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乏風(fēng)輸送

乏風(fēng)輸送的關(guān)鍵是輸送管道與擴(kuò)散塔連接方式的確定。該礦主要通風(fēng)機(jī)為軸流式風(fēng)機(jī)，鋼筋混凝土立式擴(kuò)散塔，按可全部取氣利用乏風(fēng)方式設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)原則要求如下：首先保證現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。一是保證礦井通風(fēng)能力，滿足通風(fēng)量要求；二是實(shí)現(xiàn)2臺(tái)主要通風(fēng)機(jī)的正常切換運(yùn)行；三是當(dāng)需要時(shí)，保證及時(shí)切換到主要通風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)從擴(kuò)散塔實(shí)現(xiàn)向井下反送風(fēng)的需要；四是保證在出現(xiàn)最不利的情況下，不能“憋”主要通風(fēng)機(jī)（GAF25－11．8－1型軸流式通風(fēng)機(jī)最大背壓不大于2455Pa）。其次還要考慮到為10臺(tái)氧化裝置輸送乏風(fēng)的經(jīng)濟(jì)性，即盡量利用主要通風(fēng)機(jī)的風(fēng)力，減小氧化裝置引風(fēng)機(jī)的功率消耗?；谝陨弦螅扇∫韵略O(shè)計(jì)方案：1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示，在兩擴(kuò)散塔出口分別設(shè)置電動(dòng)百葉閥，從平行于兩擴(kuò)散塔連線的擴(kuò)散塔側(cè)面開(kāi)長(zhǎng)槽形取氣孔，以保證擴(kuò)散塔的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。兩擴(kuò)散塔引出管道上分別設(shè)置電動(dòng)百葉閥，切換兩擴(kuò)散塔的風(fēng)流。兩引出管道向下接入地面以下用磚混結(jié)構(gòu)建成的乏風(fēng)主巷道。兩分支管道截面積滿足風(fēng)流速度不大于25m／s的要求，地下磚混結(jié)構(gòu)乏風(fēng)主巷道為3．5m×4．0m，滿足乏風(fēng)流速不大于15m／s。圖2乏風(fēng)取氣方式示意圖2）控制思路設(shè)計(jì)如圖3所示，系統(tǒng)由百葉閥、電磁離合器、電動(dòng)機(jī)、連鎖控制系統(tǒng)、壓力傳感器等組成，電磁離合器設(shè)置在百葉閥與電動(dòng)機(jī)之間。正常工作過(guò)程：首先為在用的擴(kuò)散塔電磁離合器供電，將電動(dòng)機(jī)與百葉閥連接，百葉閥投入使用；根據(jù)擴(kuò)散塔內(nèi)的乏風(fēng)壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)百葉閥的開(kāi)度，匹配氧化裝置的供氣需求，保證擴(kuò)散塔內(nèi)壓力不小于“0”；當(dāng)需要切換另一臺(tái)主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，先將對(duì)應(yīng)于該主要通風(fēng)機(jī)的電磁離合器上電，使這套系統(tǒng)投入運(yùn)行狀態(tài)，后將對(duì)應(yīng)于原運(yùn)行主要通風(fēng)機(jī)的電磁離合器電源切斷，其他相應(yīng)工作環(huán)節(jié)置于停運(yùn)狀態(tài)；當(dāng)井下需要由主要通風(fēng)機(jī)反送風(fēng)時(shí)，由電動(dòng)機(jī)將百葉閥置于全開(kāi)狀態(tài)；百葉閥從全開(kāi)到全關(guān)或全關(guān)到全開(kāi)狀態(tài)，用時(shí)不超過(guò)2min。圖3乏風(fēng)取氣利用安全控制框圖當(dāng)出現(xiàn)非常情況時(shí)（如電控停電、電動(dòng)機(jī)機(jī)械故障等），連鎖控制系統(tǒng)感知擴(kuò)散塔內(nèi)的風(fēng)壓過(guò)高（如超過(guò)1．5kPa后），連鎖控制系統(tǒng)發(fā)出指令通過(guò)電磁離合器將電動(dòng)機(jī)與百葉閥分開(kāi)，百葉閥在主要通風(fēng)機(jī)通風(fēng)風(fēng)力的作用下全部開(kāi)啟；如需要向井下反送風(fēng)，而此時(shí)百葉閥電動(dòng)傳輸系統(tǒng)故障不能打開(kāi)，則由連鎖控制系統(tǒng)感知擴(kuò)散塔內(nèi)的負(fù)壓，由連鎖控制系統(tǒng)發(fā)出指令通過(guò)電磁離合器將電動(dòng)機(jī)與百葉閥分開(kāi)，百葉閥在主要通風(fēng)機(jī)通風(fēng)負(fù)壓作用下將百葉閥吸開(kāi)。另外，在進(jìn)入每臺(tái)氧化裝置的乏風(fēng)分支管道上設(shè)置的脫水過(guò)濾器具有二位三通閥的功能。氧化裝置正常工作時(shí)，抽排瓦斯與乏風(fēng)混合氣體通過(guò)此設(shè)備進(jìn)入氧化裝置。當(dāng)百葉閥不能正常工作，并且氧化裝置不工作時(shí)，可切換到排空通道，使此設(shè)備不能切換，因?yàn)檠趸b置本身是一個(gè)通道，也不會(huì)造成管道“憋壓”現(xiàn)象。

