一种矿山固废充填处置电厂烟气的管路设计方法技术

本发明专利技术公开了一种矿山固废充填处置电厂烟气的管路设计方法，包括：根据采空区与地面燃煤电厂的位置

【技术实现步骤摘要】
一种矿山固废充填处置电厂烟气的管路设计方法


[0001]本专利技术涉及一种矿山固废充填处置电厂烟气的管路设计方法，属于管路设计领域
。

技术介绍

[0002]根据
BP2022
年报告，
2021
年中国燃煤发电占中国发电量
62.6
％，燃煤发电处于我国电力的绝对主导地位
。
长期粗放利用造成燃煤烟气污染物对环境空气的影响突出，其中电力行业主要大气污染物排放总量一度达全国工业烟气污染物排放量的
60
％以上，严重影响生态环境
。
但当前我国烟气治理产业存在集中度不高
、
规模偏小
、
治理成本高
、
创新能力不足等问题
。
因此，提出利用充填开采固化封存电厂烟气，有效解决烟气处置问题
。
[0003]地面输气管道工程是指用管道输送天然气
、
煤层气和煤制天然气的工程，井下使用的输送管路包括充填料浆输送管路与瓦斯抽放管
。
相比于天然气
、
煤层气等气体运输，电厂烟气成分复杂，井下环境对管路强度与稳定要求更高，因此亟需建立一种矿山固废充填处置电厂烟气的管路设计方法，解决电厂烟气井下长距离输送难题，满足井下充填封存烟气的要求
。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足之处，提供一种矿山固废充填处置电厂烟气的管路设计方法，以解决电厂烟气安全处置与长距离输送问题r/>。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0006]一种矿山固废充填处置电厂烟气的管路设计方法，首先根据采空区与地面燃煤电厂的位置
、
烟气注入量，确定管路输送距离与输送能力；根据电厂烟气性质测试实验，得出烟气平均密度
、
平均温度与扩散系数等性质参数，据此计算长距离烟气输送阻力，确定管路直径
、
压力
、
流量与中间泵站数量等设计参数；根据烟气输送管路现场布置方案，建立烟气管路输送仿真模型，确定管路设计参数与烟气运动状态的关系，并采用综合评价数学模型得出最优管路设计参数
。
[0007]技术方案：本专利技术提出一种矿山固废充填处置电厂烟气的管路设计方法，具体包括如下步骤：
[0008]S1、
根据采空区总体积与矿山固废固定烟气能力，基于矿物封存原理公式，计算烟气处置量即充填体封存烟气能力
T
烟气
；结合采空区和地面燃煤电厂位置与烟气扩散范围，确定管路输送距离与输送能力；
[0009]S2、
根据烟气理化性质与扩散系数测试试验，得出烟气的基本物化性质与扩散范围；
[0010]S3、
基于气态管路输送理论，采用所述烟气的基本物化性质，结合管路中气体压降计算公式，计算管道长距离烟气输送压降；
[0011]S4、
根据管道布置区域地质资料建立三维地质模型，合理划分网格数量密度和分
布，确定模型边界条件，利用流体动力学原理，使用
Ansys
软件对输送管路中电厂烟气的流动过程进行模拟，建立三维环境下的烟气管路输送仿真模型，进行仿真分析，确定各种管路布置方案的管路关键参数与烟气运动状态的关系，以及中间泵站的数量；
[0012]S5、
将不同参数的结果进行优化分析，借助综合评价数学模型求解得出经济高效的管路参数
。
[0013]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，步骤
S1
中，所述充填体封存烟气能力
T
烟气
的计算方法为：
[0014][0015]式中：
T
烟气
为充填体封存烟气能力，
Mt
；
[0016]m
烟气
为单位体积充填体的理论固定烟气能力，
t
·
m
‑3；
[0017]A
为充填体面积，
km2；
[0018]H
为充填体高度，
m
；
[0019]φ
为充填体的孔隙度；
[0020]C
eff
为烟气在充填体中的有效封存系数，
C
Aeff
为注入烟气的波及系数，
C
react
为烟气固定反应达到平衡时对充填体反应矿物的利用率；
[0021]ρ
r
为充填体密度，
t
·
m
‑3；
[0022]w
B
为充填体中
CaO、MgO、FeO
的质量分数；
[0023]M
B
为
CaO、MgO、FeO
的摩尔质量，
