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            您好,歡迎來到山東中煤工礦集團!

            “黑”科技成就“綠”事業

            時間: 2022/09/05 13:36:30 欄目:中煤要聞 “黑”科技“綠”事業 點擊: 88

            從遠古時期的鉆木取火發現生物熱能,到17世紀末英國人發明蒸汽機開啟工業革命,再到1969年法國人建成第一臺太陽能發電站清潔能源登上歷史舞臺,可以說,人類發展史伴隨著能源的開發和利用。現如今,綠色發展、低碳發展、循環利用,成為能源革命首要目標。

              作為全國第一個全省域轉型綜改試驗區,第一個能源革命改革試點,山西把落實低碳目標、建設美麗山西擺在戰略優先位置,把低碳、節能、提效作為重要突破口。而作為新晉國家級專精特新重點的“小巨人”企業,山西文龍中美環能科技股份有限公司(以下簡稱“文龍中美”)多年來錨定環保事業、聚焦低碳技術,在余熱資源回收、煤礦充填開采、火電深度調峰領域,持續攻關,相繼推出一系列“黑”科技,為能源革命提供了“山西方案”,成就了一番“綠”事業。

              ■■ 聚焦工礦企業余熱資源

              應收盡收

              工礦企業余熱資源回收利用技術,是文龍中美的第一項“黑”科技。在他們的眼中,煤礦職工洗浴廢水是撬動節能減排的杠桿,礦井自由流動的乏風是調節資源浪費的節排器。

              2013年,煤礦洗浴廢水余熱利用技術研發成功,并獲得國家專利,2014年開始在相關企業推廣應用,2015年在山西焦煤西山煤電東曲礦大獲成功。

              該技術通過一次換熱和污水源熱泵,分別提取洗浴廢水熱量,加熱自來水,滿足洗浴需求,替代原有燃煤、燃氣、燃油、甲醇鍋爐。制備一噸42攝氏度的洗浴水僅需3度電,成本是燃煤鍋爐的1/3、燃氣鍋爐的1/4,熱效率是空氣源熱泵的3倍,節能效果顯著。可廣泛用于礦井等大中型工礦企業及學校、醫院等日用洗浴熱水量需求不小于150噸的浴室。

              此后,文龍中美研發團隊乘勝追擊,空壓機余熱利用技術、礦井回風熱能梯度高效利用技術、礦井水余熱高效利用技術等九大核心技術相繼登場亮相。其中,礦井回風乙二醇雙級提熱熱泵技術,入選國家自然資源部發布的《礦產資源節約與綜合利用先進適用技術目錄(2019)》,是該目錄中70項煤炭類技術中,唯一一項煤礦余熱資源化利用技術。

              中國富煤貧油少氣的資源稟賦,決定了煤炭長期以來是中國工業的“主糧”。煤炭產業鏈條長,涉及面寬,很多技術都是一直在研發、升級中。如何讓傳統產業環保節能發展,是許多科研團隊孜孜以求的攻堅目標。文龍中美的礦井回風乙二醇雙級提熱熱泵技術正是切中了這一時代命題。

              礦井回風是煤礦生產的生命線安全線,進風溫度必須大于2攝氏度。但是對于山西的忻州、大同乃至很多高緯度地區來說,冬天的溫度動輒零下二三十攝氏度,這幾十度的溫差之下,進風溫度提高到2度以上,無論用煤還是用電加熱,一刻都不能停,每年都是一筆很大的開支。

              “全世界煤礦目前在采的中國最多,山西又是中國煤礦最多的省份之一。世界上最先進的煤礦技術在山西,最實用、最先進的煤礦節能環保技術也必然誕生在山西。”文龍中美的負責人如是說。公司專注于做節能技術服務方案解決商,2015年提出高寒地區礦井回風熱能梯度高效利用技術的設想,從山西實際情況出發,把礦井出來的熱風熱量,用公司研發的專業設備提取,采用熱能梯度高效利用方法,把進風溫度從零下二三十攝氏度加熱到規定溫度再送至井下。經過兩年的研發和實驗,2018年,晉能控股集團同忻煤礦首先使用了這項全世界唯一的技術。煤礦數據顯示,和傳統的燃氣鍋爐加熱相比,節約70%的費用,和電熱風爐相比,節約2/3的費用。

