低浓度瓦斯发电技术
图1、水封式防爆炸防回火装置
1-进气管；2-箱体；3-排气管；4-注水管；5-水； 6-安全盖（胶皮板制作）；7-放水口；8-玻璃管水位表；
示）、板片式、卵石式和多能式等几种型式。
图2、铜网式防爆炸防回火装置 1- 挡圈；2-铜丝网；3-活法兰盘接头；
1.2.1 湿式液位自控水封阻火技术
水位自控水封阻火的基本原理是，当火焰通过水层时，火焰与水接触，能量被水吸收，化学反应的自由基减少并消除。水位自控水封阻火防爆器采用雷达监测水位和计算机自动控制，当水位低于设定下限时自动补水，当水位高于设定上限时自动放水，从而维持水位在设定的安全高度，保证阻火防爆器可靠工作。水位自控水封阻火防爆器构成如图1所示。水位自控水封阻火防爆器主要用于低浓度瓦斯输送。 1.2.2 瓦斯细水雾灭火技术
1) 细水雾灭火机理如下：
冷却。细水雾颗粒直径越小，相对表面积越大，受热后更容易汽化。在汽化过程中，从燃烧区吸收大量的热量，使燃烧区温度迅速降低，当温度降至燃烧f临界值以下时，热分解中断，燃烧随即终止。
稀释。火焰进入细水雾后，细水雾迅速蒸发形成蒸汽，由液相变为气相，气体急剧膨胀，比表面积膨胀约1760倍，最大限度地使燃烧反应分子在空间上距离拉大，抑制火焰传播。
细水雾有3种形成方法，一种是高压水在喷嘴处形成旋转流，喷出后扩散，形成水雾；另一种是水由高压空气进行引流混合，喷出后膨胀形成水雾；第三种方法采用高压水流喷出后高速碰撞硬壁，溅射形成细水雾。方法一在高速气流下容易产生无雾通道，影响阻火灭火
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低浓度瓦斯发电技术
效果；方法二不适合于低浓度瓦斯输送应用场合；利用方法三设计制造的水雾发生器经试验，阻火灭火效果非常理想。
按照上述技术方案制造的细水雾发生器，利用其管道连接法兰连接在瓦斯输送管道上，每隔一定距离安装一个细水雾发生器，向其进水口提供高压水，其腔体内及附近管道内即充满了细水雾。瓦斯由输送管道的始端流向末端，在流通过程中混合了一定量的细水雾，瓦斯不易燃烧或爆炸。如果输送末端发生回火或爆炸，每一个细水雾发生器相当于一个阻火器，能防止沿管道逆向蔓延，解决了煤矿瓦斯长距离安全输送的技术难题。
2) 水雾发生器的一般规定
a、输送装置用水水质应为软化水并循环使用，碳酸钙含量应小于150mg/L，悬浮物
小于5mg/L。
b、水雾发生器入口处水压宜在0.8MPa～1.2MPa之间。水泵应按一级负荷要求供电，
要设置供水能力与主水泵相同的备用水泵，并要求在主水泵出现故障时备用水泵能自动投入正常运行。
c、瓦斯输送管道安装应向下往回水池倾斜，斜度不小于1：0.01。
d、输送装置瓦斯入口压力应不大于20kPa，出口压力应不小于3kPa。输送装置水雾
覆盖段管道压力降应不大于1kPa/100m。
e、瓦斯输送管道上水雾发生器设置间隔应不超过20m，若瓦斯输送管道长度不足20m，
则应至少设置一个水雾发生器。
f、输送装置在寒冷地区使用时，应采取防冻措施。
g、瓦斯泵站瓦斯出口与湿式阻火泄爆装置之间的管道距离L1应不超过10m,配套瓦
斯发电机组时，脱水器与瓦斯发电机组之间的管道距离L2不超过20m。 1.2.3 低浓度瓦斯安全输送工艺技术
低浓度瓦斯安全输送技术工艺流程概括起来就是：“3+4×1”的技术有机组合，“3”就是3种防火、阻火技术结合，来提高安全可靠性，即细水雾阻火、金属波纹带阻火和雷达控制水位的水封卸爆阻火技术的串联。第一个“1”是指在输送管道的末端设置了一级脱水器，第二个“1”是指细水雾供水系统，第三个“1”是指在整个系统中，设置了一套瓦斯输送压力控制机构，限定瓦斯最高压力，第四个“1”是整个输送系统中设置了一台煤矿瓦斯细水雾输送电子管理系统。来自瓦斯泵站的瓦斯首先进入水位自控水封阻火防爆器，再经过金属波纹带瓦斯管道阻火器，从根本上保证了系统的安全可靠。如果瓦斯输送量超过发电利用量，
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低浓度瓦斯发电技术
瓦斯安全放散器可以自动打开，将富余的瓦斯排空。煤矿瓦斯进入细水雾管道后，细水雾与瓦斯全程连续混合输送。水雾发生器根据瓦斯输送量进行设计选型，在输送管道上等距离安装。输送管道要保证一定斜度，便于细水雾凝结回流。细水雾与瓦斯混合物经末端水封阻火防爆器进入瓦斯发电站。在输送末端设置瓦斯压力、温度、流量及浓度测量点，此参数由计算机统一监控。每台瓦斯发电机组配套一组旋风脱水和重力脱水装置，脱水后的瓦斯再经一道瓦斯管道阻火器供瓦斯发电机组发电。细水雾输送系统所需要的水可循环使用。 1.2.4 瓦斯流量计算
根据抽放瓦斯的浓度、流量及拟建设瓦斯电站与抽放站的测绘距离，并结合抽放瓦斯流量、浓度变化趋势，计算确定输送装置的输送管道直径和成雾水量。
