燃煤发电灵活性标准体系建设

提升燃煤火力发电灵活性是促进新能源消纳,实现能源绿色低碳转型和安全保障的重要抓手,构建完善的燃煤发电灵活性标准体系是推动燃煤火力发电灵活性发展的关键环节。围绕燃煤火力灵活发电内涵,分析了当下火力燃煤发电灵活性改造建设面临的4个主要挑战:灵活性指标难突破、灵活性下安全问题突出、灵活性下经济性指标大幅下降、灵活性下清洁性难保障。应对4个挑战,初步构建了综合考虑目标、专业门类和功能序列的燃煤发电灵活性标准体系框架,覆盖通用、设计、制造、安装、试验、计量、运行、评价等流程。结合燃煤发电灵活性发展现状以及相关标准情况,提出将灵活性标准术语及评价、机组灵活性安全运行和寿命评价、燃煤机组灵活性运行下效率评价、二氧化碳检测及污染物排放控制、燃煤火力发电机组在线监控等作为重点标准建设领域,其中效率评价方法重点考虑非稳态及深度调峰非常态工况,特别重视煤质、煤流等燃料侧在线监测技术及耦合燃料-燃烧-工质流动等灵活控制标准的建立。标准体系框架的构建及相关建议的提出,为我国燃煤火力发电灵活性标准修订提供参考。

小窑火区下采空区有害气体防治技术研究

小窑火区下回采工作面易发生上隅角低氧和有害气体超限,严重制约着矿井安全生产。为理清采空区有害气体的运移规律,以达西定律、扩散定律、流体动力弥散定律为基础构建了采空区气体运移的数学模型,利用COMSOL Multiphysics反演了沙坪矿13102工作面采空区有害气体的运移过程。结果表明:新鲜风流从进风巷道以及工作面流入采空区,然后从上隅角流出,在风流的带动下CH_(4)和CO从上隅角流出,导致工作面上隅角CH_(4)和CO体积分数超限、工作面低氧,在此基础上提出上隅角埋管抽采和均压通风的措施防治工作面上隅角低氧、有害气体超限,数值模拟发现上隅角埋管抽采只能防治工作面低氧的问题,而均压通风既能够防治工作面低氧还能阻止采空区有害气体涌向工作面。

煤矿火灾智能预警系统研发与应用

目前煤矿火灾监测系统实现了对矿井煤自燃标志性气体、温度、烟雾、火焰等部分指标的单独监测,未对煤矿火灾相关因素进行有效、全面、统一的监测。针对该问题,从内因、外因2个方面分析了煤矿火灾潜在危险因素,提出一种分源分区监测火情态势的方法。内因火灾方面,主要针对较易发生火灾的工作面采空区、密闭采空区及人工自然发火观测点等进行监测;外因火灾方面,主要针对机电硐室及其配电点、带式输送机系统、电缆等方面进行监测。建立了煤矿火灾分源分区监测指标体系,采用人工监测或在线监测的方式定期采集或更新火灾特征参量数据,按数据采集方式及影响程度,将火灾监测指标分为动态指标、静态指标和关联指标。设计了火灾智能预警系统的总体架构和业务流程,采用基于多指标联合逻辑推理的预警方法实现内因火灾预警,采用基于D-S证据理论的多参量融合预警方法实现外因火灾预警。现场试验结果表明,火灾智能预警系统实现了对矿井火灾的有效监测预警,具有煤矿火灾风险预警“一张图”可视化展示功能,同时具备火灾智能模拟演示功能及避灾路线动态规划功能。

锦丘煤矿工作面自然火灾治理技术

为解决锦丘煤矿井下煤层快速氧化问题,联合使用排除法+钻孔探测迅速锁定危险区域,针对各氧化原因提出相应的治理措施并现场应用,最后建立井下火灾检测系统和灭火系统,并对重点区域提出火灾防治方案。结果表明:针对12306工作面采空区因积水浸媒体导致煤岩快速氧化,采用喷洒阻化剂+注浆的治理方案在第13天降至最低值,而后CO浓度保持在0.0015%~0.0043%区间内;针对12307工作面采空区留设支撑煤柱压裂氧化放热的情况,采用围煤柱浇筑厚30 cm的混凝土墙,并注浆+氮气堕化空区的治理方案,发现采空区CO浓度震荡式下降后对封闭墙加固,最终在第12天降至最低值,CO浓度保持在0.0017%~0.0041%的区间内。

