二氧化碳防治煤火技术研究

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浅论燃煤电厂烟气二氧化碳减排技术

浅论燃煤电厂烟气二氧化碳减排技术

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山 西 化 工 sxhxgy@ 163.tom
第 36卷
发 展前 景十分 广 阔l _3 ]。
供 热 。
3 整体 煤 气 化 联 合 循 环 发 电技 术
5 捕集 分 离技 术
整体煤 气化 联合 循 环 发 电系 统 (简 称 IGCC)是 一 种 较为 先进 的动 力 系统 ,其技 术 也 是 较 为先 进 的 发 电技术 之一 ,在 目前 的燃 煤 电厂 中有 着 十 分重 要 的作 用 ,不仅能 够提 高发 电效率 ,而 且具有 十分 环保 的性 能 。总 体来 说 ,IGCC 的发 电 效 率 与 超 临界 机 组 的发 电效率 不分 伯 仲 ,并 且 其 发 电效 率 还 在 逐 渐 提 高 。 同时 ,这种 技术可 以使 污染 物趋 于零 排放 ,对 环保 和低碳 发展 有着重 要作 用 。
中图分类 号 :X701;X773 文献标识码 :A 文章编号 :1004.7050(2016)03—0073.02
温 室效 应 引起 的气 候 变 化 越 来 越 明显 ,在 所 有 能够 产 生二 氧化 碳 的行 业 中 ,燃 煤 电厂 是 二 氧 化 碳 最大 的 排放 源 ,为 了 改善 温 室 效 应 所 引 起 的气 候 变 化状 况 ,必 须要 进 行 二 氧 化 碳 的 减 排 。在 目前 的燃 煤 电厂 中 ,对二 氧 化碳 的减 排 工作 主要 是 对 工 艺 流 程进 行 有效 控制 ,以先进 的技术 为依 托 ,通过 创新 和 改造 来 降低 二 氧化 碳 的排 量 ]。
2 循 环 流 化 床 技 术
循 环 流化 床技 术是 指将 小颗 粒煤 与空 气置 于 同 一 炉 膛 内 ,并 使其 保持 沸腾 的状 态 。即 ,密度较 大 的 小颗 粒悬 浮煤 与高 速气 流充 分接 触燃 烧 。这种 技术 与普 通 的燃烧 技术 相 比优点 非 常多 :第一 ,燃烧 适应 性广 ,能 够适 应各 种煤 种 ,对 燃料 的选 择没 有硬 性要 求 ;第 二 ,污染 物排 放 少 ,由于循 环 流 化 床 技 术 是指 煤颗 粒 的燃烧 ,所 以 其 能够 将 燃 烧 不 充 分燃 料再 进 行充 分 的燃烧 ,有 效 减 少 了污 染 物 的排 放 量 ;第 三 , 锅炉 负荷 适应 性 强 ;第 四 ,燃 料 制 备 系 统 简单 ,与普 通 的煤粉 炉相 比 ,循 环 流 化床 锅 炉 没 有 过 于 复 杂 的 制 粉系统 ,其 燃烧 制 备 系 统 只需 要 具 有 简 单 的 干燥 以及 破碎 装 置 即可 。

