【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及二氧化碳封存和采空區煤自燃防治，尤其涉及一種粉煤灰礦化co2及產物防治煤自燃系統及其應用方法。
技術介紹
1、在《關于大宗固體廢棄物綜合利用的指導意見》指出，到2025年粉煤灰等大宗粉煤灰的綜合利用能力顯著提升，新增大宗粉煤灰綜合利用率達到60％。粉煤灰等粉煤灰可與co2發生礦化反應，實現co2的長效封存。將粉煤灰灌漿防滅火與co2封存融為一體，形成一整套減排與防災協同的關鍵技術，既契合了國家雙碳目標，又能提高煤礦防滅火水平，具有重要的現實意義。
2、目前，粉煤灰礦化co2的相關研究已有廣泛報道。礦化反應的關鍵在于粉煤灰漿液中鈣、鎂等堿金屬離子的浸出，以及co2在漿液中的吸收與反應。由于離子浸出和碳酸化反應都需要一定的時間，現有研究大多采用非連續進料，即將粉煤灰漿液和co2加入反應器后充分攪拌，待反應完成后收集礦化產物。然而，這種方式的co2和粉煤灰處理量小，無法實現大規模碳捕集和注漿防滅火的目的。
3、為了實現大流量、連續礦化co2，cn?114984716?a提出了一種利用粉煤灰吸附箱連續捕集煙氣co2的方法，其中所用粉煤灰粒徑小于500目，但干法礦化的效率較低。cn113413754?a提出了一種固碳降堿反應裝置及其控制方法，利用粉煤灰漿液吸收煙氣co2，但在堿金屬離子浸出、co2吸收、氣液固混合過程中缺乏強化措施，整體礦化效率低。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是為了解決現有技術中存在的粉煤灰礦化co2效率低的問題，而提出一種粉煤灰
2、為了實現上述目的，本專利技術采用了如下技術方案：
3、一種粉煤灰礦化co2及產物防治煤自燃系統，包括漿液制備單元、煙氣預處理單元、礦化反應單元、漿液灌注單元；
4、漿液制備單元包括粉煤灰料倉、第一螺旋給料機、浸出劑料倉、第二螺旋給料機、供水管路、制漿攪拌罐、漿液泵；粉煤灰料倉安裝于第一螺旋給料機入口處，浸出劑料倉安裝于第二螺旋給料機入口處，第一螺旋給料機、第二螺旋給料機和供水管路的出口均與制漿攪拌罐連通，所述制漿攪拌罐的出口通過漿液泵連接至礦化反應單元頂部；
5、煙氣預處理單元包括初始供氣管路、過濾器、壓縮機、高壓氣體管路、壓力表、流量計、氣體閥門；過濾器布置在初始供氣管路上，初始供氣管路與壓縮機入口相連，壓縮機的出口通過高壓氣體管路連接至初始供氣管路底部，高壓氣體管路上裝有所述壓力表、氣體流量計、氣體閥門；
6、礦化反應單元包括反應器以及設置反應器上的氣體入口、漿液入口、礦化產物出口；氣體入口與高壓氣體管路連接，漿液入口與制漿攪拌罐管道連接，礦化產物出口位于反應器底部；
7、漿液灌注單元包括緩沖罐、漿液閥門、注漿管路，注漿管路一端連接緩沖罐，另一端連通至采空區，緩沖罐通過管道連接至礦化產物出口，漿液閥門布置在注漿管路上。
8、作為更進一步的優選方案，第一螺旋給料機由第一變頻電機控制轉速，調節粉煤灰的添加速率；
9、第二螺旋給料機由第二變頻電機控制轉速，調節浸出劑的添加速率；
10、供水管路上設有液體閥門和液體流量計，調節和監測。
11、作為更進一步的優選方案，供水管路的流量范圍為0～80m3/h，所述第一螺旋給料機的送料速率范圍為0～20t/h，所述第二螺旋給料機的送料速率范圍為0～4t/h。
12、作為更進一步的優選方案，壓縮機的工作壓力范圍為0～2mpa，氣體質量流量范圍為0～4kg/s。
13、作為更進一步的優選方案，反應器內充滿漿液，流動方向為氣體上行、液固下行；
14、反應器內裝有多級葉輪，由第三變頻電機控制轉速，強化氣液固混合過程。
15、作為更進一步的優選方案，注漿管路還連有沖水管路，當礦化co2產物堵塞管路時啟動沖水管路進行沖洗。
16、一種粉煤灰礦化co2及產物防治煤自燃系統的應用方法，包括以下步驟：
17、步驟1：啟動第一螺旋給料機、第二螺旋給料機、制漿攪拌罐的電機，打開供水管路，使粉煤灰、添加劑和水在制漿攪拌罐中混合；
18、步驟2：當制漿攪拌罐中的液位到達指定高度，打開漿液泵，將粉煤灰漿液送至反應器；
19、步驟3：當反應器內充滿粉煤灰漿液，打開礦化產物出口，使其流至緩沖罐；
20、步驟4：當緩沖罐液位達到制定高度，打開注漿管路上的漿液閥門，向采空區注漿；
