[发明专利]煤矿低浓度瓦斯安全输送方法及输送系统

说明书

技术领域

本发明涉及瓦斯的安全输送方法及输送系统，更具体地说是用于对煤矿低浓度瓦斯进行有效利用所采用的低浓度瓦斯的安全输送方法及输送系统。

背景技术

煤矿瓦斯一直是煤矿安全生产的重大隐患，同时也是煤田的伴生资源和洁净能源，瓦斯抽采是控制煤矿瓦斯灾害的治本途径。对煤矿瓦斯进行科学合理地治理、开采和利用，既可降低煤矿瓦斯灾害事故，又可变害为宝，创造经济价值。

对于煤矿瓦斯的治理、开采和利用都需要将瓦斯进行安全输送，而低浓度瓦斯更是安全输送的难点。

由于浓度范围在5％～16％的瓦斯具有爆炸危险，出于安全考虑，通常被禁止直接利用。《煤矿安全规程》规定，煤矿瓦斯进行利用时，甲烷浓度不得低于30％。据统计，2005年我国煤矿瓦斯抽采量达30多亿m³，其中至少三分之二为甲烷浓度低于30％的低浓度瓦斯，这部分瓦斯由于被禁止利用而排空放散，既浪费资源又危害环境，也是煤矿瓦斯利用率较低的主要原因。然而能做功的瓦斯浓度恰恰就是在5％～16％之间，不管是燃烧，还是在汽缸内爆燃均如此，即便是高浓度瓦斯或天然气，也必须与空气充分混合或接触后才能形成燃烧和爆燃。

显然，煤矿低浓度瓦斯虽可被利用，但却因存在着输送中的安全问题带来极大的困难，至今仍是世界上尚未彻底解决的一大难题，发达国家始终把内燃式瓦斯发电浓度规定在＞30％。若将煤矿低浓度瓦斯的输送转化为本质安全型，无疑是瓦斯利用中的一大突破，瓦斯利用量和利用率将会大幅度提高，社会经济效益将十分显著。

目前，已经通过工业性试验的煤矿低浓度瓦斯本质安全型输送有细水雾安全输送方式，淮南谢一矿低浓度瓦斯发电站利用细水雾安全输送正式运行，其低浓度瓦斯细水雾输送及发电运行参数：瓦斯浓度为7％～16％，瓦斯压力为0.01Mpa，细水雾的水源压力为1Mpa。实践证明这是一种本质安全型输送方式，并且低浓度瓦斯发电较之高浓度瓦斯发电的运行会更加平稳。但是，细水雾安全输送存在有如下问题：

1、脱水效果直接影响发电效率，细水雾安全输送脱水相对困难，实际应用中虽然经过二级脱水后，却依然存在凝结水，制冷和旋风脱水理论上可以解决问题，但系统过于复杂。

2、低浓度瓦斯在输送中可能处于爆炸范围区间，严禁建罐缓冲储存，但由于瓦斯抽采泵抽采量与瓦斯利用设施利用量之间存在不匹配性，实际应用中既要把多余的瓦斯放散，又要保证瓦斯利用设施的供气压力，两者不能互为协调。

3、细水雾安全输送的喷嘴决定雾化效果，但由于煤矿瓦斯管路中的冷凝水含有钙离子，易造成喷嘴结垢，堵塞喷嘴，影响雾化效果，严重时将使细水雾失效。

4、细水雾安全输送使用盘式阻火器阻火，其通过间隙小，正常使用时阻力损失大，一旦结垢或尘埃堵塞，将使系统失效。

理论研究已经得到证明水蒸汽安全输送方式。在煤矿瓦斯中加入30％以上体积分数的水蒸汽，瓦斯浓度无论为何值，都将失去燃烧和爆炸的特性。利用这一特性，可以实现煤矿低浓度瓦斯水蒸汽本质安全型输送。具体应用可以是利用瓦斯发电的余热获取水蒸汽，添加到瓦斯输送管道中去，以达到本质安全型输送的目的。再利用瓦斯发电余热制冷获取冷量，对瓦斯和水蒸气的混合气体进行脱水，恢复瓦斯的燃爆性质，供给瓦斯发电机组发电。但是，实际应用的系统配套相当复杂，需要装备余热制水蒸气系统、余热制冷系统，而且瓦斯发电机组启动运转前还必须有充足的水蒸气和电制冷装置。目前尚无实际应用范例。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种气水二相流煤矿低浓度瓦斯安全输送方法；本发明同时提供设置相对简单、易操作、能耗低、供气压力稳定、富余瓦斯自动放散、可以保障抽采泵正常运行、安全可靠、脱水效果好便于利用的煤矿低浓度瓦斯安全输送系统。

本发明解决技术问题采用如下技术方案。

本发明煤矿低浓度瓦斯安全输送方法的特点是在地面正压瓦斯输送管道内，水流环绕输送管道的内壁连续流动，形成环形水流，低浓度瓦斯气体流动在所述环形水流所形成的环形水封中，沿所述瓦斯气体的输送方向上每隔一段以柱状水团隔断气流，形成气流的端面水封，低浓度瓦斯气体在所述环形水流及端面水封中形成间歇性柱塞气流。

本发明煤矿低浓度瓦斯安全输送系统的结构特点是：

煤矿瓦斯抽采动力设备采用水环式真空泵，矿井瓦斯出口通过串联设置的铜网式阻火器和前段防回火器接入水环式真空泵的入口；