煤对二氧化碳化学反应性的测定及影响因素

煤对二氧化碳化学反应性的测定及影响因素

煤对二氧化碳化学反应性的测定及影响因素煤对二氧化碳的化学反应性一直是能源领域的研究热点之一。

随着全球温室气体排放的不断增加,人们对于煤炭燃烧产生的二氧化碳排放越来越关注。

研究煤对二氧化碳的化学反应性及其影响因素对于减缓气候变化具有重要的意义。

一、煤对二氧化碳的化学反应性测定煤是一种含碳丰富的矿物质,其中大部分碳以有机形式存在。

当煤燃烧时,碳与空气中的氧气发生化学反应,生成二氧化碳和水蒸气。

研究煤对二氧化碳的化学反应性,通常采用实验室实验方法进行测定。

1.实验装置测定煤对二氧化碳的化学反应性,通常需要构建一个恒温恒压的反应装置。

该装置通常由高压容器、恒温箱、压力传感器、温度传感器等组成。

在实验进行时,可以在高压容器中加入一定量的煤和二氧化碳气体,通过控制恒温箱的温度和压力,观察煤与二氧化碳的反应情况。

2.实验方法在实验中,研究人员通常会选择不同种类、不同品位的煤样进行实验,以观察煤对二氧化碳的化学反应性的差异。

实验过程中需要记录下二氧化碳的压力变化和温度变化,以及反应后煤样的质量变化。

通过实验数据的分析,可以获得煤对二氧化碳的化学反应动力学参数。

3.数据处理实验完成后,研究人员需要将实验数据进行分析和处理,得出煤对二氧化碳的化学反应速率常数、反应活化能等参数。

这些参数可以帮助研究人员了解煤对二氧化碳的化学反应性能,并为进一步的研究提供基础。

二、影响煤对二氧化碳化学反应性的因素煤对二氧化碳的化学反应性受到多种因素的影响,包括煤的品位、煤的矿物组成、温度和压力等因素。

1.煤的品位煤的品位是指煤中的可燃物质含量,通常用挥发分和灰分的含量来表示。

煤的挥发分含量越高,煤样中可燃物质含量越高,煤对二氧化碳的化学反应性也越强。

2.煤的矿物组成煤中除了含有可燃物质外,还含有一定量的矿物质。

煤的矿物组成对煤对二氧化碳的化学反应性也有影响。

一些矿物质可能对二氧化碳的吸附和反应起到促进或者抑制作用。

3.温度和压力温度和压力是影响煤对二氧化碳化学反应性的重要因素。

《不同状态的二氧化碳对煤层气的驱替研究》范文

《不同状态的二氧化碳对煤层气的驱替研究》范文

《不同状态的二氧化碳对煤层气的驱替研究》篇一一、引言煤层气是一种在煤炭地下储层中赋存的天然气,主要由甲烷组成。

而二氧化碳作为一种常见的温室气体,其与煤层气的相互作用和驱替效应是当前环境与能源领域的研究热点。

本篇论文主要针对不同状态的二氧化碳对煤层气的驱替效果进行实验研究与探讨,以提供更多的理论基础与实际操作经验。

二、二氧化碳的不同状态及其影响二氧化碳是一种特殊的物质,其状态受到温度和压力的影响,主要存在气态、液态和固态三种状态。

在煤层气驱替的研究中,不同状态的二氧化碳具有不同的驱替效果。

1. 气态二氧化碳:气态二氧化碳的扩散能力强,可以迅速进入煤层微孔隙中,降低煤层气的压力,进而驱替出更多的煤层气。

2. 液态二氧化碳:液态二氧化碳的密度大,能够更好地渗透到煤层深处的孔隙中,对煤层气的驱替效果更为明显。

同时,液态二氧化碳在注入过程中会迅速转化为气态,产生较大的体积膨胀效应,进一步驱替煤层气。

3. 固态二氧化碳(干冰):固态二氧化碳通过升华作用迅速转化为气态,能够快速降低煤层气的温度和压力,有助于驱替出部分吸附在煤基质表面的煤层气。

三、实验研究方法与步骤本研究采用实验模拟的方式,对不同状态的二氧化碳在煤层中的驱替效果进行研究。

实验主要步骤如下:1. 制备不同状态的二氧化碳:根据需要,将二氧化碳制备为气态、液态和固态。

2. 选择实验煤样:选择具有代表性的煤样作为实验对象。

3. 设定实验条件:设定不同的温度、压力等实验条件。

4. 进行实验:将不同状态的二氧化碳分别注入煤样中,观察并记录煤层气的驱替效果。

5. 数据处理与分析:对实验数据进行处理与分析,得出不同状态二氧化碳的驱替效果及影响因素。

四、实验结果与讨论通过对不同状态二氧化碳的驱替实验,我们得出以下结论:1. 气态二氧化碳的驱替效果主要体现在煤层表面的微孔隙中,对于深部孔隙的驱替效果相对较弱。

2. 液态二氧化碳的驱替效果最为明显,能够有效地渗透到煤层的深部孔隙中,对煤层气的驱替作用显著。

