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。

区域性大型燃煤机组供热改造研究

对“三北”地区的供热改造进行分析,总结各供热改造方案在供热能力、经济收益以及环保效益等方面的优势,同时针对投资成本、安全隐患和技术瓶颈等不足进行了归纳。研究认为,为适应不断增长的供热节能需求,仍需要深度开发原有燃煤机组的供热能力,同时需重视并保证其能源利用的效率。此外,市场化的能源政策也是决定供热改造方式的重要因素,集中供热有望在未来的供热改造中发挥更重要的作用。

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。

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。

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。

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。

露头煤层火区自然通风机理研究

为了得到露头煤层火区自然通风的机理,通过对露头煤层火区自然通风系统的剖析推理,得知火区自然通风包含通过火区和不通过火区两类通风线路。数值模拟结果表明:火风压与自然风压共同作用为火区提供通风动力;气体的运动符合能量守恒定律、达西定律(进风通道)和布西涅斯基窄缝流体运动规律(回风通道),并推导得到了气体运动参数方程。

露天煤矿高温爆破技术研究

宁煤大峰露天矿岩石炮孔温度有的高达200℃,为确保爆破的装药联网施工安全,必须将炮孔温度降到60℃以下,且需保证炮孔温度维持半小时以上不升温反弹。结合国内现有高温爆破方法,选择了生产成本较低的注水降温方法进行降温,然而注水降温方法有温度回升快的缺点,经过现场生产实验,研发出了水中加CaCl2、MgCl2的炮孔注水降温方法,炮孔温度降到60℃以下后,选用粉状乳化炸药,外缠三层石棉,用导爆索联接齐发起爆,满足了安全生产要求。

基于系统聚类的中国碳交易市场初步研究

借助于DSR模型,从城市发展的驱动力和发展状态两个维度,选取碳交易市场建立时考虑的8个指标,以中国30个省市自治区2005～2009年统计数据为样本,基于系统聚类分析,对中国碳交易市场进行了初步研究,结果表明:中国应首先构建跨省区域性碳交易市场;碳交易市场的构建应分层逐步推进,建立代表性省份对应的碳交易先行区;火力发电应作为中国碳交易的先行行业。

火区下近距离煤层开采有害气体入侵灾害防控技术

火区下近距离煤层开采容易导致有害气体入侵灾害的产生,严重威胁着工作面的安全回采。陕西煤业化工集团孙家岔煤矿30110工作面上部采空区自然发火严重,虽然采取了注氮、堵漏风技术进行防治,但效果均不明显。针对此问题,利用PFC2D软件建立了火区下近距离煤层开采数值模型,对3号煤层开采过程中的裂隙变化进行动态追踪,结果证明了有害气体入侵灾害的产生并判断了灾害产生的时间节点,为灾害发生前的重点监测工作以及均压通风系统的应用提供了依据。为了防止有害气体的入侵并避免新鲜风流压入火区引发灾害的扩大,对30110工作面进行均压通风技术研究,将上部火区和下部工作面的气压差控制在一个安全的范围内。通过计算确定了均压通风系统试运行期间的安全压差为296 Pa,正常运行期工作面回风风窗压差安全调节区间为(118 Pa,166 Pa)。现场应用结果证明,均压通风技术能够有效地避免有害气体入侵灾害的发生,确保工作面的安全回采。

乌鲁木齐煤田灭火区混土种植基质配比试验研究

利用基质材料混合种子以改良种子生长环境成为生态修复中施工方便、生态修复效率较高的一种方法。基质组分和配比是研究中的重点,文章以乌鲁木齐煤田灭火区为研究区,选择粘合剂、保水剂、羊粪、复合肥、秸秆和铺设厚度,利用正交试验设置试验方案,通过植物指标的极差和方差分析,获取研究区生态恢复的优方案和基质对指标的影响,为乌鲁木齐煤田灭火区生态修复提供新的方法。结果表明:(1)对1个月后的盖度、高度和密度而言,E(秸秆)是植被盖度的主要影响因子,具有极显著性。B(保水剂)是高度和密度的主要影响因子,呈极显著性。(2)对4个月后的植被生物量和盖度、高度和密度而言,D(复合肥)是3个生物量指标和密度的主要影响因子。E(秸秆)是盖度和高度的主要影响因子,B(保水剂)、D(复合肥)、E(秸秆)和F(铺设厚度)对盖度和高度都具有显著影响。(3)利用综合平衡法,根据多数倾向和经济节约原则及因素对指标的重要程度,选择优方案为A3B2C5D4E4F3。

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。

确定燃煤锅炉卫燃带敷设面积的一种代数计算方法

沿用锅炉热力计算标准方法中的集总参数方法,建立了炉内火焰与水冷壁管及卫燃带间的换热方程,并据此建立了燃煤锅炉卫燃带敷设面积计算用的代数计算公式,并以一台400 t/h煤粉锅炉为例,用该公式详细分析了煤质特性、卫燃带的热物理参数、锅炉的运行方式及不投油稳燃负荷对所需卫燃带面积的影响。

大柳塔矿区煤火高光谱热红外定量探测研究

为了准确提取内蒙古大柳塔矿区煤火燃烧范围,基于夜间TASI航空热红外高光谱遥感数据,采用发射率归一化方法和地表同步测温数据建立空-地回归方程反演地表温度,选择合理的阈值提取煤火热异常范围。在此基础上,利用Modtran4模拟大气上行、下行辐射和透过率,并结合反演的地表温度解算地物发射率,利用地物自身发射率光谱上的特性差异,将电厂温排水、热厂房和烟囱等非煤火热异常从煤火热异常中分离,排除了干扰因素对提取地下煤火燃烧异常区范围的影响。结果表明,TASI数据1～16波段（8054.8～9679.3nm）适合煤火热红外温度反演,反演的地表温度精度满足定量探测研究,提取的煤火燃烧热异常范围准确,能够为矿区煤田灭火提供一定的决策支持。