Technische analyse van stikstofgeneratoren in steenkoolmijnen: kernapparatuur voor het voorkomen en blussen van brand in steenkoolmijnen

In het veiligheidsproductiesysteem van de steenkoolmijn zijn branden, gasontploffingen en spontane verbranding van steenkoolstromen altijd een groot risico geweest.Risico's zoals luchtlekken in de mijnen, de oxidatie van steenkool en de spontane verhitting van steenkool aanzienlijk toenemen.De traditionele ventilatiemethoden en brandbestrijdingsmethoden zijn ontoereikend geworden om te voldoen aan de moderne eisen inzake veiligheidsbeheer in steenkoolmijnen..

In deze context "koolmijn stikstofgenerator" is geleidelijk een belangrijk onderdeel geworden van het mijnveiligheidssysteem.

Door op locatie stikstof van hoge zuiverheid te produceren en deze continu in de ondergrond te injecteren, kan de zuurstofconcentratie effectief worden verlaagd en een inerte omgeving worden gecreëerd.:

• Brandpreventie in mijnengebied
• Voorkoming van gasontploffingen
• Bescherming van brandgebieden door traagheid
• Ontploffingspreventie in kolentransportsystemen
• Remming van kooloxidatie

Op dit moment hebben de meeste grote steenkoolmijnen gecentraliseerde stikstofopwekkingsstations gebouwd en opgenomen in het veiligheidsoperatiesysteem van de mijn op lange termijn.

In dit artikel wordt systematisch het werkingsprincipe, de samenstelling van het systeem, de kernparameters, de selectielogica,en toekomstige ontwikkelingstrends van stikstofgeneratoren in kolenmijnen vanuit technisch oogpunt van de industrie.

Steenkool is een stof die gemakkelijk kan oxideren.

Wanneer de steenkoollaag aan de lucht wordt blootgesteld, ondergaat zij langzaam oxidatiereacties met zuurstof en geeft zij voortdurend warmte af.

Indien de warmte niet tijdig kan worden verdreven, zal dit resulteren in:

• Smolende
• Lokale hoge temperatuur
• Spontane verbranding van de steenkoollaag
• Brand verspreiding

Het risico op spontane verbranding is groter in mijnen, afgesloten gebieden en gebieden met overgebleven kolen in de tunnels.

Een gasontploffing vereist drie voorwaarden:

• Vlambaar gas
• Zuurstof
• Ontstekingsbron

Onder hen is de zuurstofconcentratie een belangrijke factor.

Door stikstof in de ondergrond te injecteren, kan het zuurstofgehalte effectief worden verminderd, waardoor het risico op explosie wordt verminderd.

Daarom is stikstofinercering een belangrijke veiligheidsmaatregel geworden voor mijnen met een hoog gasgehalte.

Traditionele brandblussen in kolenmijnen omvatten hoofdzakelijk:

• Verstopping met giet
• Sproeiwater
• Chemische brandblusmiddelen
• Isolatie en afdichting

Deze methoden hebben echter de volgende nadelen:

• Beperkt bereik
• Lange brandbluscyclus
• Hoog risico op secundaire herontsteking
• Complexe constructie

Hoewel stikstofbrandblussen tot de "gasinerterende brandpreventie en -blussen" behoort, heeft het de voordelen van een brede dekking en een sterke duurzaamheid.

Naarmate de diepte van de mijn toeneemt:

• De grondtemperatuur stijgt
• Toegenomen luchtlekken
• Veranderingen in de druk van de steenkoollaag
• Verhoogde uitstroom gas

Deze factoren verhogen het risico op brand en explosie in mijnen.

Daarom zijn moderne mijnen steeds meer afhankelijk van grootschalige, continue stikstofvoorzieningssystemen.

Een stikstofgenerator in een kolenmijn is een industriële apparatuur die continu stikstof uit de lucht haalt met behulp van luchtscheidingstechnologie.

De kerndoelstellingen zijn:

Om een beschermende inerte gasbron voor de mijn te bieden door een continue en stabiele productie van hoogzuivere stikstof.

Lucht bevat ongeveer 78% stikstof, dus de stikstofgenerator hoeft alleen zuurstof, vocht en onzuiverheden te scheiden om de vereiste stikstof te verkrijgen.

Momenteel wordt voornamelijk gebruik gemaakt van:

De meest gangbare oplossing.

