Technische Analyse von Stickstoffgeneratoren in Kohlengruben: Kerngeräte zur Verhinderung und Löschung von Bränden in Kohlengruben

Im System zur Sicherheitsproduktion in Kohlebergwerken waren Brände, Gasexplosionen und Selbstentzündung von Kohleflözen schon immer hochriskante Probleme. Insbesondere mit zunehmender Abbautiefe des Bergwerks steigen Risiken wie Luftleckagen in ausgeförderten Bereichen, Kohleoxidation und Selbstentzündung von Kohle erheblich an. Traditionelle Belüftungs- und Brandbekämpfungsmethoden reichen nicht mehr aus, um die Anforderungen des modernen Sicherheitsmanagements in Kohlebergwerken zu erfüllen.

In diesem Zusammenhang ist der "Kohlebergwerk-Stickstoffgenerator" zu einem wichtigen Bestandteil des Minensicherheitssystems geworden.

Durch die Erzeugung von hochreinem Stickstoff vor Ort und dessen kontinuierliche Einleitung in den Untergrund kann die Sauerstoffkonzentration effektiv reduziert und eine inerte Umgebung geschaffen werden, wodurch Folgendes erreicht wird:

• Verhinderung von Bränden in ausgeförderten Bereichen
• Verhinderung von Gasexplosionen
• Inertisierungsschutz von Brandzonen
• Verhinderung von Explosionen in Kohlefördersystemen
• Unterdrückung der Kohleoxidation

Derzeit haben die meisten großen Kohlebergwerke zentralisierte Stickstofferzeugungsstationen für Kohlebergwerke errichtet und in das langfristige Sicherheitssystem des Bergwerks integriert.

Dieser Artikel analysiert systematisch das Arbeitsprinzip, die Systemzusammensetzung, die Kernparameter, die Auswahllogik und die zukünftigen Entwicklungstrends von Stickstoffgeneratoren für Kohlebergwerke aus technischer Sicht der Branche.

Kohle ist eine leicht oxidierbare Substanz.

Wenn das Kohleflöz der Luft ausgesetzt ist, durchläuft es langsam Oxidationsreaktionen mit Sauerstoff und setzt kontinuierlich Wärme frei.

Wenn die Wärme nicht rechtzeitig abgeführt werden kann, führt dies zu:

• Schwelbrand
• Lokale hohe Temperatur
• Selbstentzündung des Kohleflözes
• Brandausbreitung

Das Risiko der Selbstentzündung ist in ausgeförderten Bereichen, abgedichteten Bereichen und Bereichen mit Restkohle in den Stollen höher.

Eine Gasexplosion erfordert drei Bedingungen:

• Brennbares Gas
• Sauerstoff
• Zündquelle

Unter diesen ist die Sauerstoffkonzentration ein Schlüsselfaktor.

Durch die Einleitung von Stickstoff in den Untergrund kann der Sauerstoffgehalt effektiv reduziert und somit das Explosionsrisiko gesenkt werden.

Daher ist die Stickstoffinertisierung zu einer wichtigen Sicherheitsmaßnahme für Gruben mit hohem Gasvorkommen geworden.

Die traditionelle Brandbekämpfung in Kohlebergwerken umfasst hauptsächlich:

• Verstopfen mit Verfüllung
• Sprühen von Wasser
• Chemische Brandbekämpfung
• Isolierung und Abdichtung

Diese Methoden haben jedoch folgende Nachteile:

• Begrenzter Abdeckungsbereich
• Langer Brandbekämpfungszyklus
• Hohes Risiko einer sekundären Wiederentzündung
• Komplexe Konstruktion

Während die Stickstoffbrandbekämpfung zur "gasförmigen Inertisierung zur Brandverhütung und -bekämpfung" gehört, bietet sie die Vorteile einer breiten Abdeckung und einer starken Persistenz.

Mit zunehmender Abbautiefe des Bergwerks:

• Anstieg der Bodentemperatur
• Erhöhte Luftleckage
• Änderungen des Flözdrucks
• Erhöhter Gasaustritt

Diese Faktoren erhöhen das Risiko von Bränden und Explosionen in Kohlebergwerken.

Daher verlassen sich moderne Bergwerke zunehmend auf groß angelegte kontinuierliche Stickstoffversorgungssysteme.

Ein Kohlebergwerk-Stickstoffgenerator ist eine Industrieanlage, die mittels Luftzerlegungstechnologie kontinuierlich Stickstoff aus der Luft gewinnt.

Sein Kernziel ist:

Bereitstellung einer schützenden Inertgasquelle für das Bergwerk durch kontinuierliche und stabile Ausgabe von hochreinem Stickstoff.