基于不同高度异常交叉约束反演的航空磁法探测遗煤火区

煤矿采空区遗煤自燃过程中产生化学作用合成了高磁性的铁磁性矿物,表现为高磁异常。针对采空区遗煤自燃区的分布,利用探测高度越高越能有效突出更大深度自燃区的特点,来揭示不同深度的自燃区特征。建立不同高度航空磁法立体探测技术,采用交叉约束,实现不同高度航磁数据联合反演,进而获取自燃区的三维分布结构;结合围岩物性资料,从而确定采空区遗煤自燃区的具体分布范围。该方法可以提升不同深度场源的分辨率,更加准确地揭示深部火区的分布,为采空区遗煤自燃区治理及煤矿安全提供重要保障。

新疆硫磺沟煤火治理区地表热异常遥感监测研究

为研究新疆硫磺沟煤田火区热场演化过程和治理效果,利用热红外遥感技术进行监测研究。将火区划分为万家窑、浅水河、卡拉扎3个火区块段,监测期限分为煤火燃烧期、煤火复燃风险期、煤火治理现状期3个阶段,利用单窗算法反演各阶段多期地表温度,采用离散度识别火区热异常,分析煤火空间分布格局演化过程,并对探测结果进行验证。结果表明,在2000年治理前,3个火区块段的热异常面积为467.82万m 2,2004年第一轮灭火工程治理后,热异常面积大幅减少至29.34万m 2;随后由于矿山违规开采,2018年热异常面积增加至712.74万m 2,经过第二轮灭火工程治理,2021年的热异常面积减少至16.57万m 2。经实地调查,排除烧变岩干扰影响,煤火治理现状期地表热异常与实地情况相符,浅水河火区块段仍然存在自燃现象,卡拉扎、万家窑火区块段的煤火自燃现象基本消除,治理区地表景观和生态环境大幅改善。

煤火区不同温度后砂岩动态特性试验研究

为揭示煤火燃烧区砂岩的动态力学行为规律及特性,本文以宁夏汝籍沟煤田火区砂岩为研究对象,采用分离式霍普金森压杆试验装置对其进行多次冲击试验。本文选择25、200、400、600、800和1000℃6个温度等级,冲击气压0.58、0.60和0.62 MPa 3个气压等级为试验参数,研究不同冲击气压下不同高温后砂岩试件的动态力学参数及动态破坏形态的影响规律。研究表明:在同一冲击气压作用下,砂岩应变率随温度的升高而增大,而峰值应力随温度的升高而降低;当砂岩处于同一热处理温度时,砂岩的应变率随冲击气压的增大而增大。在冲击气压为0.6 MPa时,常温和热处理温度为200、400、600℃砂岩试件的破坏裂纹均出现在侧表面;热处理温度为800和1000℃砂岩试件的撞击端呈粉碎性破坏。煤火区砂岩在不同温度下的热损伤能够改变其动态力学性能。

新疆吐哈煤田急倾斜煤层火区精准勘查技术研究——以吐鲁番221团煤矿为例

新疆煤田火区是我国乃至世界上最大的煤田火区,煤火不仅消耗掉大量煤炭资源,同时其燃烧后释放的有毒有害气体也对大气环境造成了严重污染,对国土资源也造成了严重的破坏,极大的影响了当地经济、社会与生态的发展。因此精准勘查火区范围对治理煤田火区具有重要意义。由于各个火区所处的煤田地质条件并不一致,且发火影响因素有差异,所以目前针对火区的勘查手段并没有统一的执行标准,同时通过单一的勘查手段并不能完全准确查明煤田火区的燃烧状况,而为了提高勘测精准程度就需要使用更多的勘查手段,这便使得勘查成本大幅提升。为了平衡好勘查精准程度与勘查成本,本次针对新疆吐哈煤田急倾斜煤层火区采用了综合勘查手段,通过实践研究表明,在控制成本的基础上,本次采用的综合勘查手段有很高的准确度和可靠性,为其他具有类似地质与开采技术条件的煤田火区精准勘查提供了良好的借鉴。

保德煤矿选煤厂排矸场火区治理方案

为解决保德煤矿选煤厂矸石山自燃造成的环境问题,提出在斜坡坡顶平台位置施工钻孔、注浆加固治理的思路。采用在治理区打孔注浆,利用水泥粉煤灰复合浆液对边坡松散煤矸石堆积区进行加固,建立重力式挡土结构,同时对着火区域进行注浆灭火,完成以上工作后进行坡表覆土,以期彻底熄灭排矸场内部燃点,消除其地生态环境威胁。

高温煤岩体电性特征及地球物理数值模拟研究

为指导煤田火区地球物理勘探技术,判断煤火发展的阶段,精准识别隐蔽火区边界,通过分析岩石的导电机理、狭义的煤岩体电性特征,有针对性地展开煤及煤围岩高温电性研究。通过实验测试煤岩体在不同温度下的电阻值,总结出煤岩石电阻率随温度的变化规律及其影响机制;以数值模拟方法为手段,建立煤田火区地电模型并开展瞬变电磁(TEM)正反演计算。结果表明:煤的电阻率随着温度升高而减小,在高温阶段煤的含碳量是影响其电阻率的主导因素;干燥煤围岩的电阻率随温度的升高而降低,热动力条件下自由移动的载流子数量是影响其电阻率的主导因素;高温煤比高温围岩引起的瞬变电磁异常响应幅值大得多,瞬变电磁中心回线装置对于高温火区的耦合效果最佳,火区埋深越浅电性异常效果越明显。

