一种井下充填封存电厂烟气扩散范围的监测方法

本发明涉及一种井下充填封存电厂烟气扩散范围的监测方法，属于电厂烟气监测。

背景技术：

1、我国火电行业起步早，技术比较成熟，发电用煤炭资源丰富，占据发电领域主导市场，是我国最主要的发电形式。煤炭燃烧的过程中会产生较大的烟气，烟气是气体和烟尘的混合物，烟气的成分很复杂，气体中包括水蒸气、so2、n2、o2、co、co2、碳氢化合物以及氮氧化合物等，烟尘包括燃料的灰分、煤粒、油滴以及高温裂解产物等，这些气体及烟尘直接排放到空气中会对环境造成污染。

2、目前电厂烟气常见处理措施有脱硫、脱硝、脱汞、烟气脱臭以及除尘等技术，存在能耗较高、处理效率受限、产生二次污染、操作维护难度大以及技术更新迭代较慢等问题，充填封存电厂烟气技术可较好的改善上述问题。但是目前电厂烟气监测主要使用烟气排放连续监测系统(cems系统)，为固定式地面大气监测设备，并不能很好的监测井下充填封存电厂烟气，因此建立一种井下充填封存电厂烟气的监测方法成为亟需解决的一大难题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足之处，本发明提供一种井下充填封存电厂烟气扩散范围的监测方法，解决井下烟气处置效果监测难题，其可以广泛应用于井下烟气处置效果监测，能够提高监测全面性，精准监测充填封存烟气效果。

2、为了实现上述目标，本发明采用如下的井下充填封存电厂烟气扩散范围的监测方案：

3、s1、采集井下充填封存烟气的注入-扩散-矿化全生命周期的烟气扩散特征数据；

4、s2、将所述烟气扩散特征数据预处理后，综合分析烟气矿化前后的扩散运移情况；

5、s3、基于叠前反演原理，将采集得到的烟气扩散特征数据进行近似式反演，量化求解烟气扩散范围与充填体矿化反应范围；

6、s4、根据烟气注入量、烟气输送距离及所述烟气扩散特征数据建立基于优化随机森林的电厂烟气注入量预测模型；

7、s5、根据所述电厂烟气注入量预测模型确定最大注气量，实时判断烟气注入量是否达到充填体封存能力上限，并根据实时监测结果进行反馈调节。

8、可选的，在本发明的一种实施方式中，步骤s1中，所述烟气扩散特征数据包括烟气输送管路co2、so2及nox浓度，充填采空区矿化产物放射强度，充填采空区co2、so2及nox浓度，充填采空区烟气运移微震信号，环境敏感点co2、so2及nox浓度。

9、进一步可选的，在本发明的一种实施方式中，所述环境敏感点为充填封存电厂烟气的井下临近工作面及充填体上部含水层。

10、可选的，在本发明的一种实施方式中，步骤s1中，所述烟气扩散特征数据采用烟气扩散特征数据监测模块进行采集。

11、进一步可选的，在本发明的一种实施方式中，所述烟气扩散特征数据监测模块的监测位置包括电厂烟气输送管路、充填采空区、采空区相邻工作面及巷道及充填体上部含水层。

12、进一步可选的，在本发明的一种实施方式中，该烟气扩散特征数据监测模块包括：烟气组分含量监测模块、烟气扩散运移监测模块、矿化产物分布监测模块以及烟气泄露路径监测模块，其中，

13、所述烟气组分浓度监测模块，包括co2浓度监测单元、so2浓度监测单元、no2浓度监测单元，实时监测充填采空区不同位置与烟气输送管路的烟气组分浓度变化；

14、所述烟气扩散运移监测模块，包括微震信号采集单元，所述微震信号采集单元监测烟气运移振动信号，进行信号降噪处理和震源定位，绘制烟气运移震源云图，监测电厂烟气扩散运移情况；