Gewoonlijk:

• Hoge stikstofzuiverheid
• Stabiel functioneren
• Sterke aanvoercapaciteit
• geschikt voor grote steenkoolmijnen

Geschikt voor:

• Lage doorstroming
• Mobiele
• Scenario's met een lage zuiverheid

Het kenmerk is een eenvoudige structuur, maar de zuiverheid is relatief laag.

Momenteel gebruiken grote steenkoolmijnen nog steeds voornamelijk PSA-technologie.

PSA (Pressure Swing Adsorption) is een adsorptieproces met drukschommelingen.

Het kernprincipe is:

Gebruik van koolstofmoleculaire zeven om lucht te scheiden vanwege verschillende adsorptiesnelheden van zuurstof en stikstof.

De compressor comprimeert de lucht tot:

• 0.7 - 1,0 MPa

Dan komt het in het zuiveringssysteem.

Door:

• Cryogene droger
• Precisiefilter
• Olieverwijderingssysteem

Verwijder:

• Water
• Olie
• Stof

Om de koolstofmoleculaire zeef niet te besmetten.

De gecomprimeerde lucht komt in de adsorptietoren binnen:

Koolstofmoleculaire zeven adsorberen bij voorkeur zuurstof, kooldioxide en sommige onzuiverheden.

Stikstof wordt vastgehouden en uitgebracht.

Na verzadiging wordt de adsorptietoren snel gedempt.

De geadsorbeerde zuurstof wordt vrijgegeven en ontladen.

De koolstofmoleculaire zeef herstelt haar adsorptiecapaciteit.

Twee adsorptietorens werken afwisselend:

• Eén toren adsorbeert
• Eén toren regenereert.

Hierdoor wordt een continue en stabiele stikstofvoorziening bereikt.

Een complete koolmijn stikstofstation bestaat gewoonlijk uit de volgende onderdelen:

Functie:

Stabiele perslucht.

Gemeenschappelijke configuraties:

• liposuctiecompressor
• Permanente magneetcompressor met variabele frequentie

Met inbegrip van:

• Koeldroger
• droogmachine
• Precisiefilter
• Olieverwijder

De functie is om de moleculaire zeef te beschermen.

Kernapparatuur.

Het bestaat voornamelijk uit:

• Adsorptietoren
• koolstofmoleculaire zeef
• Pneumatische klep
• Dampener

Gebruikt voor:

• Stabilisatiedruk
• Balanceringsstroom
• Verzachtende schommelingen

Hij beseft:

• Automatische schakeling
• zuiverheidsbewaking
• Drukregeling
• Foutwaarschuwing
• Verwijderde controle

Met inbegrip van:

• Pipeline
• Druksysteem
• Nitrogeeninjectieboorgat

Verantwoordelijk voor het ondergrondse transport.

Bij de selectie van een stikstofopwekkingssysteem in een kolenmijn worden hoofdzakelijk de volgende parameters in aanmerking genomen.

Eenheid: Nm3/h

Gemeenschappelijk bereik:

• 200 tot 5000 Nm3/h

Voor grote steenkoolmijnen kan het nog hoger zijn.

Gemeenschappelijke vereisten:

Gewoonlijk onder controle:

• ≤ 1%
• ≤ 3%
• ≤ 5%

Afhankelijk van de arbeidsomstandigheden.

Een laag dauwpunt kan voorkomen dat:

• Condensatie in pijpleidingen
• Ondergrondse waterophoping
• Corrosie van apparatuur

Gemeenschappelijke vereisten:

• ≤ -40°C

De druk bij de uitlaat van het stikstofopwekkingssysteem bedraagt gewoonlijk:

• 0.6 - 1,3 MPa

De kerntoepassing.

Door voortdurende stikstofinjectie:

• Verlaag de zuurstofconcentratie.
• Het remt de oxidatie van steenkool.

• Vermijd herontsteking.
• Behoud van een langdurig stabiele inert-omgeving.

• Verminderen van het risico op explosiegrenswaarden.

Gebruikt voor:

• Berging van steenkoolpoeder
• Kooltransportband
• Stofruimte

Sommige kolenchemische bedrijven hebben een gecentraliseerde stikstofvoorziening.

Deze grote steenkoolmijn heeft:

• 2000 Nm3/h PSA stikstofopwekkingssysteem
• Nitrogeen zuiverheid 98%

Gebruikt voor lange termijn stikstofinjectie in mijnen.