株柏煤矿急倾斜煤层采空区防灭火技术研究

急倾斜煤层回采过程中较缓倾斜和倾斜煤层更易发生煤体自然发火灾害,相关防治方案的制定和工程施工也更加困难。工作面回采形成的采空区内需要留设保护煤柱,同时采空区具有空室体积大、漏风严重等特点,导致采空区内煤体自然发火诱因多,加之急倾斜煤层的地质特点,使得对采空区内火灾问题的预防和控制较为困难。为保证工作面的安全接续开采,采空区防灭火技术研究成为实现急倾斜煤层条件下安全生产的重中之重。本文结合株柏煤矿地质特征和工作面回采特征,分析诱发火灾的关键因素,相应设计煤矿火灾监测系统,并对工作面回采前、回采期间及回撤期间采空区的防灭火措施展开研究。研究方案可为株柏煤矿及其他同类型矿井火灾防治作业提供技术参考和借鉴。

保德煤矿选煤厂排矸场火区治理方案

为解决保德煤矿选煤厂矸石山自燃问题,彻底熄灭排矸场内部着火点,消除生态环境威胁,拟采用在斜坡坡顶平台位置施工钻孔、注浆加固治理方法。采用治理区域打孔注浆,采用水泥粉煤灰复合浆液对边坡松散煤矸石堆积区域进行加固,形成似重力式挡墙结构,同时对隐伏着火区域进行注浆灭火治理,加固后对治理区域边坡进行坡表覆土。

浅埋煤层采空区上覆火区综合探测研究

以国家能源集团乌海能源有限责任公司公乌素煤矿南采区为研究对象,结合磁法与测氡法,在已知火区试验工作的基础上,对南采区井筒周围及露头区指定区域进行了双重探查,利用火区磁性异常变化特征及氡气浓度差异原理,经过采集数据并进行资料分析对比,解释划定了南采区井筒周边及露头区正常区、增温燃烧区、降温燃烧区或熄灭区范围,为下一步火区治理工作提供了基础依据,对有针对性地实施灭火工程具有重要的指导意义。

基于DEM的煤火自燃温度反演算法研究

为了研究乌达煤矿煤火特征的分布及变化,采用3种不同的遥感反演温度算法(单窗算法、单通道算法、Artis算法),并通过阈值分割法提取2005年的乌达煤田火区温度,与叠加的实测煤火矢量图进行对比分析。结果表明,提取的温度异常区域与直接采用星上亮度温度图提取区域基本相同,其中Artis算法重叠度最低,单窗算法和单通道算法重叠度相同,而直接用星上亮度温度重叠度最高。通过比对分析该地区的地表覆盖类型和数字高程模型(DEM),发现乌达煤矿出现的北部高温异常和中部低温异常与地表覆盖类型和地形变化相关,在南部受干扰较小的区域与实测区重叠度达60%以上。选择该地区11号煤火区为研究区域,对比2005—2012年的煤火时空变化,结果表明2005—2010年的煤火温度异常的范围表现为波动的变化,2010年后的煤火范围缩小,煤火得到一定控制,未发生明显反复。

煤火释放气体影响区域模拟

选取煤火现象较为严重的乌达煤田火区为研究区,以高斯烟羽模型为气体扩散模拟算法,在ArcGIS平台上采用点源模拟的方式对乌达煤田火区煤火释放主要气体——CO,CO2,CH4,SO2的影响范围和浓度分布进行模拟。结果表明,在西风盛行的乌达区,污染气体沿着下风向扩散,其浓度分布呈现高斯分布特点;乌达城区处于较高浓度的影响区域,居民的生活环境受到了严重威胁。

