基于非稳态渗流传递的煤炭地下气化数值模拟

为了解煤炭地下气化的发展过程及影响因素,以平面二维地下气化区为模拟对象,研究了水平煤层地下气化过程中渗流传热传质与燃烧气化反应耦合过程的特征,建立多孔介质非稳态渗流传递与化学反应相互作用的二维数学模型。研究了煤焦在不同供氧条件下,火焰工作面移动速度、燃烧区与气化区温度场、产物浓度分布规律及瞬态变化趋势。模拟结果表明,煤燃烧气化反应主要发生在沿渗流气化通道的热渗透作用区域,随着气化过程的进行,气化工作面不断向气化区出口方向推移;在摩尔分数为0.15,0.20,0.33供氧量、富氧-水蒸气工艺条件下,火焰工作面的移动速度分别为0.125,0.174,0.274 m/h;氧化区、还原区在二维温度场中存在清晰的热分界线,随时间的推移,其面积比从0.5增大到2.5,最后还原区的范围逐步扩展到出口;提高供气中氧气浓度,热渗透作用区域内的温度相应升高,煤粒燃烧气化反应期缩短,煤气中H2和CO含量增加;模型计算结果与模型实验数据具有较好的一致性。     

半无限大物体非稳态导热分析解

在物体壁面与流体间的换热系数为有限值或无限大情况下，用傅里叶积分和δ函数对半无限大物体非稳态导热作了全面分析。     

煤炭地下气化炉顶板结构模型及其对气化过程的影响

从煤层顶板岩性及气化空间高温对顶板岩性的影响和燃空区处理角度,分析了煤炭地下气化空间的形成与扩展,提出了倾斜、缓倾斜和近水平煤层气化空间顶板结构模型,并分析了气化空间顶板结构对气化过程的影响。     

煤炭地下气化炉型及工艺

为探讨不同煤层条件下地下气化炉结构及气化工艺,在模型试验和现场试验的基础上研究了煤炭地下气化有井式和无井式气化炉结构及其工艺参数,形成了有井式“长通道、大断面、两阶段”气化工艺和无井式渗透式气化方法.试验结果表明:空气气化时可获得热值在4.18 MJ/Nm3以上的煤气;富氧气化时,当富氧体积分数由30％上升到80％时,煤气中有效组分(H2+CO+CH4)体积分数由30％上升到60％;两阶段气化第2阶段可生产H2组分体积分数在40％、热值在11.45 MJ/Nm3以上的煤气.无井式渗透式气化通道贯通参数为:当供风压力0.75 MPa、供风流量600 Nm3/h时,贯通速度为0.34 m/d,通道当量直径0.39m,正向供风气化和反向供风气化能获得相同质量的煤气.     

巷道/隧道围岩非稳态导热模化试验方法

在分析巷道/隧道围岩导热特征的基础上,把巷道/隧道围岩温度场简化为一维半无限大空心两面绝热圆薄片的非稳态导热问题,建立了柱坐标系下巷道/隧道围岩温度场的数学模型,并对其定解条件进行了探讨;采用方程分析法和量纲分析法,推导出巷道/隧道围岩导热的相似准则为傅里叶数Fo、毕渥数Bi和R,以及围岩与风流对流换热的努谢尔特数Nu、雷诺数Re和普朗特数Pr;根据相似准则,确定了巷道/隧道围岩导热原型和模型之间的相似关系,并以掘进巷道为例,证实了模化试验方法的可行性。     

焦煤地下气化模型试验研究

为考察煤炭地下气化技术对焦煤的适用性,通过热解试验和地下气化模型试验,测试了焦煤的热解和气化特性.结果表明,焦煤地下气化时气化剂中氧气的最佳体积分数为60％,此时气化效率最高达80％左右,煤气热值在8.36 MJ/Nm3(2 000 kcal/Nm3)左右.但由于焦煤具有较高的黏结性和膨胀性,使得其在地下气化过程中膨胀,析出的胶质体、熔融的煤灰会附着在气化通道的煤壁上阻碍气化剂与煤体的接触,对气化效果带来一定影响.粗煤气和煤气冷凝水中的H2S、HCN、氨氮、苯类、化学需氧量(COD)、挥发酚等污染物含量均超过国家排放标准允许值的几十甚至数百倍,须经过处理后排放.     

