解矿井开采计划和后续瓦斯抽采计划,对瓦斯输送系统规模进行初步规划。

  综上所述,瓦斯发电机组建设前期应对以上因素进行综合性分析,根据抽放站原始设计、实际运行状况、后期抽采计划等因素制定合理整改措施,这是保证低浓度瓦斯发电机组、瓦斯抽放站、煤矿安全生产的关键。

4、结论

  1)低浓度瓦斯发电机组设置气体预处理装置可以改善机组运行状况、提高机组运行经济性、稳定性、可靠性,应积极推广,但其系统阻力较大,会影响瓦斯抽采站水环真空泵安全运行,对煤矿安全生产造成一定隐患,这是低浓度瓦斯预处理技术在瓦斯发电领域应用推广的一个瓶颈,应积极采取应对措施。

  2)低浓度瓦斯发电建设时,应对瓦斯发电站、瓦斯输送系统、瓦斯抽放系统进行全面认真分析,以确认低浓度瓦斯发电机组对瓦斯抽放站水环真空泵的影响程度,进而采取相应的技术措施,保证瓦斯抽采站水环真空泵安全运行。

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