發(fā)布時間：2020-04-23 19:13

【摘要】：煤火是一種全球性的災(zāi)難,我國的煤火尤為嚴重。針對傳統(tǒng)的剝離、注水與注漿等煤田火區(qū)治理方法在治理過程中火區(qū)蘊含的熱能被全部廢棄的缺陷,基于“以用代治”的煤火治理新思路,設(shè)計并構(gòu)建了一種新的基于溫差發(fā)電技術(shù)的煤田火區(qū)淺部鉆孔內(nèi)嵌式熱能提取裝置,并對其進行了相關(guān)測試與研究。主要研究成果如下:1)針對適合煤田火區(qū)淺部鉆孔自然條件的三種溫差發(fā)電模塊進行了熱電特性測試,分析了三種溫差發(fā)電模塊的熱電電動勢、內(nèi)阻、發(fā)電功率、熱電轉(zhuǎn)換效率等主要熱電特性的差異性,并探討了溫差發(fā)電模塊的成本效益,優(yōu)選出了熱電轉(zhuǎn)換特性最好的溫差發(fā)電模塊。2)構(gòu)建了煤田火區(qū)淺部鉆孔內(nèi)嵌式熱能提取裝置的實驗室試驗裝置,測試分析了熱管、風(fēng)冷以及水冷三種不同的冷端散熱方式、串并連結(jié)構(gòu)、以及兩種不同提熱方式對裝置熱電轉(zhuǎn)換特性的影響。結(jié)果表明,不同的冷卻方式中,效率最高為水冷壁散熱,效率最低為熱管散熱。在空載狀態(tài)下,連接方式為串聯(lián)的裝置發(fā)電量高于并聯(lián)的,接入負載后,負載電阻與裝置內(nèi)阻越接近,其輸出功率越大。對于不同的提熱方式而言,將熱能提取裝置放入淺部鉆孔進行直接熱電轉(zhuǎn)換的提熱方式優(yōu)于將煤田火區(qū)熱能提取至地面之后再進行熱電轉(zhuǎn)換的提熱方式。3)設(shè)計并構(gòu)建了煤田火區(qū)淺部鉆孔內(nèi)嵌式熱能提取裝置,該裝置主要包括銅制外殼、溫差發(fā)電模塊、水冷壁等部件,并在現(xiàn)場對裝置的熱電轉(zhuǎn)換特性進行了測試。隨后,針對熱能提取裝置現(xiàn)場試驗所發(fā)現(xiàn)的熱端溫度分布不均衡、未能有效利用空氣與裝置下部煤巖熱能以及高溫壁面與裝置空氣間隙過大等問題,從均熱系統(tǒng)的加入、空氣與裝置下部煤巖熱能利用、空氣間隙的減少等幾方面對煤田火區(qū)淺部鉆孔內(nèi)嵌式熱能提取裝置進行了優(yōu)化,結(jié)果表明,熱能提取裝置最高發(fā)電功率為207W,開路電壓最高達到260V。均熱裝置、熱能收集裝置的加入以及空氣間隙的減小都可以使熱能提取裝置的效果得到進一步提升,且分別將裝置的最大輸出功率提高了8%、7%以及10%,并最終使整個裝置相對于優(yōu)化之前輸出功率提高了16%。
【圖文】：

1.1.1 煤田火災(zāi)概況煤田火災(zāi)[1]，是指地下煤層與空氣接觸后，發(fā)生了一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致煤層從緩慢氧化自燃發(fā)展到劇烈燃燒后，形成的具有一定規(guī)模，嚴重污染環(huán)境和威脅居民生產(chǎn)生活安全的煤自燃現(xiàn)象。煤火的觸發(fā)因素也較多，主要包括人為因素（采礦活動、吸煙、點火等）、自然因素（雷擊、森林火災(zāi)等）以及綜合因素。工業(yè)革命以來，為了滿足能源的大量需求，煤炭開始被大規(guī)模開采，而隨之而來的就是煤田火災(zāi)的問題。現(xiàn)在，煤田火災(zāi)已經(jīng)成為全世界主要采煤國家共同面臨的問題[2-7]。據(jù)不完全統(tǒng)計，在全世界范圍內(nèi)，有數(shù)以千記的地下煤火正在燃燒，中國、印度、美國、澳大利亞、德國、波蘭、南非、巴西、印度尼西亞等國家均有過煤田火災(zāi)相關(guān)的報道[8-15]。（世界煤火主要分布如圖 1 所示）。其中，中國是世界上地下煤火災(zāi)害最嚴重的國家之一，中國的煤田火災(zāi)甚至被美國媒體列為 世界５大生態(tài)災(zāi)難 之一[16]。據(jù)統(tǒng)計，中國每年因煤火造成的煤炭損失大約為 10 億噸，而由于燃燒產(chǎn)生的 CO2量更是高達全球每年排放量的 3%。

覆蓋平整圖 1-2 傳統(tǒng)煤田火區(qū)治理五大工藝2 Five major processes in the management of traditional coalfie除火區(qū)淺部的火源體，并對火區(qū)進行平整或斜坡化平緩的工作面；鉆探是在剝離形成的工作面上，向鉆孔，形成注水，注漿通道，或形成探測火源、火區(qū)；注水是通過地表、魚鱗坑、裂隙、鉆孔向高溫的煤和降低煤巖體溫度，達到治理火區(qū)的目的；注漿是通孔向火區(qū)注入配置好的惰性充填材料，起到封閉火區(qū)火區(qū)地表用黃土等具有一定密實性的惰性材料進行氧氣的作用[52-55]。當(dāng)前,大多數(shù)學(xué)者都還把研究的重如剝離法，注水和注漿法等，它們都將煤田火區(qū)的熱未考慮將煤田火區(qū)地下熱能作為一種資源，對其加以系下，煤田火區(qū)熱能被全部浪費，，造成了非常巨大熱能利用研究現(xiàn)狀
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TD752

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2638054