21、步驟5：打開高壓氣體管路上的氣體閥門，使含co2煙氣進入反應器，進行礦化反應，整體系統啟動完畢，實現大流量粉煤灰漿液連續制備、礦化co2與注漿防滅火。
22、有益效果
23、(1)為了利用粉煤灰漿液高效礦化co2，首先需要使粉煤灰顆粒中的鈣、鎂等堿金屬離子充分浸出。在不采取額外措施的情況下，粉煤灰堿金屬離子浸出率低、所需時間長，因此常用銨鹽等添加劑促進其浸出，但相關研究多停留在處理量小、進料不連續的實驗室反應條件下。本專利技術通過料倉、螺旋給料機、連續稱重裝置實現粉煤灰和添加劑的連續進料和配比調節(水、粉煤灰及添加劑比例為6：1：1)，從而強化粉煤灰漿液中的堿金屬離子浸出，在制漿攪拌罐的連續進料、出漿過程中確保停留時間滿足浸出所需時間。
24、(2)在漿液中已有大量堿金屬離子的情況下，如何確保co2在漿液中的溶解或吸收量是后續礦化反應效率的關鍵。本專利技術通過對含co2煙氣進行加壓，并將其送至高壓礦化反應器中，使得co2在漿液中的溶解量顯著提升，從而提高礦化效率。
25、(3)研究表明，堿性粉煤灰漿液中的co2礦化反應速率較慢，而連續進出料條件下反應器中的停留時間較短，不足以完成礦化反應。本專利技術通過在反應器中布置多級可調葉輪，利用葉輪旋轉使得氣體上行過程中螺旋上升，增大氣體在漿液中的行程，提高停留時間，促進氣、液、固混合，從而在連續進出料條件下盡可能提高co2礦化效率。
26、(4)傳統的應用于煤礦采空區的防滅火技術，粉煤灰注漿防滅火技術成本150元每方，液態co2直注惰化降溫工藝成本210元每噸。粉煤灰漿液礦化封存co2與采空區防滅火相結合后，每100噸應用于采空區防滅火的礦化產物有效節約成本21000元。每噸粉煤灰吸附封存的co2還可以帶來相應的碳減排效益。粉煤灰漿液礦化co2產物能夠阻斷采空區遺煤的氧化過程，杜絕采空區的遺煤自燃風險，保障礦井安全生產，顯著提升礦井生產效率，有利于煤礦企業增產。
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1.一種粉煤灰礦化CO2及產物防治煤自燃系統，其特征在于：包括漿液制備單元(1)、煙氣預處理單元(2)、礦化反應單元(3)、漿液灌注單元(4)；
2.根據權利要求1所述的一種粉煤灰礦化CO2及產物防治煤自燃系統，其特征在于：所述第一螺旋給料機(6)由第一變頻電機(26)控制轉速，調節粉煤灰的添加速率；
3.根據權利要求1所述的一種粉煤灰礦化CO2及產物防治煤自燃系統，其特征在于：所述供水管路(9)的流量范圍為0～80m3/h，所述第一螺旋給料機(6)的送料速率范圍為0～20t/h，所述第二螺旋給料機(8)的送料速率范圍為0～4t/h。
4.根據權利要求1所述的一種粉煤灰礦化CO2及產物防治煤自燃系統，其特征在于：所述壓縮機(14)的工作壓力范圍為0～2MPa，氣體質量流量范圍為0～4kg/s。
5.根據權利要求1所述的一種粉煤灰礦化CO2及產物防治煤自燃系統，其特征在于：所述反應器(22)內充滿漿液，流動方向為氣體上行、液固下行；
6.根據權利要求1所述的一種粉煤灰礦化CO2及產物防治煤自燃系統，其特征在于：所述注漿管路
7.根據權利要求1-6中任意一項所述的一種粉煤灰礦化CO2及產物防治煤自燃系統的應用方法，其特征在于，包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種粉煤灰礦化co2及產物防治煤自燃系統，其特征在于：包括漿液制備單元(1)、煙氣預處理單元(2)、礦化反應單元(3)、漿液灌注單元(4)；
2.根據權利要求1所述的一種粉煤灰礦化co2及產物防治煤自燃系統，其特征在于：所述第一螺旋給料機(6)由第一變頻電機(26)控制轉速，調節粉煤灰的添加速率；
3.根據權利要求1所述的一種粉煤灰礦化co2及產物防治煤自燃系統，其特征在于：所述供水管路(9)的流量范圍為0～80m3/h，所述第一螺旋給料機(6)的送料速率范圍為0～20t/h，所述第二螺旋給料機(8)的送料速率范圍為0～4t/h。
4.根據權利要求1所述的一種...
【專利技術屬性】
技術研發人員：秦波濤，馮樂樂，馬祖杰，邵旭，
申請(專利權)人：中國礦業大學，
類型：發明
國別省市：
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