乏風(fēng)從擴(kuò)散塔送入地下主巷道，主巷道深3．5m、寬4m、總長(zhǎng)82m，分支巷道深3．5m、寬2．2m、總長(zhǎng)70m。通過(guò)管道水力計(jì)算，乏風(fēng)輸送的沿途總壓降不大于0．2kPa。對(duì)應(yīng)于每臺(tái)氧化裝置，從巷道頂部開(kāi)孔，以Φ1600mm的管道將乏風(fēng)送至脫水過(guò)濾器，如圖4所示。1—乏風(fēng)分支管道；2—脫水過(guò)濾器；3—引風(fēng)機(jī)；4—過(guò)渡管道；5—過(guò)渡管道支架；6—氧化裝置。

抽排瓦斯輸送及與乏風(fēng)摻混

一套瓦斯?jié)舛葯z測(cè)分配輸送控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)各抽放系統(tǒng)瓦斯?jié)舛龋瑢舛却笥诘扔?％的瓦斯送入瓦斯內(nèi)燃機(jī)發(fā)電的公共管網(wǎng)，濃度小于8％的瓦斯送入氧化裝置發(fā)電的公共管網(wǎng)，之后按照AQ1078—2009《煤礦低濃度瓦斯與細(xì)水霧混合安全輸送裝置技術(shù)規(guī)范》［3］等低濃度瓦斯發(fā)電的系列安全標(biāo)準(zhǔn)要求，將這部分抽排瓦斯送入氧化裝置附近的Ф1000mm低濃度瓦斯公共管道。2．2抽排瓦斯與乏風(fēng)摻混抽排瓦斯與乏風(fēng)摻混采用一套如圖5所示的模塊化瓦斯添加系統(tǒng)，其主要部件是阻火泄爆器5、快速切斷閥8、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥10、機(jī)械關(guān)斷閥13。1—手動(dòng)蝶閥；2—壓力變送器；3—濃度取樣管；4—電動(dòng)調(diào)節(jié)切斷閥；5—阻火泄爆器；6—底盤(pán)；7—壓力表；8—快速切斷閥；9—電氣控制系統(tǒng)；10—電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；11—撓性橡膠接頭；12—電磁閥；13—機(jī)械關(guān)斷閥。圖5抽排瓦斯添加系統(tǒng)1）阻火泄爆器：除符合AQ1072—2009《瓦斯管道輸送水封阻火泄爆裝置技術(shù)條件》［4］的規(guī)定外，還具有保持阻火液面高度的自動(dòng)控制功能，并內(nèi)置金屬絲絨，兼具瓦斯過(guò)濾、脫水及阻火功能。2）快速切斷閥：采用電磁控制，正常工作時(shí)手動(dòng)將閥門(mén)開(kāi)啟，通電吸合保持開(kāi)啟狀態(tài)；失電后電磁力消失，在重力作用下快速切斷閥在1．5s內(nèi)切斷抽排瓦斯通道。3）電動(dòng)調(diào)節(jié)閥：根據(jù)氧化裝置設(shè)定的抽排瓦斯與乏風(fēng)混合后的濃度，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)調(diào)節(jié)該閥開(kāi)度。4）機(jī)械關(guān)斷閥：由抽排瓦斯與乏風(fēng)混合增壓后的氣體壓力將該閥開(kāi)啟，當(dāng)混合后氣體壓力消失或降低到一定數(shù)值后，在閥芯重力、復(fù)位彈簧力及抽排瓦斯壓力的共同作用下，15s內(nèi)關(guān)閉抽排瓦斯供給。該閥實(shí)現(xiàn)抽排瓦斯與乏風(fēng)聯(lián)動(dòng)供給，保證在沒(méi)有乏風(fēng)進(jìn)入氧化裝置時(shí)，抽排瓦斯不會(huì)單獨(dú)進(jìn)入氧化裝置。當(dāng)系統(tǒng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥10不能正常調(diào)節(jié)抽排瓦斯摻混量，摻混后的甲烷濃度超出設(shè)定值時(shí)，快速切斷閥8動(dòng)作，切斷瓦斯添加。氧化裝置啟動(dòng)開(kāi)機(jī)運(yùn)行時(shí)，機(jī)械關(guān)斷閥13保證抽排瓦斯與乏風(fēng)同時(shí)進(jìn)入氧化裝置；當(dāng)由于各種原因，乏風(fēng)不能進(jìn)入氧化裝置（即引風(fēng)機(jī)失壓），其會(huì)動(dòng)作，保證抽排瓦斯不會(huì)單獨(dú)進(jìn)入氧化裝置引起可能的爆炸危險(xiǎn)。另外，阻火泄爆器5保證一旦氧化裝置出現(xiàn)危險(xiǎn)，將阻止火焰向抽排瓦斯輸送管道回傳，保護(hù)礦井抽排系統(tǒng)的安全。

