低浓度检测（共9篇）
低浓度检测 篇1
摘要：目的 对于化学发光磁微粒子免疫分析法 (CMIA) 和酶联免疫吸附法 (ELISA) 在乙肝表面抗原检测中低浓度标本结果对比分析。方法 先用时间分辨免疫荧光法 (TRFIA) 检测并确定Hbs Ag低浓度标本 (0.51.0 ng/m L) 236份和HbsAg阴性标本 (<0.5 ng/m L) 100份。分别使用CMIA和ELISA进行检测, 对检测结果进行对比分析。结果 ELISA法检测出阳性标本为195例, 阳性率为82.6%。CMIA法检测出阳性标本为232例, 阳性率为98.3%。差异有统计学意义 (χ2=33.62, P<0.05) 。ELISA法敏感度为84.1%, CMIA法敏感度为98.7%。差异具有统计学意义 (χ2=30.21, P<0.05) ELISA法特异性为95%, CMIA特异性为97%。其差异无统计学意义 (χ2=0.8353, P>0.05) 。结论 CMIA法敏感度和特异性均高于ELISA法, 建议在Hbs Ag的检测尤其是低浓度标本的检测中使用高敏感度与高特异性的方法。
关键词：低浓度,乙肝病毒表面抗原,化学发光磁微粒子免疫分析法,酶联免疫吸附法
我国是乙肝病毒性肝炎的高发区, 约有超过10%乙肝病毒携带者。而乙肝表面抗原 (Hbs Ag) 是乙肝病毒感染 (HBV) 检测中最重要的依据。长期以来, 全国各个医院的检验科均开展了乙肝的检测。酶联免疫吸附法 (ELISA) 和化学发光磁微粒子免疫分析法 (CMIA) 是比较常用的检测方法。但是由于检测方法的敏感度和特异性的差别, 导致在试验中经常出现对Hbs Ag低浓度标本检测结果各异。为此, 该研究使用了ELISA和CMIA两种检测方法对整群选取2012年4月—2014年7月期间236例Hbs Ag低浓度阳性标本和100例阴性标本做了比较和分析, 并探讨其临床价值。现将结果报告如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料
整群选取236例低浓度阳性标本均来自该院2012年4月—2014年7月门诊与住院患者。其中男性91例, 女性45例, 年龄15~86岁 (36.47±6.2) 。100例阴性标本是同期的门诊与住院患者, 其中男性64例, 女性36例, 年龄16~72岁 (χ2=44.48±15.2) 。
1.2 仪器与试剂
ELISA采用的是上海科华生物工程股份有限公司生产的试剂, CMIA法使用的是郑州安图生物工程有限公司生产的化学发光磁微粒子A2000仪器及其配套试剂, TRFIA法使用的是苏州新波生物技术有限公司生产SYM—BIO时间分辨荧光分析仪及其配套试剂。
1.3 首先使用TRFIA法对236例标本Hbs Ag进行浓度测定
经过检测, 236例标本的Hbs Ag浓度确定为0.5~1.0 ng/m L。再对100例标本检测浓度确定为0.5 ng/m L以下。根据TRFIA试剂说明书Hbs Ag检测浓度判定>0.5 ng/m L为阳性, <0.5 ng/m L为阴性。然后使用ELISA法和CMIA法对236例低浓度标本和100例阴性标本进行检测。按照试剂有关说明书, 《ELISA法S/CO值》1.0为阳性, S/CO值﹤1.0为阴性。《CMIA法检测值》0.15 ng/m L为阳性, ﹤0.15 ng/m L阴性。两者结果不一致的标本, 最后使用TR-FIA法进行复检。
1.4 统计方法
数据使用SPSS11.5软件进行统计学分析, 计数资料进行χ2检验, P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 在此次实验中, 使用ELISA法和CMIA法同时对236例标本和100例阴性标本进行检测
ELISA法检测出阳性标本为195例, 阳性率为82.6%。CMIA法检测出阳性标本为232例, 阳性率为98.3%。差异有统计学意义 (χ2=33.62, P<0.05) 。ELISA法敏感度为84.1%, CMIA法敏感度为98.7%。其差异具有统计学意义 (χ2=30.21, P<0.05) ELISA法特异性为95%, CMIA特异性为97%。其差异无统计学意义 (χ2=0.8353, P>0.05) 。正因为两种检测方法的敏感性的差距, 导致了结果的显著差异, 见表1、表2。
3 讨论
该研究中, 首先使用TRFIA法作为标准的检测对照方法, 236例Hbs Ag阳性标本浓度和100例Hbs Ag阴性标本浓度是使用TRFIA方法检测的。TRFIA法是以镧系元素为示踪物, 标记抗原或抗体, 用时间分辨技术测量的方法。具有灵敏度高、特异性强、稳定性好等特点, 非常适合对标本的超微量测定。根据有关资料, TRFIA法对Hbs Ag灵敏度可达到0.05 ng/m L以下[1], 保障了结果的可靠性、准确性和精确性。236例Hbs Ag标本经TRFIA确定浓度为0.5~1.0 ng/m L。在使用两种方法做检测对比实验中, CMIA法阳性率明显高于ELISA法 (98.3%/82.3%) 。CMTA法敏感度与特异性也高于ELISA法 (98.7%/84.1%) (97%/95%) 。而ELISA法在该试验中漏检率较高, 其漏检率为17% (41/236) 。因此, ELISA法与CMTA法在检测Hbs Ag低浓度标本中, 具有明显的差异。