根据煤矿瓦斯泵站瓦斯现有抽采浓度和抽采量，确定瓦斯输送量。
V=K0V′??????????????⑴
式中：
V——工作状态下的瓦斯输送体积流量，单位为立方米每小时（m/h）； V′——煤矿瓦斯抽采体积流量，单位为立方米每小时（m3/h）； K0——调整系数，一般取值0.8～1.2。
说明：当抽放瓦斯浓度、流量变大时，K0取较大值；反之，K0取较小值 1.2.5 瓦斯输送管道直径计算
根据瓦斯输送量计算瓦斯输送管道直径，以管道内瓦斯流速不超过15m/s为计算依据。 按体积流量计算管径：
3
d=18.8 ??????????????⑵
ω
V
式中：
d——管道内经，单位为毫米（mm）；
V——工作状态下的瓦斯体积流量，单位为立方米每小时（m3/h）； ω——工作状态下的流速，单位为米每秒（m/s）。
工作状态下的体积流量可由标准状态（0℃，绝对压力101.325kPa）下的体积流量换算而得：
V=
0.1V0(273?t)273p???????????????⑶
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低浓度瓦斯发电技术
式中：
V0——标准状态下的瓦斯体积流量，单位为立方米每小时（m3/h）； t——瓦斯工作温度，单位为摄氏度（℃）； p——瓦斯绝对工作压力，单位为兆帕（MPa）。 1） 冷却塔水管管径计算
M=4πd2V???????????????⑷
M——需要冷却的水量； d——管径；
V——流速，取2m/s。
每台500kW的机组需要的冷却水量为50m3/h。 每台1000kW的机组需要的冷却水量为100m/h。 2） 常用机组的计算
500kW机组的热耗值为≤11MJ/kWh，1Nm瓦斯的热值约为35.2MJ，由此可以计算出500kW的机组需要瓦斯的流量V为156.25Nm3/h÷a%（浓度）；ω≤15m/s一般取值为10左右。
1000kW机组的热耗值为≤10MJ/kWh，1Nm3瓦斯的热值约为35.2MJ，由此可以计算出1000kW的机组需要瓦斯的流量V为284.1Nm3/h÷a%（浓度）；ω≤15m/s一般取值为10左右。 1.2.6 管道上细水雾发生器安装数量计算
细水雾发生器安装数量由瓦斯电站与抽放站之间的距离决定。 m=20+1???????????????⑸
式中：
m——细水雾发生器数量； L——输送装置水雾覆盖段长度。
1.2.7 成雾水量计算
成雾水量由瓦斯输送流量和输送距离决定，一般要求在瓦斯输送管道内单位容积水量为 12L/（m3·min）～18L/（m3·min）。 1） 水雾发生器设计流量：
n1
3
3
L
Qj??q??????????????⑹
ii?1式中：
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Qj——水雾发生器设计流量，单位为升每分钟（L/min）； n——水雾喷头的数量；
qi——水雾喷头的流量，单位为升每分钟（L/min）。 2） 水循环装置水池蓄水量：
W≥2n0Qj??????????????⑺
式中：
W——水池储水量，单位为升（L）； n0——水雾发生器数量。
1.2.8 安全输送管道的基本规定
1） 煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障系统设计时应遵循“阻火泄爆、抑爆阻爆、多级防护、确保安全”的基本原则。
2） 在煤矿低浓度瓦斯管道输送系统中靠近可能的火源点（发电机组、地面排空管口、自然和易自燃煤层采空区抽瓦斯管入口等）附近管道上，应安设安全保障设施，确保管道输送安全。
3） 发电用瓦斯管道输送系统中宜安设防逆流装置，防止抽采泵突然停泵而出现回流。 4） 低浓度瓦斯管道输送系统不得设置缓冲罐。 5） 加压设备应选择湿式压缩机。 6） 抽采设备应选择湿式抽采泵。
7） 正压输送时，输送压力不宜超过20kpa。 8） 脱水器内应无机械运动零部件和电器部件。
9） 在管道输送系统中应设置安全监测控制设施。安全检测控制设施除应符合MT209的有关规定外，还应具有以下功能：
a、瓦斯管道输送安全保障设施的的状态参数监测、显示及报警；
b、在发生瓦斯燃烧或爆炸时，检测控制设施应能控制安全保障设备快速启动，将瓦
斯燃烧或爆炸控制在一定范围内。
10）安设在瓦斯输送管道上的所有安全设施应符合各自产品的通用技术条件。 11） 安全保障设施安设段管道及附件应能承受正压2.5MPa的压力，其他管道及附件应能承受正压1.0MPa、负压0.097MPa的压力。安全保障设施安设段管道宜选用金属管道，当选用非金属管道时，其管材还应符合AQ1071的有关规定。
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