<address id="hrnlf"><listing id="hrnlf"><menuitem id="hrnlf"></menuitem></listing></address>

        <address id="hrnlf"></address>
        • 論文
        主辦單位:煤炭科學研究總院有限公司、中國煤炭學會學術期刊工作委員會

        聶百勝團隊提出深部流態化開采中原位煤粉爆轟發電技術構想

        2021-06-07

          據統計,煤炭在我國能源結構中占比高達59%,而發電消耗又占全國煤炭總量的一半以上。

          

          無論是傳統的煤粉發電技術,還是超超臨界技術,兩者的共同特征均為利用煤粉燃燒釋放的熱量加熱水蒸氣推動汽輪機運轉從而實現發電。這一過程中的能量轉化經歷了從化學能—蒸汽能—機械能的轉換,不僅需要大量的水,而且能量利用效率低,燃煤火力發電效率約為38%,超超臨界發電技術約為48%。

          

          為了提高煤粉利用效率,同時解決井下開采的污染及安全問題,近日,中國礦業大學(北京)聶百勝教授團隊提出了流態化開采過程中原位煤粉爆轟發電的技術構想,即直接利用煤粉爆轟產生的能量驅動發電機高速運轉,該技術構想突破了煤炭資源傳統的燃燒熱利用方式,推動“邊開采、邊利用”的安全、高效、清潔化的煤炭資源利用方式的發展。

          

          深部流態化開采中原位煤粉爆轟發電技術構想的關鍵是煤礦井下流態化智能開采技術的突破、煤粉爆轟發電系統的開發、爆轟產物凈化與處理系統的研發及余熱余能多級利用系統的研制。具體包括:

          

          (1) 流態化智能開采技術。基于大數據、云平臺等互聯網技術以及高精度定位導航系統的發展,建立深部礦井地質構造及煤炭資源儲量、煤質參數等數據庫,研發智能化的煤礦勘探與開采技術。采用先進的無人智能盾構設備開采煤炭資源,在煤礦井下建立發電硐室,邊開采邊利用,將開采的煤塊粉碎處理后傳輸至發電硐室以備爆轟使用。

          

          (2) 原位煤粉爆轟發電系統。基于煤炭資源智能化數據庫,根據不同煤樣的煤質特性,分質分級多樣化利用。優選合適的助燃劑,研發煤粉燃燒轉爆轟的實現方法及裝備,實現煤粉-助燃劑摻混爆轟能量驅動發電機發電。

          

          (3) 爆轟產物凈化與處理系統。研發高效的煙氣凈化處理技術,固體殘留物經處理后填充至采空區,實現廢棄物利用,降低煤炭開采過程中采空區的坍塌風險。

          

          (4) 余熱余能多級利用。通過余熱回收利用系統,將余熱回收利用以供地表供暖,促進能量的多級利用。

           

          煤粉燃燒和爆轟存在本質的區別。傳統燃煤發電主要利用煤燃燒產生的熱能,燃燒是由擴散現象主導的化學反應支持的亞音速傳播過程,燃料的擴散速度和熱擴散速度比較低,熱效率相對較低。而爆轟則是由化學反應支持的超音速沖擊波傳播過程,沖擊波壓縮前方未燃的可燃物,使得可燃物的溫度和壓力快速增加。同時,化學反應釋放出的熱量維持沖擊波繼續向前傳播,反應過程近似于等容放熱過程,熵增小,熱效率高。

          

          研究借鑒連續爆轟發動機的基本原理,采用煤粉和相應的助燃劑代替傳統的燃油/ 燃氣,探索氣固兩相燃料連續穩定爆轟的實現方法。在爆炸管道內進行了不同煤樣爆炸特性的實驗研究,采用濃度為9% 的甲烷點火,測試了從褐煤到無煙煤等19 種煤樣的爆炸特性,為進一步探究煤粉在爆炸管道內實現爆轟提供了基礎數據。

          

          最后,研究人員指出了原位煤粉爆轟發電能量利用急需解決的問題:

          