              立足省情和煤礦實際,在傳統產業中挖掘新技術,是山西省專精特新技術發展的一個特點。特別是節能減排和清潔能源、環保技術方面,山西有著得天獨厚的優勢。近年來的實踐證明,任何一個技術只要能在節能環保方面有大的突破,就當之無愧可以說是“單項冠軍”技術企業。

              戴著節能環保技術“桂冠”的文龍中美,吸引了越來越多工礦企業的目光,催生了工礦企業余熱資源回收利用技術大面積推廣的“馬太效應”。幾年來,文龍中美的“黑”科技,在晉能控股塔山煤礦等數十家煤礦企業相繼落戶,開花結果,成就了山西省域更多煤礦企業的“綠”事業,取得良好經濟和社會效益。

              ■■ 聚焦煤礦充填多重目標

              一注達成

              如何實現我國煤礦超大量三廢(固、液、氣)低成本地質封存及生態環境協同發展,是中國科協發布的2022十大工程技術難題之一。文龍中美研發的數智化覆巖離層注漿充填技術,正是重點解決這一難題的關鍵“密鑰”,是文龍中美瞄準煤礦綠色開采而聚力攻關的第二大“黑”科技。

              山西因煤而興,山西也受煤之困。

              長期以來,傳統長壁式采煤方法由于暴露面積較大,無休止的地表塌陷——充填治理怪圈,成為困擾煤礦企業可持續發展的一大難題。無數采礦人不斷尋求控制地表塌陷,又充分復用煤基固廢(煤矸石、粉煤灰、煤泥等)更優解。

              采煤沉陷區治理同樣是得到高度關注的問題。“開展煤礦充填開采可行性研究”是國務院采煤沉陷區綜合治理部級聯席會議確定的11項重點工作之一,為掌握煤礦充填開采現狀和存在問題,探討推行充填開采技術的可行性,“因地制宜推廣高效充填開采等先進工藝技術,降低采煤沉陷影響”成為煤礦充填技術研究方向。

              文龍中美研發團隊將目光鎖定煤礦充填技術研究。據文龍中美研究團隊負責人介紹,煤礦離層注漿技術在上個世紀80年代引進我國,相繼在遼寧老虎臺、河北開灤等地實踐,后因設備工藝、支撐理論等瓶頸制約逐漸暫停。21世紀初,中國礦大研究團隊,經過反復改進和提升,該技術在兩淮地區再次興起。

              山東、陜北、內蒙古等地的部分礦井,地層中的關鍵層,具有厚度大,強度高,埋深適中,連續性好等特點,被稱之為典型關鍵層。但典型關鍵層的賦存條件相對理想化,我國大部分煤礦中非典型關鍵層賦存則比較普遍。以我國山西太原、長治為例,如西山煤電屯蘭礦、山煤國際霍爾辛赫礦等,其緩慢下沉帶地層中的所謂關鍵層,具有厚度不太厚,強度不太高,連續性不夠好的特點,被稱之為非典型關鍵層。

              在這種地層條件下,繼續采用典型關鍵層下注漿控制技術,往往出現效果不盡如人意,反復跑漿、地層斷裂等現象。

              鑒于此,數智化覆巖離層注漿充填技術應運而生。

              對于如何保持離層注漿效果的長期穩定性,以及保證受護對象長久安全的使用。文龍中美團隊采用“腳穿鞋、頂戴帽”的綜合處理措施來實現。

              所謂“穿鞋”是將檢查孔打入煤層底板以下,通過高壓旋噴加固技術將漿液注入到穩定的地層中,在受護建構筑物底部區域形成穩定的可以對地基承載力加強的底部支撐。“戴帽”指提前對上覆巖層中可能產生離層的巖層進行預判,對檢查孔中此地層所在的位置進行射孔操作。并進行壓水監測,以判斷離層的發育情況,一旦有漏失現象發生,即進行二次注漿操作。實際操作中,將粉煤灰、煤泥、煤矸石等煤基固廢與礦井水混合配比成漿液,通過地面鉆孔向關鍵層下方采動裂隙注漿充填。注漿凝固后,產生“壓下托上”作用,在關鍵層下方形成全域支撐體,有效阻止關鍵層斷裂,防止地表塌陷。