煤矿防灭火技术研究

煤矿防灭火技术研究

煤矿防灭火技术研究随着煤矿行业的发展,火灾事故已经成为煤矿安全管理工作中的一大挑战。

为了提高煤矿安全性能,研究和探索煤矿防灭火技术势在必行。

本文将从不同角度对煤矿防灭火技术的研究进行探讨,并介绍一些有效的防灭火措施。

1. 火灾发生机制分析在研究煤矿防灭火技术之前,我们首先需要了解火灾发生的机制。

煤矿火灾一般分为瓦斯火灾、煤尘火灾以及瓦斯与煤尘共同作用的火灾三种类型。

瓦斯火灾主要是由于瓦斯积聚到一定浓度后被点燃引起的,煤尘火灾则是由于煤矿周围的可燃尘埃浓度过高,被火源直接点燃而引发。

因此,针对不同的火灾类型,我们需要采取不同的防灭火措施。

2. 瓦斯火灾防治技术2.1 瓦斯抽放技术通过对瓦斯的抽放,可以降低其在矿井内的浓度,有效防止瓦斯积聚达到爆炸极限。

常用的瓦斯抽放技术包括瓦斯抽放孔与瓦斯抽放管路的布置等。

2.2 瓦斯监测技术瓦斯监测是及时掌握矿井内瓦斯浓度的重要手段,通过对矿井内气体浓度的监测和报警,可以提前采取措施,有效预防瓦斯爆炸事故的发生。

3. 煤尘火灾防治技术3.1 煤尘防爆技术煤尘防爆技术主要是通过煤尘的湿化、抑尘和防尘等手段,降低煤尘的可燃性,减少火灾的发生概率。

此外,煤尘防爆技术还包括对矿井内煤尘浓度的监测和控制。

3.2 灭火剂喷撒技术灭火剂喷撒技术是一种常见的煤尘火灾防治技术,通过将灭火剂喷撒到火灾发生区域,达到抑制火势蔓延和扑灭火源的效果。

常用的灭火剂包括化学灭火剂和物理灭火剂等。

4. 瓦斯与煤尘共同作用的火灾防治技术瓦斯与煤尘共同作用的火灾相比于单一火灾更为复杂和危险。

在防治瓦斯与煤尘共同作用的火灾中,瓦斯抽放和煤尘防爆是两个关键措施。

此外,通过对矿井通风系统的合理设计和优化,可以有效降低火灾发生的风险。

5. 预防措施除了以上介绍的技术措施,我们还应该加强煤矿安全管理,提高员工的安全意识和技能。

加强对煤矿员工的培训和教育,建立完善的安全操作规程,并定期进行安全检查和演练,以防患于未然。

煤化工生产中二氧化碳的来源及减排技术分析

煤化工生产中二氧化碳的来源及减排技术分析
1 煤化工生产中二氧化碳的来源 在煤化工生产Байду номын сангаас,多个环节中都会产生二氧化碳,比如煤
制甲醇、液化、间接液化、煤制烯烃等生产环节中。对于其中 的煤质甲醇环节中,二氧化碳主要形成于气化以及合成气净化 等环节。尤其是在煤炭燃烧的过程中,煤炭与氧气发生化学反 应而生产二氧化碳,没有完全燃烧形成的一氧化碳也会与空气 中的水分发生化学反应而生成二氧化碳。而在合成甲醇的环节 中还需要氢气作为重要介质,在生成甲醇的同时也会产生大量 二氧化碳排放到室外而造成大气污染。通常生产1t甲醇会排放2t 二氧化碳,此环节中的碳化物排放比例为65.1%[1]。
引言 煤化工生产在现代工业中占据重要地位,主要为下游多个
领域与行业提供重要的生产原材料。但是由于煤化工行业生产 作业中需要使用与消耗大量的煤炭资源,同时也排放大量的二 氧化碳,容易加剧温室效应,造成环境污染与破坏。在现代社 会大力发展低碳经济的形势下,煤化工行业想要可持续健康发 展,在目前整个社会对煤化工产品需求量不断增长的形势下, 更要注重对煤化工生产流程的控制,合理应用二氧化碳减排技 术,提升煤化工工艺水平,减少二氧化碳等污染物排放量。
TECHNOLOGY AND INFORMATION
工业与信息化
煤化工生产中二氧化碳的来源及减排技术分析
桑杰臣 大唐环境产业集团股份有限公司 北京 100097
摘 要 文章分析煤化工生产中产生二氧化碳的来源,介绍煤化工生产流程以及优化措施,提出了相应的二氧化碳 减排技术,以供参考。 关键词 煤化工生产;二氧化碳;碳减排技术
对于间接液化环节来说,也就是精炼提纯、煤化气合成以 及煤化气等环节中会产生二氧化碳。这主要由于在煤液化阶段 需要使用水蒸气和氧气作为反应汽化剂,但是在此过程中会出 现水与一氧化碳的反映,会产生二氧化碳。在铁基催化剂F-T反 应中会出现氢气与一氧化碳的反映而形成二氧化碳。在甲烷反 应中也会发生上述反映,在歧化反应中同样会出现一氧化碳向 二氧化碳转变的反映。据不完全统计,在此环节中也会释放1t 左右的二氧化碳,此环节中的碳化物排放比例为71.9%。