华亭煤炭地下气化产气与发电试验研究

为回收华亭原安口煤矿残留煤资源,采用煤炭地下气化技术对残留煤进行二次开采和发电利用,通过空气连续法、空气蒸汽连续法、空气蒸汽两阶段、富氧和纯氧蒸汽连续法等不同注气工艺对残留煤进行了地下气化试验,研究了残留煤在不同气化工艺时的产气和发电特性.结果表明:添加蒸汽和氧气均可提高煤气中有效组分含量和煤气热值;采用连续法和两阶段气化工艺,能够获得热值4.07 ～ 10.69 MJ/Nm3的煤气,可作为2×500 kW燃气发电机组的燃料气.通过气化指标对比分析和现场发电对比试验,确定了低富氧蒸汽连续法(O2体积分数32％)为匹配该燃气发电机组的合理气化工艺.     

基于稳态导热的矿井调热圈半径与温度的计算方法

为获得矿井调热圈导热规律,基于传热学稳态导热理论,简化调热圈导热模型,将其以最终要达到的稳态温度场考虑,并将调热圈导热过程以圆筒壁导热模型展开分析,将岩石导热系数和巷道表面传热系数视为定值,得出调热圈半径与温度的计算公式,揭示调热圈导热受到岩石导热系数、表面传热系数、巷道半径、原岩温度等多因素影响。通过实测数据和FLUENT软件数值模拟实验,检验调热圈半径与温度的计算公式,结果表明该计算公式基本符合调热圈导热规律,具有理论和实用价值。     

反向两阶段煤炭地下气化方法的研究

在物料平衡的基础上，建立了两阶段煤炭地下气化方法理想气化参数的计算模型。通过对模型试验结果的分析，指出了该气化方法温度场发展过程的一般规律和中热值地下水煤气的形成原因，从而得到了一些工艺控制参数。反向两阶段煤炭地下气化方法能够获得热值Ｑ＝１２．５６ＭＪ／ｍ３以上的地下水煤气，该煤气由水煤气和干馏煤气组成，与同向两阶段气化方法相比，进一步提高了气化过程的热效率。     

避难硐室传热特性实验研究

紧急避险系统中避难硐室的热负荷计算较为复杂,硐室内初始温度不同对平均热负荷变化比较大。针对避难硐室非稳态传热问题,文章对传热特性进行了全尺寸模拟试验与有限元分析,得出了20人避难硐室的温升规律,拟合得到硐室壁面一维非稳态传热温度场计算公式,并用实测数据进行了验证。为避难硐室热负荷的计算提供理论依据,为不同初始温度下避难硐室配置降温系统提供计算参考。     

辽河油田煤炭地下气化点火方式模型试验研究

我国存在大量深部煤炭资源,井工无法开采,可以通过深部煤层气化方式将其开采出来,深部煤层气化利用地面打钻建造地下气化炉,其气化成功的前提是点火,深部煤层气化不同于浅部有井式煤层气化,其气化通道比较狭窄,点火只能通过拐弯钻孔下放点火器或点火剂来引燃煤层;深部煤层气化点火时是在煤层存在一定的水和压力下点火,同时还要能在通道内实现移动点火。目前的点火方式有电点火和化学点火法,经试验证明:电点火不适应深部煤层气化,化学点火法——利用自燃性气体硅烷可以完成深部煤层气化的点火。     

人工隔离墙置换采煤工作面间小煤柱的工艺研究

煤炭开采中,综采工作面在受瓦斯威胁等复杂条件下往往采用留设工作面煤柱的方法,形成了煤炭资源的浪费。为了减少这部分损失,研究了一种在巷道掘进时或采煤前多层喷射锚网混凝土,建立强度高、密封好的支柱隔离墙的工艺,用隔离墙代替煤柱,有效提高煤炭资源回收率。     

大采高工作面采场煤壁柔性加固技术应用研究

为探究大采高强扰动工作面煤壁片帮的控制方法,以李村煤矿1306综采面为工程背景,研究了"棕绳+注浆"的柔性加固技术。现场应用实践显示煤壁片帮的深度、高度和范围均大幅度减小,工作面片帮处理时间降低72%,日产量提高30.1%,采场人员和设备的安全性得到了保障,满足了1306工作面技术经济效益要求。     

