一种电厂烟气注入采空区防灾封存的烟道开孔接管方法

1.本发明属于矿井安全技术领域，具体涉及一种电厂烟气注入采空区防灾封存的烟道开孔接管方法。


背景技术：

2.随着矿井综放开采技术的不断提升，采空区面积随之扩大，因漏风带入的氧气与采空区遗煤之间发生氧化反应不断放出热量，引发采空区煤自燃灾害，甚至会诱发瓦斯与煤尘爆炸等二次灾害，造成大量人员伤亡和财产损失，严重威胁着矿井安全生产生产。
3.现场普遍采用注氮气的方式惰化采空区，降低氧气的浓度，从而预防煤自燃灾害的发生。
4.经过脱硫脱硝处理后，燃煤电厂烟道烟气的主要成分为氮气、二氧化碳等惰性气体，以及4％-7％的氧气，可以用来替代纯氮气注入采空区预防煤自燃，该方法实现烟气的回收利用、减少碳排放；然而，由于电厂烟气中仍含有部分有毒有腐蚀性气体，目前缺少能够针对电厂烟气特性，从烟道处进行钻孔接管，实现安全高效抽取烟气并进行回收利用的方法。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供一种电厂烟气注入采空区防灾封存的烟道开孔接管方法，可从电厂脱硫塔与烟囱之间的烟道处开孔并接管，取出大量的烟气，能实时监测烟气中的气体成分，能根据烟气中的氧气浓度调节抽取烟气的量，可对烟气进行安全抽取，有效减少烟气的排放，预防采空区煤自燃。
6.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种电厂烟气注入采空区防灾封存的烟道开孔接管方法，具体步骤如下：
8.s1：根据矿井防火注氮强度与矿井产量的关系，确定矿井防火注烟气强度与矿井产量的关系，获得理论烟气取气量的计算公式：
9.q0＝a/(24
·
υ
·
t
·
η1·
η2)
·
(c1/c
2-1)；
10.式中，q0－理论标态取气量，nm3/h；a－年产量，mt/a；υ－煤的容重，t/m3；t－年工作日，d；η1－管路输烟气效率；η2－采空区注烟气灭火效率；c1－空气中氧含量；c2－采空区防火惰化指标；
11.为保证烟气量充足以满足采空区灭火需求，需要选取一定的备用系数ψ，则工程应用的实际标态取气量q的计算公式：
12.q＝ψ
·
q0；
13.实际工况下的烟气密度根据以下公式计算：
14.ρ’＝ρ
·
273.15/t
·
(p0+p)/p0，
15.式中，ρ-标态烟气密度，kg/m3；ρ
’‑
实际工况下的烟气密度，kg/m3；t-烟气实际温度，k；p
0-大气压力，pa；p-水平烟道断面内烟气静压，pa；
16.实际取气量可用以下公示计算：
17.q’＝q
·
ρ/ρ’，式中，q
’‑
实际取气量，m3/h；
18.根据烟气取气量与管道沿程阻力之间的关系，结合工艺需要，计算出取气孔孔径：
19.d＝[8
·
λ
·
l
·
ρ’·
(q’/3600)2/(π2·
h)]^(1/5)；
[0020]
式中,h－为烟道沿程阻力，pa；λ－沿程阻力系数；l－管路长度，m；d－管路直径，m；q’－实际取气量，m3/h；ρ－重力加速度，m/s2；π-为圆周率。
[0021]
s2：经过电厂处理后水平烟道位置处的烟气有毒有害气体成分最低，而且施工方便，选取脱硫塔和排气烟囱之间的水平烟道壁作为开孔断面；取气孔位置要根据水平烟道的内部结构，避开烟道壁面原加固的钢构件，距离地面高度大于等于2m，以免影响施工人员作业；因为烟道内壁面的防腐玻璃鳞片涂层为易燃材料，玻璃开孔作业前需采用打磨的方式处理掉取气孔周边大于等于1m范围内的内壁面防腐涂层；拆除烟道外壁面对应位置处的保温层。
[0022]
s3：根据取气孔孔径的计算结果，利用钻孔机，采用垂直水平烟道壁面的方式从外向内钻出取气口，在取气孔位置处焊接短节；开孔和焊接作业过程中，需要把烟道上的人孔进行封堵，以防电焊火花及其他火种从人孔、管道接口等落入烟道内；将闸阀的一端法兰盘与短节的法兰盘固定连接，闸阀的另一端法兰盘与输气管路的法兰盘固定连接；短节的内壁面涂玻璃鳞片涂层。
[0023]
s4：烟道壁面采用衬胶-鳞片交替方式馒涂大于等于5层玻璃鳞片；每一层的涂抹控制厚度为0.3mm；第一层鳞片充分硬化后进行第二层鳞片涂抹。
[0024]
s5：在内侧根部焊缝附近采用多层涂抹补强；鳞片衬里施工结束后，对氧化段、烟气出口及其附近、隔板各角焊缝等部位进行大于等于3层涂抹补强。
[0025]
进一步地，步骤s3中内壁面的玻璃鳞片涂层大于等于3层；
[0026]
进一步地，步骤s3每一层玻璃鳞片涂层的涂抹控制厚度为0.3mm；
[0027]
进一步地，步骤s3中所述输气管路的材料为玻璃钢管；
[0028]
进一步地，步骤s4中一次搅拌的鳞片胶涂料应控制在30分钟内用完，且初凝时间应控制在40分钟。
[0029]
与现有技术相比，本发明取得的有益效果：
[0030]
(1)通过分析电厂烟气预防采空区灭火的特性，结合烟气取气量与取气管路沿程阻力的关系，推导出烟气取气孔孔径的计算公式，可以确定出合理的取气管径，提高烟气输送过程的稳定性；