          (1)煤粉的點火方式。基于不同煤種的理化性質,有針對性地制定不同的點火方式。對于難爆炸的煤種,通過添加易燃易爆助劑誘發其爆炸,根據儲運安全性、爆炸參數及價格等因素優選出最佳助劑;基于煤樣和易燃易爆助劑的理化特性,探究不同煤粉和對應的易燃易爆助劑最佳摻混比例、點火能量、點火延遲時間等重要參數。煤粉在封閉空間內能夠均勻分散以及助燃劑最佳摻混方式的確定是保證煤粉爆炸的前提。通過PIV 粒子測速法獲得煤粉在不同位置、噴射角度、射流壓力、粒徑條件下的沉降速度時空分布規律,通過激光濃度分析儀測試煤粉和易燃易爆助劑摻混的濃度分布規律,最終確定最佳的噴射參數和摻混方式。

          

          (2)煤粉由燃燒狀態轉為爆轟狀態。煤粉燃燒轉爆轟的實現是確保煤粉爆轟發電能量利用的關鍵,燃燒轉爆轟過程的實現需要一定的條件,一般采用強點火源或者在管道中設置障礙物等方式來實現在有限長度的爆轟管內燃燒轉爆轟的過程。目前,大量的研究表明障礙物阻塞比為43%時,障礙物對爆炸火焰傳播速度的激勵作用最為明顯。在小型脈沖爆震發動機研究過程中,采用了大量的強化DDT 措施,其中最為常見的是Shchelkin螺旋和多孔板障礙物,Shchelkin 螺旋可使DDT 過程縮短10 倍。

          

          (3)爆轟管道冷卻和除塵。建立爆轟管道的溫度動態監測平臺,實時監測溫度動態變化,反饋至控制系統,調節冷卻循環系統參數,實現閉環動態智能化監測和控制,避免煤粉連續爆轟造成爆轟管道過熱。另一方面,爆轟管道在長期使用過程中,內壁會出現腐蝕和磨損,探究高效的除塵凈化技術和優選耐腐蝕、耐高溫的陶瓷內襯噴管材料,對于保證煤粉爆轟發電系統的長期運行十分重要。

          

          (4)井下能量的多級利用等。在煤礦井下建立發電硐室,將開采的煤炭粉碎后作為燃料,直接利用煤粉爆轟產生的能量進行發電,爆轟反應物通過管道排至采空區,降低開采過程中采空區的塌陷風險;礦井水經過凈化處理去除水中有害雜質和砂土等物質后作為爆轟管道降溫的冷卻介質;爆炸產生的余熱余能通過高效煙氣余熱回收裝置回收,減少煙氣排放量,降低煙氣內的污染氣體含量。借鑒先進的熱泵技術和礦用長距離分離式熱管換熱系統,研發適用于深部井下的長距離熱量傳輸系統,研制一套余熱回收利用系統?;厥盏臒崃坑糜诩訜崂渌?,為工廠和居民的暖氣和熱水提供熱源,促進了煤炭資源的能量多級利用,熱電聯產的一體化發展。

          

          這項研究得到了國家自然科學基金、中央高?;究蒲袠I務費專項資金、新疆自然科學基金等多個項目的資金支持,成果以《深部流態化開采中原位煤粉爆轟發電技術構想》為題,發表于《礦業科學學報》2021年第3期。該項成果也是《礦業科學學報》組織的“深地固體資源流態化開發”專題中的一篇。


        聶百勝.jpg

         原位煤粉爆轟發電利用技術構想


          責任編輯:宮在芹
        今日專家
        亮點論文

        我國是世界上最大的化學氮肥消耗國,總用量達到了全球總量的 33%。但是氮肥的過量施用并沒有帶來持續的作物高產,反而造成了一系列的環境問題。文章綜述了我國近 30 ...

        今日企業

        主辦單位:煤炭科學研究總院有限公司 中國煤炭學會學術期刊工作委員會

        ©版權所有2015 煤炭科學研究總院有限公司 地址:北京市朝陽區和平里青年溝東路煤炭大廈 郵編:100013
        京ICP備05086979號-16  技術支持:云智互聯
        5544444