煤对二氧化碳化学反应性的测定及影响因素

煤对二氧化碳化学反应性的测定及影响因素

煤对二氧化碳化学反应性的测定及影响因素煤对二氧化碳的化学反应性是指煤在与二氧化碳接触时发生的化学反应的能力。

煤与二氧化碳的反应性是影响煤燃烧效率和二氧化碳捕获与封存技术效果的重要因素之一。

为了评估煤对二氧化碳的化学反应性,需要对煤样进行一系列的测定操作。

首先是煤样的制备。

煤样需要经过粉碎和筛分处理,将其制备成均匀的颗粒状样品。

样品的粒径通常在0.074-0.18mm之间,这样可以提高反应的速率和均匀性。

其次是煤样与二氧化碳的接触。

将煤样与二氧化碳的气体进行接触,可以通过流动床、固定床或者封闭反应器等装置进行实验。

在实验过程中,需要控制气氛中的二氧化碳浓度、温度和压力等参数,以模拟真实环境。

接下来是煤样的测量分析。

通过对煤样接触后的气体中氧气和二氧化碳的浓度进行测量分析,可以确定煤样对二氧化碳的反应程度。

常用的分析方法有热重分析、气相色谱、质谱、红外光谱等。

这些方法可以用来测定煤样中的氧含量、二氧化碳产物的浓度和结构等信息。

除了煤样本身的特性外,还有一些因素会影响煤对二氧化碳的化学反应性。

首先是温度和压力。

高温和高压条件下,煤样更容易与二氧化碳发生反应。

其次是煤的矿物质成分。

煤中的矿物质可以催化煤与二氧化碳的反应,并影响反应速率和选择性。

煤的孔隙结构和表面特性也会影响其对二氧化碳的吸附和反应能力。

测定煤对二氧化碳的化学反应性需要进行煤样的制备、实验操作和测量分析等过程。

温度、压力、煤矿物质成分、孔隙结构和表面特性等因素也会影响煤样对二氧化碳的反应能力。

这些研究对于理解煤燃烧和二氧化碳捕获与封存技术的效果以及煤的可持续利用具有重要意义。

煤对二氧化碳化学反应性的测定及影响因素

煤对二氧化碳化学反应性的测定及影响因素

煤对二氧化碳化学反应性的测定及影响因素1. 引言1.1 研究背景煤是目前世界上最主要的化石燃料之一,其燃烧释放的二氧化碳是导致全球变暖和气候变化的主要原因之一。

研究煤对二氧化碳的化学反应性以及影响因素具有重要的意义。

煤是一种复杂的碳氢化合物,其粘结结构、矿物成分、挥发分和灰分等特性不同,导致其对二氧化碳的吸收和排放能力也各不相同。

通过对煤样品进行不同条件下的氧化实验,可以探讨煤的化学反应性,并研究煤的特性对其二氧化碳化学反应性的影响。

了解这些因素有助于开发更加环保和高效的燃烧技术,降低二氧化碳排放量,减缓全球变暖的趋势。

本研究旨在深入探讨煤对二氧化碳的化学反应性及其影响因素,为清洁能源技术的发展提供科学依据。

1.2 研究目的通过本研究,我们希望能够深入了解煤对二氧化碳的化学反应过程,探讨煤的特性如何影响其与二氧化碳的化学反应性。

我们也将研究煤燃烧过程中二氧化碳排放量的控制方法,以及煤的氧化过程对二氧化碳排放的影响。

最终,我们将探讨煤的结构对二氧化碳吸收的影响,为减少燃煤过程中二氧化碳排放提供科学依据和技术支持。

通过这些研究目的,我们希望为减缓气候变化、保护环境做出贡献。

2. 正文2.1 煤对二氧化碳化学反应性的测试方法煤对二氧化碳化学反应性的测试方法是通过实验手段来确定煤与二氧化碳之间的化学反应情况。