Luft enthält etwa 78 % Stickstoff, daher muss der Stickstoffgenerator nur Sauerstoff, Feuchtigkeit und Verunreinigungen abtrennen, um den benötigten Stickstoff zu erhalten.

Derzeit verwendet die Kohlebergbauindustrie hauptsächlich:

Die gängigste Lösung.

Merkmale:

• Hohe Stickstoffreinheit
• Stabiler Betrieb
• Starke kontinuierliche Versorgungskapazität
• Geeignet für große Kohlebergwerke

Geeignet für:

• Geringer Durchfluss
• Mobil
• Szenarien mit geringer Reinheit

Sein Merkmal ist eine einfache Struktur, aber die Reinheit ist relativ gering.

Derzeit werden in großen Kohlebergwerken immer noch hauptsächlich PSA-Technologien eingesetzt.

PSA (Pressure Swing Adsorption) ist ein Druckwechseladsorptionsverfahren.

Das Kernprinzip ist:

Verwendung von Kohlenstoff-Molekularsieben zur Lufttrennung aufgrund unterschiedlicher Adsorptionsgeschwindigkeiten von Sauerstoff und Stickstoff.

Der Luftkompressor komprimiert die Luft auf:

• 0,7 - 1,0 MPa

Dann tritt sie in das Reinigungssystem ein.

Durch:

• Kältetrockner
• Feinfilter
• Ölabscheidesystem

Entfernen:

• Wasser
• Öl
• Staub

Um das Kohlenstoff-Molekularsieb nicht zu kontaminieren.

Die komprimierte Luft tritt in den Adsorptionsturm ein:

Kohlenstoff-Molekularsiebe adsorbieren bevorzugt Sauerstoff, Kohlendioxid und einige Verunreinigungen.

Stickstoff wird zurückgehalten und ausgegeben.

Nach Sättigung entspannt sich der Adsorptionsturm schnell.

Der adsorbierte Sauerstoff wird freigesetzt und abgeleitet.

Das Kohlenstoff-Molekularsieb erholt seine Adsorptionskapazität.

Zwei Adsorptionstürme arbeiten abwechselnd:

• Ein Turm adsorbiert
• Ein Turm regeneriert

Dadurch wird eine kontinuierliche und stabile Stickstoffversorgung erreicht.

Eine vollständige Stickstoffstation für Kohlebergwerke besteht in der Regel aus folgenden Teilen:

Funktion:

Bereitstellung stabiler Druckluft.

Gängige Konfigurationen:

• Ansaugkompressor
• Permanentmagnet-Frequenzumrichterkompressor

Einschließlich:

• Kühltrockner
• Trocknungsmaschine
• Feinfilter
• Ölabscheider

Seine Funktion ist der Schutz des Molekularsiebs.

Kernausrüstung.

Sie besteht hauptsächlich aus:

• Adsorptionsturm
• Kohlenstoff-Molekularsieb
• Pneumatisches Ventil
• Dämpfer

Verwendet für:

• Stabilisierung des Drucks
• Ausgleich des Durchflusses
• Minderung von Schwankungen

Realisert:

• Automatische Umschaltung
• Reinheitsüberwachung
• Druckregelung
• Fehleralarm
• Fernüberwachung

Einschließlich:

• Rohrleitung
• Druckbeaufschlagungssystem
• Stickstoffeinspritzbohrung

Verantwortlich für den unterirdischen Transport.

Bei der Auswahl eines Stickstofferzeugungssystems für Kohlebergwerke werden hauptsächlich folgende Parameter berücksichtigt.

Einheit: Nm³/h

Üblicher Bereich:

• 200 - 5000 Nm³/h

Für große Kohlebergwerke kann er noch höher sein.

Übliche Anforderungen:

Normalerweise kontrolliert:

• ≤ 1 %
• ≤ 3 %
• ≤ 5 %

Abhängig von den Arbeitsbedingungen.

Ein niedriger Taupunkt kann vermeiden:

• Kondensation in Rohrleitungen
• Wasseransammlung unter Tage
• Korrosion von Geräten

Übliche Anforderungen:

• ≤ -40 °C

Der Druck am Ausgang des Stickstofferzeugungssystems beträgt normalerweise:

• 0,6 - 1,3 MPa

Die Kernanwendung.

Durch kontinuierliche Stickstoffeinleitung:

• Reduzierung der Sauerstoffkonzentration.
• Unterdrückung der Kohleoxidation.

• Verhinderung von Wiederentzündung.
• Aufrechterhaltung einer langfristig stabilen Inertumgebung.

• Reduzierung des Risikos von Explosionsgrenzen.

Verwendet für:

• Kohlenstaublagerung
• Kohleförderband
• Staubraum

Einige Kohlechemieunternehmen setzen auf zentrale Stickstoffversorgung.