Na werking van het systeem:

• CO-concentratie aanzienlijk verlaagd
• Temperatuur in brandzone stabiel
• Verminderd risico op zelfontsteking

Deze mijn met een hoog gasgehalte gebruikt:

• Dual redundant stikstofopwekkingssysteem

Bereiken:

• Voortdurende stikstoftoevoer
• Automatische schakeling
• Verwijderde controle

Effectief verhogen van het veiligheidsniveau in mijnen.

De kern is niet de grootte van de apparatuur.

Maar het werkelijke stikstofverbruik.

Moet berekenen:

• Leakagevolume
• Volume van het oxidatiegebied
• Duur van stikstofinjectie

Een hogere zuiverheid betekent:

• Verhoogd energieverbruik
• Verhoogd luchtverbruik

Niet noodzakelijk hoe hoger hoe beter.

Voor de installatie van mijnen voor steenkool is meestal vereist:

• 24 uur werken
• Jaarlijkse continue werking van meer dan 8000 uur

Steenkoolmijnen behoren tot speciale omgevingen.

Moet voldoen aan:

• Explosiebestendige elektrische bediening
• Explosiebestendige motor
• Veiligheidsvoorschriften voor mijnen

Moderne mijnen leggen meer nadruk op:

• Onbewaakte werking
• Afstandsbediening
• Gegevensnetwerken

De grootste energieverbruiksbron van het stikstofopwekkingssysteem in de steenkoolmijn is:

Elektriciteitsverbruik van luchtcompressoren

Gewoonlijk is dit meer dan 70% van het totale energieverbruik

Factoren die van invloed zijn op het energieverbruik

• Nitrogeen zuiverheid
• Compressiedruk
• luchtvochtigheid
• Moleculaire zeef-efficiëntie
• Efficiëntie van het schakelen van de klep

Hoe kan men het energieverbruik verminderen?

• Om de verliezen bij gedeeltelijke lading te verminderen.

• Overmatige zuiverheid zal het energieverbruik aanzienlijk verhogen.

• Een lek veroorzaakt enorm energieverspilling.

• Verminder de drukdaling.

Blocage leidt tot:

• Verhoogde drukdaling
• Verhoogd energieverbruik

Een storing van de moleculaire zeef veroorzaakt:

• Verminderde zuiverheid
• Teveel zuurstofgehalte

Pneumatische kleppen zijn componenten met een hoge frequentie.

Ze vereisen speciale onderhoud.

Met inbegrip van:

• Verander de smeerolie
• Controleer de lagers.
• Controleer het koelsysteem.

• Zorg voor de nauwkeurigheid van de zuiverheidsdetectie.

Veel voorkomende redenen:

• Veroudering van moleculaire zeven
• Valvelekkage
• Overmatig vochtgehalte in lucht
• Onstabiele druk

De productie van PSA-stikstof is afhankelijk van een stabiele adsorptiedruk.

Na drukdaling:

• De zuurstof adsorptiecapaciteit neemt af.
• De zuiverheid zal onmiddellijk fluctueren.

Een snelle depressurisatie is gunstig voor:

• Moleculaire zeefregeneratie
• Verbetering van de adsorptie-efficiëntie

Een frequent starten en stoppen zal:

• Verhoog slijtage van de kleppen
• Beïnvloed de levensduur van moleculaire zeven
• De oorzaak is onstabiele zuiverheid.

De uitrusting voor stikstofproductie in kolenmijnen moet gewoonlijk voldoen aan:

Veiligheidsnormen voor kolenmijnen, waaronder:

• Explosiebestendige voorschriften
• Elektrische voorschriften voor mijnen
• Veiligheidscontrole

Reglement voor drukvaten

Het gaat om:

• Gasopslagtanks
• Drukleidingen

Normen voor het testen van de zuiverheid van gassen

Zorg ervoor dat:

• Het zuurstofgehalte voldoet aan de normen.
• Gasstabiliteit voldoet aan de normen

In de toekomst zullen steenkoolmijnen de neiging hebben:

• Centrale stikstofopwekkingsstations.

Met inbegrip van:

• AI Foutvoorspelling
• Onderhoud op afstand
• Gegevensnetwerken

• Verminderen van het elektriciteitsverbruik per stikstofeenheid.

• Verkorte installatietijd.

• Verminderen van menselijke interventie.