外部條件缺失安全保護(hù)

設(shè)置水質(zhì)硬度在線監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，當(dāng)水質(zhì)硬度超限時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。2）設(shè)置備用水箱或水池，當(dāng)液面低于設(shè)定值時(shí)，應(yīng)能發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。停水保護(hù)1）設(shè)置備用水箱。保證容量不小于氧化裝置1h的額定蒸汽流量，并有防凍措施。2）外部水源停止供給時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，在3s內(nèi)切斷抽排瓦斯通道的同時(shí)切斷抽排瓦斯與乏風(fēng)混合進(jìn)入氧化裝置的通道。停電保護(hù)1）如項(xiàng)目外部大網(wǎng)停電故障失電，抽排瓦斯添加系統(tǒng)在1．5s內(nèi)自動(dòng)切斷抽排瓦斯添加通道，同時(shí)由脫水過(guò)濾器切斷抽排瓦斯與乏風(fēng)混合進(jìn)入氧化裝置的通道，并手動(dòng)關(guān)閉抽排瓦斯通道上的閥門(mén)。10min內(nèi)啟動(dòng)備用的1臺(tái)260kW的自動(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組為供水系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等提供應(yīng)急電源。2）如引風(fēng)機(jī)電源失電或故障停運(yùn)，抽排瓦斯添加系統(tǒng)在1．5s內(nèi)自動(dòng)切斷抽排瓦斯添加通道，同時(shí)由脫水過(guò)濾器切斷抽排瓦斯與乏風(fēng)混合進(jìn)入氧化裝置的通道，并手動(dòng)關(guān)閉抽排瓦斯通道上的閥門(mén)。

大佛寺瓦斯氧化發(fā)電工程運(yùn)行情況

一期項(xiàng)目于2011年5月開(kāi)始建設(shè)，2011年11月建設(shè)完成，2012年3月完成氧化裝置主體的調(diào)試，各項(xiàng)性能指標(biāo)基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2012年7月單臺(tái)氧化裝置并氣并網(wǎng)發(fā)電成功，2012年8月實(shí)現(xiàn)5臺(tái)氧化裝置全部并氣并網(wǎng)發(fā)電，正常商業(yè)化運(yùn)行，礦井主要通風(fēng)機(jī)工作正常，各項(xiàng)保護(hù)措施通過(guò)模擬試驗(yàn)證明安全有效。氧化裝置在額定狀態(tài)下運(yùn)行，汽輪機(jī)發(fā)電3200kW以上。在項(xiàng)目試驗(yàn)調(diào)試過(guò)程中曾出現(xiàn)氧化裝置風(fēng)量偏?。ㄗ畲?5000m3／h），通過(guò)更換引風(fēng)機(jī)，采用變頻控制，單臺(tái)氧化裝置最大風(fēng)量達(dá)70000m3／h，引風(fēng)機(jī)功耗136kW，超設(shè)計(jì)值10000m3／h。在設(shè)計(jì)風(fēng)量60000m3／h時(shí)，引風(fēng)機(jī)功耗90kW，在設(shè)計(jì)功耗范圍內(nèi)。應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)由于其他工程作業(yè)和雷電各造成一次項(xiàng)目主供電箱變停電事故，瓦斯添加系統(tǒng)各部件可靠動(dòng)作，保護(hù)了氧化裝置和礦井的安全。同時(shí)，啟動(dòng)備用電源，在設(shè)計(jì)的保安時(shí)間內(nèi)，切換給水泵供電，保證了氧化裝置上的汽包液位在安全范圍內(nèi)。

1）大佛寺煤礦是國(guó)內(nèi)第1個(gè)瓦斯氧化發(fā)電的示范項(xiàng)目，也是第1個(gè)抽排瓦斯和乏風(fēng)全部利用，實(shí)現(xiàn)瓦斯“零排放”的生產(chǎn)礦井。通過(guò)工程配套設(shè)計(jì)、建設(shè)和項(xiàng)目運(yùn)行，證明乏風(fēng)取氣方式、輸送以及與抽排瓦斯的摻混是安全可靠的，沒(méi)有對(duì)礦井風(fēng)排系統(tǒng)和瓦斯抽放系統(tǒng)帶來(lái)不利影響。2）目前我國(guó)煤礦風(fēng)井主要通風(fēng)機(jī)大多采用對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)，擴(kuò)散塔大多為臥式金屬結(jié)構(gòu)，可參照此方案設(shè)計(jì)建設(shè)。根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦螚l件，主體輸送管道可在地下敷設(shè)，也可由架空管道輸送到氧化裝置附近。主體管道可以是磚混結(jié)構(gòu)的，也可以是玻璃鋼等非金屬材料制成的，還可以是金屬框架結(jié)構(gòu)的。3）為便于在煤炭行業(yè)推廣應(yīng)用瓦斯氧化工程建設(shè)項(xiàng)目，建議盡快出臺(tái)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

本文作者：馬曉鐘工作單位：勝利油田勝利動(dòng)力機(jī)械集團(tuán)有限公