京津冀燃煤工业和生活锅炉的技术分布与大气污染物排放特征

燃煤工业和生活锅炉(下称燃煤锅炉)是京津冀地区大气污染控制的重点,分析其污染物排放特征对燃煤锅炉的污染控制具有重要意义.对京津冀地区燃煤锅炉的容量、锅炉种类、除尘方式、实际除尘效率等技术分布信息进行了统计,在此基础上建立了基于技术分布信息的2012年京津冀地区燃煤锅炉大气污染物排放清单,并分析了技术特征对燃煤锅炉大气污染物排放的影响.结果表明:京津冀地区燃煤锅炉以10 t/h及以下的小容量锅炉为主,主要炉型为层燃炉,除尘方式以湿式除尘及多管旋风除尘为主;2012年京津冀地区燃煤锅炉的SO2、NOx、颗粒物、PM10和PM2.5排放量分别为90.81×104、30.88×104、31.46×104、14.64×104和8.07×104t,排放主要集中于10 t/h及以下和35 t/h以上的锅炉;天津、石家庄、保定、唐山是锅炉污染物排放量最大的城市;供热、食品、化工、造纸是燃煤锅炉排放最集中的行业.京津冀地区不同城市锅炉的容量及行业分布差异明显,各城市对燃煤锅炉应因地制宜采取天然气替代、集中供热等措施,以控制燃煤锅炉的污染物排放.

基于ASTER数据的煤田火区温度异常信息提取方法研究——以新疆轮台县阳霞火区为例

为了检测煤田火区引起的地面温度异常地区,利用热红外遥感的手段,在讨论了ASTER数据地表温度反演的方法的基础上,应用ASTER热红外波段数据反演地表温度,把得到的温度影像进行阈值分割来提取地表温度异常信息,然后与实地测量得到的该区域的地表火区分布情况进行了对比验证。试验表明:从ASTER卫星图像上提取的温度异常区和实地测量圈定的煤田火区分布位置具有较好的对应关系。

基于DS-InSAR的乌达煤田火区长时序地表形变监测与分析

煤火燃烧不仅浪费了大量煤炭资源,而且严重破坏了火区生态环境,而传统监测方法存在范围小、频率低、成本高、危险大等问题。为此,研究了一种基于分布式目标合成孔径雷达干涉测量(distributed scatterer interferometric synthetic aperture Radar,DS-InSAR)技术的煤田火区监测方法。该方法通过快速同质点识别算法(fast statistically homogeneous pixels selection,FaSHPS)选取同质点,然后利用特征值分解方法对这些同质点进行相位优化,并根据时间相干性获取最终的分布式目标,最后结合短基线集(small baseline subsets,SBAS)InSAR处理步骤解算时序地表形变。以2017年3月—2019年4月63景Sentinel-1A影像为数据源,利用本文方法获取了乌达煤田时序地表沉降,并与临时相干点合成孔径雷达干涉测量(temporarily coherent point interferometric synthetic aperture Radar,TCP-InSAR)技术监测结果进行了可靠性验证,结果表明:两者间的相关系数为0.84,监测点位密度比TCP-InSAR提高1.24倍;乌达煤田存在严重的地表形变现象,研究区域内最大形变速率为-215 mm/a;煤火区在秋冬季节地表形变变化相对较快,且具有多个形变延伸方向及发育程度不同的沉降中心。

不同污染区土壤汞的分布特征及变化规律

为揭示不同污染区重金属汞在土壤中的存在形态及分布特征,选取万山汞矿区、大龙燃煤电厂区为研究区域,以无污染区花溪区为对照,选择优化的Tessier连续化学浸提法进行汞的形态分析。结果表明:万山汞矿区与大龙燃煤电厂的土壤总汞平均值分别为22.7 mg/kg和0.648 mg/kg,均超过我国土壤环境质量二级标准(0.5 mg/kg),无污染对照区土壤总汞平均为0.179 mg/kg。在水平方向上,万山汞矿区靠近污染源的土壤汞含量相对较高,随着距离的增加而下降;大龙燃煤电厂区土壤汞在距燃煤电厂2.5 km范围内呈现先减小后增大的趋势。汞矿区土壤汞主要以残渣态(66.6%)为主,其次为有机结合态(30.0%);燃煤电厂则主要以有机结合态(75.7%)为主,其次为残渣态(17.46%);无污染区主要以残渣态(59.1%)为主,其次为有机结合态(28.9%)。内梅罗污染综合指数显示,万山汞矿区的土壤污染指数为107,为重度污染,这与污染源强度大有关,2004—2017年,总汞含量呈下降趋势;大龙燃煤电厂土壤污染指数为1.57,为轻度污染,同时土壤汞以有机结合态为主,潜在生物有效性相对较高,有一定的环境生态风险。

露头煤层自燃相似实验研究及热释放速率计算

为了研究露头煤层自燃发火过程以及判定火灾发展状态与趋势,自主设计了露头煤层自燃过程相似模拟系统实验装置。通过分析相似模拟实验数据,得到火区气体CO_2,CO,O_2体积分数与温度之间的变化关系具有良好的相关性,可作为判定火灾状态的标志性气体,并拟合出O_2体积分数与温度之间的关系方程。根据氧消耗原理及相关理论,得到了煤在干燥环境中阴燃状态下的热释放速率简化关系方程,为煤田火灾的研究和防治提供了参考依据。