              通過“穿鞋帶帽”技術的實施,可對建/構筑物的地基承載力進行行之有效的加強,同時對于離層注漿減沉技術實施后可能產生的地層滯后下沉現象。該技術應用包括“三下”采煤、沉陷控制、處置固廢、減震防沖、保水開采等,實現了多重目標一“注”達成,綠色開采安全高效。

              首先,我國“三下”壓煤量巨大,尤其在埋深大、煤層層數多的礦區。該技術應用不僅保護了地面建筑物、鐵路、地下水體不被破壞,而且實現多出煤、降成本、高效率、保安全、解放壓覆煤炭資源、提高資源回收率。

              其次,地表減沉技術最廣泛適應于建/構筑物壓煤開采。推廣應用后,實現了“三下”安全開采,建/構筑物下沉系數小于0.1,處于規范允許變形以內。

              第三,處置固廢。“雙碳”目標下,煤礦面臨固廢減排和綜合利用迫切需求。該技術處理粉煤灰、煤矸石、煤泥等固廢,實現無害化減排目的。

              第四,減震防沖。該技術能夠防止堅硬巖層破斷,減小其能量釋放,減緩實體煤應力集中,從而實現減震防沖目的。

              第五,保水開采。該技術通過控制關鍵層不破斷,降低充填層位以上巖層破裂程度,使其免于長壁開采導致的滲透性增加,從而減少淺部含水層向下滲流,達到保水效果,在干旱、半干旱礦區水資源保護中具有重要意義。

              總之,這項控制關鍵層不斷裂的源頭技術,在不改變工作面采煤工藝與裝備的同時,保證地面注漿與井下采煤互不干擾、同步實施,一舉實現提高資源回收率、延長礦井服務年限、保護含水層資源、減少沖擊地壓、保護地面建(構)筑物、保護土地與環境、無害化處置煤基固廢等多重目標,突破了我國煤礦綠色開采技術難題,為煤炭開采開啟全生命周期“綠色循環之旅”。

              2021年10月,數智化覆巖離層注漿充填技術首先在山西焦煤山煤國際霍爾辛赫煤礦3501工作面推廣,目前該礦一期工程勝利竣工。經測算,可釋放“三下”壓覆煤量約51萬噸,產生直接經濟效益3.7億元。每年處理矸石70萬噸,節約矸石處置費3400萬元。每年處理礦井水1156立方米,節約處理費208萬元,節約地表附著物遷建、修復等費用5854萬元。

              一期工程結束后,項目評審組一直認為,文龍中美的這項技術,在霍爾辛赫礦的成功實踐,不僅解決了非典型關鍵層下注漿控制沉漿工程中,易跑漿、效果差等現象,豐富了離層注漿理論,也可有效解決我國許多地區,非典型關鍵層下的煤炭解放難題。

              項目上報集團后,也得到集團外聘專家的交口稱贊,認為這項技術不僅解決了許多技術難題,經濟價值也十分可觀。一是效果好。地面一注能夠有效保護建/構筑物、工業設施與環境,損傷低。二是效率高。技術操作不繁瑣,只需地面打孔注漿,無需對采面做任何改變,無需專用充填支架,不改現有采煤工藝,充填與采煤同步實施干擾最小,單工作面年產量可達300萬t/a。三是成本低。覆巖離層注漿充填使用的材料是煤基固廢,可就地取材,不僅來源廣、成本低,而且無害化處置、減輕環保壓力,綜合充填成本僅需40元/噸-60元/噸。關鍵還能有效利用煤基固廢,無需申請排堆場雇人拉運,免除固廢污染后顧之憂。四是適應廣。覆巖離層注漿充填技術,憑借強大的適用性,已成功用于綜采、綜放工作面、單一煤層及多煤層開采,最大采厚達9米。