其中常用的方法包括煤样的热解实验、煤样的气相吸附实验、煤样的吸收实验等。

1. 煤样的热解实验:通过煤样在高温下的热解反应,观察煤样在不同温度下与二氧化碳的反应情况。

根据煤样的重量损失和产生的气体成分来确定煤对二氧化碳的化学反应性。

2. 煤样的气相吸附实验:将煤样暴露在含有二氧化碳的气氛中,通过监测煤样吸附或释放二氧化碳的情况来判断煤对二氧化碳的吸附或释放能力。

这些测试方法可以帮助科研人员深入了解煤对二氧化碳的化学反应性,为降低燃煤过程中的二氧化碳排放提供理论基础和实验依据。

2.2 煤的特性对其二氧化碳化学反应性的影响煤的特性对其二氧化碳化学反应性的影响是一个重要的研究课题。

不同状态的二氧化碳对煤层气的驱替研究开题报告

不同状态的二氧化碳对煤层气的驱替研究开题报告

不同状态的二氧化碳对煤层气的驱替研究开题报告一、研究背景和意义煤层气就是储存在煤层孔隙中的天然气,具有丰富的资源量、广泛的分布区域和较高的利用价值,已被列入我国能源资源的重要组成部分。

而二氧化碳驱替常温常压原位煤层气,是一种非常有效的提高采收率和改善储层物性的方法。

因此,煤层气的开采及开发利用对区域经济和国家能源安全都具有重要意义。

二氧化碳在驱替煤层气过程中,会存在多种状态,包括煤层气与二氧化碳混合在一起的气态二氧化碳、二氧化碳吸附在煤层孔隙内的固态二氧化碳、以及二氧化碳溶解在煤层水中的液态二氧化碳。

不同状态的二氧化碳对煤层气的驱替影响不同,因此研究不同状态二氧化碳的驱替特性非常重要,可为煤层气开采提供科学依据。

二、研究内容和目标本文将以煤层气中不同状态的二氧化碳为研究对象,对其驱替特性进行系统研究和分析。

主要研究内容包括:1.煤层气与气态二氧化碳混合驱替研究,主要分析压力、温度等驱替因素对驱替效果的影响;2.固态二氧化碳驱替研究,主要探究固态二氧化碳的吸附量以及其对煤层气产生的影响;3.液态二氧化碳驱替研究,主要研究液态二氧化碳的渗透性以及其对储层渗透特性的影响。

通过以上研究内容,本文旨在深入探究不同状态二氧化碳的驱替特性,为煤层气开采提供科学依据。

三、研究方法和技术路线本文将采用实验方法和模拟计算相结合的方式进行研究。

1.实验方法:通过使用自行设计的实验设备和方法,模拟出煤层气与不同状态二氧化碳混合的情况,采用不同的温度、压力等驱替因素,测量并分析不同状态二氧化碳对煤层气的影响。

2.模拟计算:基于模拟软件,建立煤层气及不同状态二氧化碳的三维数学模型,模拟不同状态二氧化碳驱替煤层气的过程,研究不同参数对驱替特性的影响。

四、研究进展和预期结果目前,本研究已完成实验室实验的准备和相应设备的搭建,开始进行混合气体的生成和驱替实验的开展。

同时,本文还将通过模拟计算相结合的方式,快速地得出二氧化碳的状态对煤层气驱替的影响规律。

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二氧化碳防治煤火技术研究发表时间:2016-11-17T12:13:29.957Z 来源:《低碳地产》2016年9月第18期作者:张鑫[导读] 我国煤田火灾和二氧化碳排放问题都非常突出。