基于多源遥感数据地下煤火空气渗入/逸散区域研究

基于地下煤火导致地表的沉降、温度、植被变化在一定程度上可反映火区的动态变化过程。本文采用普适性单通道算法和像元二分法反演火区地表温度与植被盖度,差分干涉"两轨法"提取沉降特征。结合地表沉降,地表高/低温区域和高/低植被盖度区域分布特征,尝试对火区高温烟气逸散区域和低温空气进入区域进行分析。结果表明:2013年高温区域面积占比最大(27.18%),2015年低温区域面积占比最大(16.51%);研究区整体以Ⅰ级植被覆盖区域和Ⅱ级植被覆盖区域为主,Ⅰ级植被覆盖区域2003年面积最大(24.200km2,占比99.48%);沉降高值由9.591 mm波动变化为-3.124 mm,沉降低值由-19.132mm波动变化至-26.059mm;2014—2017年温度异常区域和Ⅰ级植被覆盖区域叠加处理有效裂隙区点位置从5 617个减少至863个,再增加至3 578个,整体减少2 039个;低温区域和Ⅳ级植被覆盖区域叠加处理有效裂隙区点位置从4个增加至13个,总体约增加3倍;典型空气进入通道与典型烟气逸散通道沉降最低值均出现在20160131—20160319干涉对,分别为-262.402mm和-232.832mm,最高值则出现在20160506—20160530干涉对,分别为602.910mm和564.202mm。     

店坪矿矿井回风废热资源利用技术研究

店坪矿由于锅炉房被泥石流摧毁,目前煤矿洗浴热水只能靠1台1 t热水锅炉维持,新建锅炉房已经开始设计施工。由于热泵技术节能减排、施工周期短,又利用丰富的矿井回风废热资源,因此,利用矿井回风源热泵系统解决了店坪矿洗浴热水和取暖、制冷的需求问题,取消原4 t澡堂锅炉的施工方案,冬季建筑采暖减少2个锅炉吨位,利用废热资源满足了煤矿供热水、采暖等需求,实现了节能减排。采用的矿井回风换热器设计独特,不仅达到为矿井排风降噪除尘的目的,而且改善了矿区的空气质量,经济、社会效益显著。     

混凝土管在煤炭地下气化工程中的应用初探

煤炭地下气化粗煤气中含有硫化物,对钢制排气钻孔套管和净化前的输气管路具有腐蚀作用,影响地下气化站的长期安全稳定运行。针对这一问题,提出了采用混凝土管替代钢管的设想,对混凝土管在地下气化工程的应用进行了初步探讨,分析了排气钻孔套管的应力状态,对混凝土管道的结构进行了设计,对比了钢管和混凝土管的成本。结果表明,采用耐高温混凝土制作的管道能满足地下气输气要求,不但耐腐蚀,而且价格仅为钢管的1/3,优势明显。     

对半微量蒸汽法定氮有关问题的研究

介绍了半微量蒸汽法测定煤中氮的空白值、碱液倒吸、氢氧化钠溶液重复利用等问题的研究，并探讨了用自动滴定法代替人工目视滴定法判断终点的可行性。     

煤中全硫测定方法的探讨

煤炭中全硫的分析，采用高温燃烧中和法进行测定，其中所用氧气采用纯氧瓶来供氧。因此，在试验中有很多不便。本文通过大量试验，从理论和实践中提出了直接以空气中氧来代替目前所用氧气钢瓶是完全可行的。     

特厚极软煤层放顶煤工作面防片帮、漏顶技术的研究

淮北矿业集团公司朱仙庄煤矿主采煤层8煤层是特厚、极软、易燃煤层,采用轻型支架放顶煤开采。由于煤壁片帮、漏顶严重制约了轻放单产的提高,因此对综采放顶煤工作面防片帮、漏顶技术进行了研究,实践证明煤壁浅孔动压注水等技术能够有效地防治煤壁片帮、漏顶,提高轻放工作面的单产。