[0031]
(2)通过对电厂工艺和电厂烟气成分的分析，指出了从脱硫塔和排气烟囱之间的水平烟道位置处开孔接管的施工位置和步骤，具有施工方便，施工成本较低的优点，避免了取气钻孔施工过程对烟道的损坏，为实现电厂烟气的安全稳定取气提供保障。
附图说明
[0032]
图1为本发明的一种电厂烟气注入采空区防灾封存的烟道开孔接管方法流程图。
具体实施方式
[0033]
下面结合具体实施例对本发明做详细描述。
[0034]
如图1，一种电厂烟气注入采空区防灾封存的烟道开孔接管方法，具体步骤如下：
[0035]
s1：根据矿井防火注氮强度与矿井产量的关系，确定矿井防火注烟气强度与矿井产量的关系，根据以下烟气取气量计算公式获得理论取气量为3297.3nm3/h，
[0036]
q0＝a/(24
·
υ
·
t
·
η1·
η2)
·
(c1/c
2-1)
[0037]
式中，q0－理论标态取气量，nm3/h；a－年产量，取值10mt/a；υ－煤的容重，取值1.39t/m3；t－年工作日，取值300d；η1－管路输烟气效率，因烟气为有毒有害气体，输送过程中杜绝泄露，因此该值取1.0；η2－采空区注烟气灭火效率，注烟气效率包含火和封存两种作用，因此该值取0.4；c1－空气中氧含量，取值20.9％；c2－采空区防火惰化指标，烟气作为惰化气体,在常温下注入烟气可使煤对氧的物理吸附量下降25％～30％，相应的防火惰化指标可提高至原来的1.2-1.3倍，即取9％；
[0038]
为保证烟气量充足以满足采空区灭火需求，需要备用系数ψ＝1.2，则计算后工程应用的实际标态取气量为4000m3/h：
[0039]
q＝1.2
×
3297.3＝3963.1m3/h≈4000m3/h，
[0040]
经过现场监测，获得烟气实际温度为323.15k；大气压力为101325pa；水平烟道断面内烟气静压约为124pa；
[0041]
实际工况下的烟气密度根据以下公式计算：
[0042]
ρ’＝ρ
·
273.15/t
·
(p0+p)/p0＝1.34
×
273.15
÷
323.15
×
(101325+124)
÷
101325＝1.13kg/m3；
[0043]
式中，ρ-标态烟气密度，取值1.34kg/m3；ρ
’‑
实际工况下的烟气密度，kg/m3；t-烟气实际温度，取值323.15k；p0-大气压力，取值101325pa；p-水平烟道断面内烟气静压，取值124pa；
[0044]
实际取气量可用以下公示计算：
[0045]
q’＝q
·
ρ/ρ’＝4000
×
1.34
÷
1.13＝4743m3/h；
[0046]
式中，q
’‑
实际取气量，m3/h；
[0047]
根据现场工艺核算，合理的沿程阻力为1700pa左右，根据烟气取气量与管道沿程阻力之间的关系，根据以下公式获得取气孔孔径为350mm，
[0048]
d＝[8
·
λ
·
l
·
ρ’·
(q’/3600)2/(π2·
h)]^(1/5)＝350mm；
[0049]
式中,h－为烟道沿程阻力，pa；λ－沿程阻力系数，取值0.02；l－管路长度，通过实际测量取值672m；d－管路直径，m；q’－实际取气量，m3/h；ρ－重力加速度，取值9.8m/s2；π-圆周率，取3.14。
[0050]
s2：选取脱硫塔和排气烟囱之间的水平烟道壁作为开孔断面，取气孔位置要避开烟道壁面原加固的钢构件，且距离地面高度大于等于2m；开孔作业前需要采用打磨的方式处理掉取气孔周边大于等于1m范围内的内壁面防腐涂层，并拆除烟道外壁面对应位置处的保温层。
[0051]
s3：利用钻孔机，采用垂直水平烟道壁面的方式从外向内钻孔径为350mm的取气口，在取气孔位置处焊接350mm短节；开孔和焊接作业过程中，需要把烟道上的人孔进行封堵，以防电焊火花及其他火种从人孔、管道接口等落入烟道内，将闸阀的一端法兰盘与短节的法兰盘固定连接，闸阀的另一端法兰盘与输气管路的法兰盘固定连接；短节的内壁面涂有大于等于3层玻璃鳞片涂层，每一层的涂抹控制厚度为0.3mm，输气管路的材料为玻璃钢
管。
[0052]
s4：烟道壁面采用衬胶-鳞片交替方式馒涂大于等于5层玻璃鳞片；每一层的涂抹控制厚度为0.3mm；第一层鳞片充分硬化后进行第二层鳞片涂抹。一次搅拌的鳞片胶涂料应控制在30分钟内用完,且初凝时间应控制在40分钟左右。
[0053]
s5：在内侧根部焊缝附近采用多层涂抹补强；鳞片衬里施工结束后，对氧化段、烟气出口及其附近、隔板各角焊缝等部位进行大于等于3层涂抹补强。
[0054]
通过分析电厂烟气预防采空区灭火的特性，结合烟气取气量与取气管路沿程阻力的关系，推导出烟气取气孔孔径的计算公式，确定出合理的取气管径，提高烟气输送过程的稳定性；对电厂工艺和电厂烟气成分进行分析，指出从脱硫塔和排气烟囱之间的水平烟道位置处开孔接管的施工位置和步骤，施工方便，施工成本较低，避免取气钻孔施工过程对烟道的损坏。