通过二氧化碳防灭火应用研究,变害为利,一举两得。

神华地质勘查有限责任公司北京昌平 102211【摘要】我国煤田火灾和二氧化碳排放问题都非常突出。

通过二氧化碳防灭火应用研究,变害为利,一举两得。

结合实际,阐述二氧化碳防灭火技术在煤火防治中的成功应用,验证大规模推广应用在技术上和效果上都是具有可行性。

【关键词】煤矿火灾;二氧化碳;防灭火;技术研究1概述煤炭是我国的主要能源,在国民经济能源结构中占据很重要的位置,现全国原煤年产量已超过了29亿吨,占我国一次能源消耗的70%以上。

随着国民经济的快速发展,煤炭的需求量越来越大;近几年,原煤产量快速增长,在原煤产量快速增长的同时,必须保证矿井的安全高效开采。

煤火不仅烧失煤炭资源,严重影响原煤的开采进程与采矿安全,还会造成资源的阻滞并引发矿难。

燃烧释放出大量的热量与毒害气体严重污染了生态与大气环境,此外,还严重危害人居环境与人类健康,破坏植被生态系统,引发环境生态危机;所释放的温室气体影响全球碳排放结构与全球气候变化。

,仅我国北方煤田累计已烧毁煤炭达42亿t以上。

近年来,综采放顶煤技术及开采方法得到大力的推广和应用,使煤矿生产效率大幅度提高,但该方法因为冒落高度大、采空区遗留残煤多、漏风严重,使得矿井煤炭自然发火频繁发生,已成为制约煤炭工业发展的主要因素之一,也是煤矿重大安全生产隐患之一。