kg/mol
；
[0024]M
反应气体
为烟气中反应气体的总摩尔质量，
kg/mol。
[0025]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，步骤
S2
中，所述烟气的基本物化性质包括烟气的主要成分与含量
、
平均密度
、
平均温度
、
平均湿度
、
粘度
、
雷诺数
、
导热系数，其中，所示粘度包括动力粘度和运动粘度
。
[0026]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，步骤
S3
中，所述烟气输送压降的计算步骤包括：
[0027]通过输送管道系统的气体压降理论分析，如公式
(1)
所示，得出不考虑压缩时长距离烟气输送压降
P
z
：
[0028][0029]式中：
P
z
为输送管道系统的气体总压降；
[0030]P
n
为管道系统内部的压降；
[0031]P1为输送管道泄漏压降，当使用正压输送时，主要为进风装置处产生的压降；当使用负压输送时，主要为气泵和管路出口部分处产生的压降；
[0032]P2为直管部分的压降；
[0033]P3为阶梯管
、
弯头处及其他配件造成的压降；
[0034]其中，
f
为气体管路输送阻力系数；
[0035]S
为管道长度，
m
；
[0036]Q
为电厂烟气的质量流量，
kg/s
；
[0037]ρ
为管内自然状态下的密度，
kg/m3；
[0038]v
为截面空气平均流动速度，
m/s
；
[0039]为弯管中输送气体的特定参数
。
[0040]可选的，在本专利技术的一种实施方式中，步骤
S4
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种矿山固废充填处置电厂烟气的管路设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、
根据采空区总体积与矿山固废固定烟气能力，基于矿物封存原理公式，计算烟气处置量即充填体封存烟气能力
T
烟气
；结合采空区和地面燃煤电厂位置，确定管路输送距离与输送能力；
S2、
根据烟气理化性质与扩散系数测试试验，得出烟气的基本物化性质与扩散范围；
S3、
基于气态管路输送理论，采用所述烟气的基本物化性质，结合管路中气体压降计算公式，计算管道长距离烟气输送压降；
S4、
根据管道布置区域地质资料建立三维地质模型，合理划分网格数量密度和分布，确定模型边界条件，利用流体动力学原理，使用
Ansys
软件对输送管路中电厂烟气的流动过程进行模拟，建立三维环境下的烟气管路输送仿真模型，进行仿真分析，确定各种管路布置方案的管路关键参数与烟气运动状态的关系，最终确定管路关键参数及中间泵站的数量；
S5、
将不同参数的结果进行优化分析，借助综合评价数学模型求解得出经济高效的管路参数
。2.
根据权利要求1所述的一种矿山固废充填处置电厂烟气的管路设计方法，其特征在于，步骤
S1
中，所述矿物封存原理公式为：式中：
T
烟气
为充填体封存烟气能力，
Mt
；
m
烟气
为单位体积充填体的理论固定烟气能力，
t
·
m
‑3；
A
为充填体面积，
km2；
H
为充填体高度，
m
；
φ
为充填体的孔隙度；
C
eff
为烟气在充填体中的有效封存系数，
C
Aeff
为注入烟气的波及系数，
C
react
为烟气固定反应达到平衡时对充填体反应矿物的利用率；
ρ
r
为充填体密度，
t
·
m
‑3；
w
B
为充填体中
CaO、MgO、FeO
的质量分数；
M
B
为
CaO、MgO、FeO
的摩尔质量，
kg/mol
；
M
反应气体
为烟气中反应气体的总摩尔质量，
kg/mol。3.
根据权利要求1所述的一种矿山固废充填处置电厂烟气的管路设计方法，其特征在于，步骤
S2
中，所述烟气的基本物化性质包括烟气的主要成分与含量
、
平均密度
、
平均温度
、
平均湿度
、
粘度
、
雷诺数
、
导热系数，其中，所示粘度包括动力粘度和运动粘度
。4.
根据权利要求1所述的一种矿山固废充填处...

【专利技术属性】
技术研发人员：李猛，张吉雄，周楠，刘硕，邢世豪，解春晖，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：