              山西焦煤山煤國際霍爾辛赫煤礦3501工作面的試采成功,為解決山西省這個煤炭大省諸多高產高效礦井受“三下”壓煤困擾問題,以及大量固廢煤矸石的堆放及環境污染問題,提供了十分寶貴的可借鑒經驗,具有可持續發展示范效應,社會效益潛力巨大。

              ■■ 聚焦火電機組深度調峰

              以煤代油

              近年來,風電、光伏發電等新能源電力行業高速發展,正在引領新一輪能源革命。隨著新能源電力在電力系統中占比將逐步提高,對電力系統調節能力提出了更高的要求。時間上,風光發電受自然環境影響,發電波動性較大,且出力往往同用電負荷不匹配。空間上,風光裝機主要分布在東北、華北北部和西北地區,與用電負荷較高的中東部地區存在空間上的不匹配。

              為了維持棄風棄光率在合理范圍,亟需通過加大調峰能力建設投入,來持續推動消納水平的提升。此時,文龍中美研發的大調節比燃燒器深度調峰技術,作為又一項“黑”科技,應運而生。

              該技術通過融合煤粉燃燒技術、中頻電加熱技術和兩相流輸送技術,一舉突破冷爐條件下直接點燃煤粉燃燒器的難關,可使火電機組降低負荷75%。2018年8月,在哈爾濱鍋爐廠有限公司30MW試驗臺成功完成熱態試驗。2019年5月,開始在山西焦煤武鄉電廠2#發電機組工業化應用。2021年1月完成調試。同年10月山西省能源局委托山西省電科院完成驗收。

              該項目順利完成國家電網對2#機組純凝工況下最小出力試驗、AGC試驗、一次調頻試驗三項驗收,各項參數均符合規定。武鄉電廠因此成為山西省調峰能力達到35%額定負荷且通過國家電網驗收的電廠。

              項目投入使用后,1臺600MW機組1年調峰2000小時,可消納2.4億Kwh新能源電力,節約標煤8萬噸,且不產生固廢、廢水及廢氣,在一定程度上減少油氣依賴,大量消納新能源,實現鍋爐全煤種燃燒和深度調峰能力。

              近年來,新能源電力快速發展,裝機規模不斷擴大,新能源發電出力及發電量屢創新高。為優先消納新能源,受國家政策干預影響,火電機組長時間停機備用,受制于設備安全及可靠性,火電機組不能短時頻繁啟停,造成晚高峰新能源小發時段電力保供能力下降,而大調節比燃燒器深度調峰技術的出現,根本解決了這一難題,啟停變得越來越得心應手。

              參與評審的多位專家指出,這是一項去油化、革油命的顛覆性技術,是火電機組調峰新常態下靈活性改造首選,將徹底擺脫對油的依賴,對解決我國富煤貧油少氣問題具有重大戰略意義。同時,在“雙碳”經濟背景下,火電的深度調峰能力將實現清潔能源與傳統能源優勢互補,發揮出巨大的協同作用。

              2022年以來,國家繼續統籌指導煤電企業著力抓好煤耗300克以上機組,特別是亞臨界機組節能降碳改造、大型風光基地配套煤電靈活性改造、東北地區和工業園區供熱改造,逐步降低煤電裝機占比和發電量占比,進一步提升煤電靈活調節能力和清潔高效水平。

              4月20日召開的國務院常務會議明確,要推動煤電機組節能減排改造、靈活性改造、供熱改造,提高能源使用效率,2022年煤電機組改造升級規模將超過2.2億千瓦。

              5月10日,國家發改委等六部門聯合印發《煤炭清潔高效利用重點領域標桿水平和基準水平(2022年版)》,為燃煤發電機組、燃煤供熱鍋爐等劃定各類指標基準線,對標“雙碳”目標任務,加大財政資金支持力度。

              有學者表示,從政策端來看,“十四五”期間,國家大力鼓勵火電企業發展靈活性改造,強調存量煤電機組應改盡改,預計“十四五”期間將完成2億千瓦,對應市場空間超過300億元。

              事實證明,煤電機組完全具備靈活性改造效果好、性價比高、周期短的特點,因此可以說火電靈活性改造中推廣應用文龍中美研發的大調節比燃燒器深度調峰技術,將是“十四五”期間推動新能源消納最重要的手段之一。

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