煤矿井下发生高温火点或火区是极易导致火灾事故和瓦斯爆炸事故的重大危险源。

据建国以来煤矿事故统计分析,在发生一次死亡三人以上的事故中,火灾事故占4﹪左右,仅次于瓦斯、顶板和水害,位居第四。

因此,国内外都非常关注煤矿防灭火技术的发展。

而近年来,二氧化碳防灭火技术在煤火防治中相继已有成功应用,受二氧化碳气源不稳定、经济性等因素影响,未能大范围推广。

本文对二氧化碳防治煤火技术进行了研究分析,以期为煤火防治工作提供参考。

2.二氧化碳防灭火技术的意义我国煤田火灾和二氧化碳排放问题都很突出。

将减排工作扩展到减碳领域,提高煤火防治水平,确保煤矿安全生产,是企业可持续发展的重大课题。

2.1火灾防治煤火烧失宝贵的煤炭资源,释放二氧化碳、二氧化硫及其他有害气体,并对煤炭生产构成严重威胁。

我国煤田火灾最严重的国家。

新疆准东煤田、宁夏汝箕沟煤田、内蒙古乌达煤田、内蒙古古拉本煤田等煤火已燃烧数十年甚至上百年。

近年来,随着开采水平的提高,大型矿区推广大尺寸综采工作面,形成大面积采空区,局部漏风严重,增加了采空区着火概率,冲抵了现有的防灭火技术效果。

作为煤矿“五大灾害”之一,长期以来,国家投入了大量人力、物力治理煤火,取得了良好效果,但是煤田火灾、矿井火灾隐患并未根除,需要扩展防灭火途径,提高防灭火水平。

2.2二氧化碳减排作为主要温室气体之一,二氧化碳减排已成为联合国气候变化大会各国谈判焦点。

根据国家发改委《温室气体自愿减排交易管理暂行办法》,大型煤炭企业必要探索建立企业温室气体减排工作体系,切实减少二氧化碳排放,推动企业全面、协调、可持续发展。

二氧化碳防灭火技术在理论上、技术上都具有明显优势。

电力和煤化工企业产生的二氧化碳,经加工提纯后可以为煤矿防灭火提供稳定的二氧化碳气源,与此同时,二氧化碳防灭火设备及注入技术已较为成熟,进入了市场化应用阶段。

作为一种新型防灭火技术,二氧化碳防灭火技术可行,其防灭火机理及效果优势明显。

同时,开展二氧化碳防灭火应用研究,有望为长期困扰煤炭企业的煤火问题提供一条解决路径,变害为利,一举两得。

3.原理与工艺在煤火灾害防治过程中,对松散煤体降温和惰化是根本原则。

CO2在常温、常压下是无色并略带酸味的窒息性气体。

它在不同的压力、温度条件下有三种形态,即气态、液态和固态。

二氧化碳熔点为-56.6℃(0.52MPa),临界温度为31.1℃,临界压力为7.09MPa,CO2具有升华特性,升华点为-78.5℃(0.1MPa)。

在低温、加压下CO2气体可变为液态,利用蒸发潜热,可做成雪片状固体,进一步冷却加压可制成干冰(固体碳酸)。

气态CO2相对于空气的密度为1.529,密度为1.976kg/m3(0℃,0.1MPa),液态CO2的密度随温度的变化而变化,-50℃时,其密度是1155kg/ m3。

在温度为15℃、压力为0.1MPa状态下,液态CO2体积膨胀倍数为1155/1.976= 585倍。

利用液态二氧化碳进行防灭火不仅具有惰化窒息、降温、稀释瓦斯的多重作用,对于煤矿防灭火具有高效、快速、成本低、操作简便又具备拟爆效果好的独特优势,同时也了解到随着控制二氧化碳排放量的政策要求,各省有关化工厂都开始收集和储存液态二氧化碳,资源渠道有保障。

通过近年来努力和现场实践,终于试制生产出液态二氧化碳防灭火装备系统。

液态二氧化碳同时具有以上两种作用,在封闭空间其效果尤为明显。

对封闭空间注入二氧化碳气体后,增加了封闭区内混合气体的总量,减少封闭区内外压力差,阻止空气流通,吸热降温,从而起到防灭火效果。

二氧化碳防灭火技术集“降温+抑爆+惰化+淹没覆盖”等多种特性,具有灭火迅速、用水量少、安全可靠、操作简单等优点。

煤矿二氧化碳防灭火技术包括二氧化碳捕集、运输和注入等三个工艺环节。

3.1 捕集技术根据浓度高低,分为燃煤电厂低浓度二氧化碳气体捕集技术及煤化工高浓度二氧化碳气体捕集技术。

燃煤电厂低浓度二氧化碳捕集技术主要有燃烧前捕集、富氧燃烧、燃烧后捕集等三种类型。

燃烧前捕集主要运用于整体煤气化联合循环系统中,将煤高压富氧气化变成煤气,再经过水煤气变换后产生二氧化碳和氢气。

产生的二氧化碳浓度高,易于捕集;剩下的氢气可以当作燃料使用。

该技术的捕集系统小,能耗低,但是投资成本偏高。

富氧燃烧通过将空气中大比例的氮气脱除,直接采用高浓度氧气与部分烟道气的混合气体来替代空气,燃烧后得到高浓度二氧化碳气体,可以直接进行捕集。

该技术面临的最大难题是制氧技术的投资和能耗高,目前很少采用。

燃烧后捕集即在燃烧后的烟道气中捕集二氧化碳,目前主要采用化学吸收法(利用酸碱性吸收)和物理吸收法(膜分离、变温或变压吸附)。

该方法捕集系统庞大,能耗较高,但是适用范围广,是目前燃煤电厂中应用最广泛的捕集技术。

煤化工高浓度二氧化碳捕集工艺主要采用低温分离技术,过程包括二氧化碳压缩、脱油、脱水、纯化等环节。

3. 2运输技术工业化二氧化碳运输方式主要有公路罐车运输、铁路罐车运输、管道运输和船舶运输等4种方式,其适合条件及优缺点见表1。

3. 3注入技术根据防灭火过程中二氧化碳注入方式不同,可分为地面液态二氧化碳压注灭火和井下移动式压注灭火。

(1)地面压注地面压注系统由地面液态二氧化碳槽车、水式(空气)汽化器、缓冲罐、流量计和输气管等构成,可以实现液态二氧化碳的远距离管道输送。

系统释放二氧化碳能力为500~2000m3/h,储气罐出口温度为0~-30℃,输送距离最远可达5km。

可用于较大范围火区的治理和预防。

压注时先将液态二氧化碳经由专用运输设备运至矿井,在地面将液态二氧化碳汽化成二氧化碳气体或气液两相流,经矿井已有的灌浆管路或钻孔压注到使用地点,选择合适位置释放。

按目前市场价格,该系统设备投资为180~240万元/套。

(2)井下压注井下压注系统由低温液态二氧化碳贮槽、框架、各类阀门、操作箱、平板车及流量控制、压力控制、温度控制等装置组成,释放能力为300-2000m3/h,出气温度为-25℃,适用于采空区火灾防治。