15、具体地，所述烟气扩散运移监测模块中，微震信号采集单元监测烟气运移振动信号，并针对微震信号的随机性、非平稳性等特点，采用小波阈值降噪法或emd降噪法实现信号降噪处理，同时根据波速模型法、混合优化法或震源扫描法等方法完成震源定位，绘制烟气运移震源云图，监测电厂烟气扩散运移情况。监测充填采空区中烟气矿化前后的时空分布特征。

16、所述矿化产物监测模块，在电厂烟气中按一定比例加入含放射性同位素的14co2、35so2，进入充填采空区后与充填体中的cao反应生成含放射性同位素的caco3、caso4，将放射性现场探测谱仪布置在充填采空区监测范围内，实时监测区域内的辐射强度，经数据采集处理与图像重建后，得到充填封存烟气的矿化产物分布图像、质量分数定量化分析；同时电厂烟气中放射性同位素标记的co2和so2的添加确定比例根据监测烟气组分浓度实时调节；

17、所述烟气泄露路径监测模块，包括地下水水质监测单元、井下空气质量监测单元，根据烟气逸散特征，井下临近工作面及充填体上部含水层为充填封存电厂烟气的环境敏感点，布置相应的传感器监测co2浓度、so2浓度、no2浓度、ph值变化情况。

18、可选的，在本发明的一种实施方式中，所述烟气扩散运移监测模块中，所述信号降噪处理采用小波阈值降噪法或emd降噪法，所述震源定位采用波速模型法或混合优化法或震源扫描法。

19、可选的，在本发明的一种实施方式中，所述传感器包括co2浓度传感器、so2浓度传感器、no2浓度传感器和ph传感器。

20、可选的，在本发明的一种实施方式中，步骤s2中，所述烟气扩散特征数据的预处理方法包括数据清洗、数据整合、统计分析、数据挖掘、数据可视化，根据预处理后的数据信息综合分析烟气扩散的变化趋势和分布情况，从而分析烟气矿化前后的扩散运移情况。

21、可选的，在本发明的一种实施方式中，步骤s3中，所述叠前反演包括正演模拟、初始模型建立、反演参数选择、反演算法选择、迭代反演、模型评估、收敛判据，根据最终的反演结果，量化求解充填封存电厂的烟气扩散范围与充填体矿化反应范围。

22、可选的，在本发明的一种实施方式中，步骤s4中，所述电厂烟气注入量预测模型的构建过程，包括：

23、s41、收集井下充填封存烟气输送扩散特征的数据样本、烟气注入量和烟气输送距离；

24、s42、对收集到的数据进行清理和集成，将处理后的样本数据通过随机森林建模方法建立一个烟气注入量预测模型，并对模型进行评估和优化，包括模型的验证、性能指标的选择、参数的优化。

25、可选的，在本发明的一种实施方式中，步骤s5中，所述反馈调节包括烟气注入量反馈调节、放射性标记化合物添加比例反馈调节其中至少一种。

26、进一步可选的，在本发明的一种实施方式中，所述烟气注入量反馈调节的方法包括：

27、当实际注气量未达到预测最大注气量，监测模块已监测到烟气的泄露时，关闭注气阀门；

28、当实际注气量达到预测最大注气量，监测模块未监测到烟气的泄露时，保持注气阀门开启。

29、进一步可选的，在本发明的一种实施方式中，所述放射性标记化合物添加比例反馈调节的方法包括：根据烟气输送管路气体浓度实时监测数据，计算放射性标记化合物添加比例，反馈调节放射性同位素标记气体输送管路阀门。

30、本发明所达到的有益效果：与现有技术相比，本发明提供了井下充填封存电厂烟气扩散范围的监测方法，根据温度、压力、流量、微震及放射性监测模块的监测历史与实时数据，实现烟气成分含量、物理参量、运移与泄露情况的实时监测，根据烟气实测数据实时调整烟气注入量计算模型与放射性监测方案标记化合物添加比例计算模型，反馈调节烟气输送管路阀门，在井下充填封存电厂烟气中具有广泛的适应性和现场应用性。