Dieses große Kohlebergwerk verwendet:

• 2000 Nm³/h PSA-Stickstofferzeugungssystem
• Stickstoffreinheit 98 %

Verwendet für langfristige Stickstoffeinleitung in ausgeförderte Bereiche.

Nach Systembetrieb:

• CO-Konzentration signifikant gesunken
• Temperatur der Brandzone stabil
• Risiko der Selbstentzündung reduziert

Dieses Bergwerk mit hohem Gasvorkommen verwendet:

• Dual-redundantes Stickstofferzeugungssystem

Erreicht:

• Kontinuierliche Stickstoffversorgung
• Automatische Umschaltung
• Fernüberwachung

Effektive Erhöhung des Minensicherheitsniveaus.

Der Kern ist nicht die Größe der Ausrüstung.

Sondern der tatsächliche Stickstoffverbrauch.

Muss berechnen:

• Leckvolumen
• Volumen der Oxidationsfläche
• Dauer der Stickstoffeinspritzung

Höhere Reinheit bedeutet:

• Erhöhter Energieverbrauch
• Erhöhter Luftverbrauch

Nicht unbedingt besser, je höher.

Ausrüstung für Kohlebergwerke erfordert in der Regel:

• 24-Stunden-Betrieb
• Jährlicher Dauerbetrieb von mehr als 8000 Stunden

Kohlebergwerke gehören zu Sonderumgebungen.

Muss erfüllen:

• Explosionsgeschützte elektrische Steuerung
• Explosionsgeschützter Motor
• Bergwerkssicherheitsvorschriften

Moderne Bergwerke legen mehr Wert auf:

• Unbeaufsichtigter Betrieb
• Fernsteuerung
• Datenvernetzung

Die größte Energieverbrauchsquelle des Stickstofferzeugungssystems für Kohlebergwerke ist:

Stromverbrauch der Luftkompressoren

Macht in der Regel mehr als 70 % des gesamten Energieverbrauchs aus

Faktoren, die den Energieverbrauch beeinflussen, einschließlich:

• Stickstoffreinheit
• Kompressionsdruck
• Luftfeuchtigkeit
• Effizienz des Molekularsiebs
• Effizienz des Ventilwechsels

Wie kann der Energieverbrauch reduziert werden?

• Zur Reduzierung von Teillastverlusten.

• Übermäßige Reinheit erhöht den Energieverbrauch erheblich.

• Lecks verursachen enorme Energieverschwendung.

• Reduzierung des Druckabfalls.

Verstopfung führt zu:

• Erhöhter Druckabfall
• Erhöhter Energieverbrauch

Ausfall des Molekularsiebs führt zu:

• Reduzierte Reinheit
• Erhöhter Sauerstoffgehalt

Pneumatische Ventile sind Komponenten mit häufigem Betrieb.

Sie erfordern besondere Wartung.

Einschließlich:

• Wechsel des Schmieröls
• Überprüfung der Lager
• Überprüfung des Kühlsystems

• Sicherstellung der Genauigkeit der Reinheitserkennung.

Häufige Gründe:

• Alterung von Molekularsieben
• Ventilundichtigkeiten
• Übermäßiger Feuchtigkeitsgehalt in der Luft
• Instabiler Druck

Die PSA-Stickstoffproduktion beruht auf einem stabilen Adsorptionsdruck.

Nach Druckabfall:

• Die Sauerstoffadsorptionskapazität nimmt ab.
• Die Reinheit schwankt sofort.

Schnelle Entspannung ist vorteilhaft für:

• Regeneration des Molekularsiebs
• Verbesserung der Adsorptionseffizienz

Häufiges Starten und Stoppen wird:

• Ventilverschleiß erhöhen
• Lebensdauer von Molekularsieben beeinträchtigen
• Instabile Reinheit verursachen

Stickstofferzeugungsanlagen für Kohlebergwerke müssen in der Regel folgende Vorschriften einhalten:

Sicherheitsstandards für Kohlebergwerke, einschließlich:

• Explosionsschutzvorschriften
• Bergwerk-Elektrovorschriften
• Sicherheitsüberwachungsvorschriften

Druckbehältervorschriften

Betrifft:

• Gasspeicher
• Druckleitungen

Gaszertifizierungsteststandards

Sicherstellen:

• Sauerstoffgehalt entspricht den Standards
• Gasstabilität entspricht den Standards

In Zukunft tendieren Kohlebergwerke dazu:

• Zentrale Stickstofferzeugungsstationen zu haben.

Einschließlich:

• KI-Fehlerprognose
• Fernwartung
• Datenvernetzung

• Reduzierung des Stromverbrauchs pro Stickstoffeinheit.

• Verkürzung der Installationszeit.

• Reduzierung menschlicher Eingriffe.