压注时在地面将大型槽车灌装至井下矿用移动式液态二氧化碳防灭火装置,然后使用矿车运输至井下压注地点,和管路直接连接进行压注。

按目前市场价格,每台矿用移动式液态二氧化碳防灭火装置为20~25万元/套。

4灭火案例4.1高瓦斯矿井封闭火区治理典型案例(1)火区概况2010年10月2日8时50分,某高瓦斯矿井2141(3)综采工作面中上部架顶发生自然发火事故,矿方对工作面上、下风巷进行了封闭,于10月3日夜班1时12分封闭完毕。

待火区稳定后向火区内压注液态二氧化碳灭火。

(2)治理过程工作流程为:化工厂生产的液态二氧化碳由地面液态二氧化碳槽车运送至矿,并逐次灌注到CPW-2.0矿用移动式液态二氧化碳防灭火装置,然后将其运送至井下灌注地点,连接管路注入封闭火区。

液态二氧化碳储运系统主要工作参数为:1)地面槽车:最大可储运20~25t液态二氧化碳;2)CPW-2.0矿用移动式液态二氧化碳防灭火装置:可储运2t液态二氧化碳,最大耐压3Mpa,出口压力0.8~2.0Mpa,出口温度-30~-20℃,出口流量0.5~8.0t/h。

综合考虑2141(3)封闭火区内各封闭墙压力、工作面标高、二氧化碳密度及封闭墙上已有管路、封闭墙附近运输条件等因素后,决定从2#密闭墙(2141(3)顺槽封闭墙)向封闭火区内注液态二氧化碳。

2#密闭墙通向封闭火区共有4路管路,分别是1路Φ100mm注氮管进工作面采空区20m、1路Φ100mm注氮管距工作面100m、1路Φ100mm的备用措施管和1路Φ100mm的观察孔均在封闭墙内距墙口5m处(见图5)。

计划主要用1路距工作面100m的Φ100mm注氮管注液态二氧化碳,1路进工作面采空区20m的Φ100mm注氮管作为注液态二氧化碳备用管,将以上两路注氮管路设三通阀引致2#密闭墙外口车场内备用。

注液态二氧化碳时,停止距工作面100m的Φ100mm注氮管注氮,并用Φ32mm高压管与CPW-2.0矿用移动式液态二氧化碳防灭火装置与相连,向火区内关注液态二氧化碳。

(3)治理效果火区封闭稳定后持续5天向采空区连续压注液态二氧化碳,一般注2t液态二氧化碳(CPW-2.0矿用移动式液态二氧化碳防灭火装置储存量)需20~30min,可生成1280m3气态二氧化碳,每小时可注气态二氧化碳2560~3840m3,效率非常高;实际是5天内注液态二氧化碳92~116t,平均注入气态二氧化碳量为490m3/h~620m3/h。

火区启封期间1#密闭墙打开、接风筒利用30kw局扇Φ600mm风筒供风、排瓦斯。

排瓦斯期间风流中瓦斯浓度始终在0.5%以下,二氧化碳浓度在2%左右,非常稳定,确保了启封安全。

4.2国内其他案例国内已有多个采用二氧化碳治理火灾的成功案例,表明二氧化碳灭火适用性较强,成本较低,具有推广应用价值(见表2)。

5.讨论与建议二氧化碳防治煤火技术潜力巨大,综合效益显著。

首先,每年可减少上亿元的烧失煤量损失,解决呆滞煤量损失;二减少二氧化碳排放量,节支环保费用,防止煤化工产生二氧化碳废气造成的环境污染,有利于改善矿区大气环境质量,探索了二氧化碳减排的新途径;三是提高了我国矿井的预防发火、井下降温、灭火、井下大面积煤炭自燃火灾、矿井安全启封等防治煤火技术水平,为煤矿安全生产多了一份技术保障措施。

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