乙肝表面抗原 (Hbs Ag) 是医院各实验室最常见的检测项目, 其阳性是人体感染HBV最重要的标志。它具有免疫原性, 可刺激人体产生相应的抗体[2]。而对一些Hbs Ag低浓度的标本使用不同的方法学检测, 结果并不一致, 导致临床诊断无所适从。而近年有关报道认为, 部分急性或慢性乙肝患者体内的Hbs Ag自然转阴和经过抗病毒治疗后转阴后, 仍然在其血清中检测出低浓度的Hbs Ag。成为长期、稳定的低水平病毒感染者, 即HBV隐匿型感染[3]。因此, 低浓度Hbs Ag的检出对于临床诊断治疗和流行病学的研究都是重要的依据。
现在, 各实验室多数使用酶联免疫吸附法 (ELISA) 进行检测。而ELISA具有操作简便、成本低廉、可靠性较高、适合批量检测等优点, 其敏感性可达0.7 ng/m L。但是由于方法学的局限性, 容易受外界因素的影响。主要影响因素是: (1) 胆红素较高、自身免疫性疾病、类风湿性因子等内源性因素。 (2) 标本所用的抗凝剂和试剂包被抗体的质量等。 (3) 变异株所产生的干扰因素。 (4) 由于Hbs Ag含量过高, 易产生后带现象。 (5) 在操作中, 由于人为因素使温育时间不够、加样不当等原因而影响结果的准确性。根据有关资料, 使用ELISA法检测低浓度Hbs Ag, 容易产生钩状效应和灵敏度低下而导致假阴性[4]。在该试验中, ELISA法存在着一定的漏检率, 符合以上观点。
随着医学检验技术的发展, 近年来化学发光磁微粒子免疫分析法 (CMIA) 已经开始在实验室广泛使用, 其特点也已经得到了印证。与传统的ELISA法相比较, 它具有操作简便快速、高灵敏度、强特异性、试剂批间差异较小、稳定等特点。其线性范围高出ELISA法3~4个数量级, 是免疫分析技术的发展方向[5]。其原理是使用化学发光或生物发光体系与免疫反应相结合, 用于检测微量的抗原或抗体。根据有关资料, 化学发光免疫分析技术检测Hbs Ag的灵敏度可达到0.064 ng/m L[6]。从方法学的角度来看, CMIA法对于监测HBV感染进程与复制状态以及对于抗病毒治疗治疗效果的评价都有重要的意义[7]。
在该试验中, CMIA法在Hbs Ag低值标本检测中敏感性与特异性均高于ELISA法。因此在日常的工作中, 检测Hbs Ag标本尤其是低值标本中, CMIA法优于ELISA法。另外, CMIA法由于是定量检测, 因此克服了使用定性方法对灰区结果的判断困难。对灰区结果能够做出明确客观的评价和判断[8]。HBs Ag定量检测不仅对于判断感染HBV活跃度, 有着重要的意义, 也可预测患者治疗过程中的的应答情况。进而指导患者的个体化治疗, 提高治疗效果。
建议各实验室如果有条件, 尽可能使用CMIA法替代ELISA法, 以保证检测结果的准确性。
参考文献
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低浓度检测 篇2
2、随时注意观察宝宝的身体状况，必要时要给宝宝做血红蛋白成分的检测试验，因为患有轻微贫血的宝宝在外表是看不出来的。如果宝宝血红蛋白过低，就表示患有贫血，就应当及时补充铁质，吃含铁量高的食物。
3、关于加用强化铁的饮食，足月儿从4—6个月开始(不晚于6个月)，早产婴及低体重儿从3个月开始。最简单的方法即在奶方中或辅食中加硫酸亚铁。对母乳喂养儿每日加1—2次含铁谷类。尚可交替使用硫酸亚铁滴剂，足月儿纯铁用量不超过1mg/kg/日(2.5%FeSO40.2ml/kg/日)，早产儿不超过2mg/kg·d。每日最大总剂量为15mg，在家庭使用最多不超声1个月，以免发生铁中毒。
4、人工喂养儿在6个月以后，若喂不加铁的牛奶，总量不可超过750ml，否则就挤掉了含铁饮食的入量。
低浓度检测 篇3
二甲醚是一种醚类有机化合物，是醇的衍生物。它在室温和常压下，它下是一种无色极易燃烧的气体，爆炸极限(在空气中的体积分数)范围为3.45%～26.7%。二甲醚复合燃料与液化石油气相比，较具有综合热值高、不析炭、无残液、污染小、价格相对低廉等优点，可一定程度上缓解石油供应短缺的矛盾。由于其众多优点得到消费者的认可，气体灌装站和存储仓库的日益增多，检测空气中二甲醚复合燃料的浓度是规避事故的重要手段。因此，设计了低功耗二甲醚复合燃料浓度检测仪，仪器在保证精度的情况下其最大功耗为18V/70mA。
1 仪器工作原理
仪器采用催化燃烧型传感器来检测空气中可燃气体的浓度。该器件由两种传感器元件组成，一种为检测元件，另一种为补偿元件，两种元件都具有电热效应，分别构成电桥的两个桥臂，CPU通过I/O接口电路和限流电路同时作用来控制催化元件电源的开关。当可燃气体泄漏，与空气中的氧混合后进入传感器气室,检测元件开始催化燃烧，补偿元件保持不变，桥路平衡被破坏，产生一个失衡电压，输出端有电压信号输出，且大小与气体的浓度成正比。经过信号调理电路放大和20Hz有源低通滤波后送至CPU内部集成的A/D转换器中进行模拟量转换成数字量。转换后的数据进行进一步处理后，并以LED方式显示浓度值。当浓度超过预设的报警值时，输出声光报警，并通过通信电路上报上传数据，并且同时将当前时间和事件数据记录在I2C存储器上。存储器上记录的事件信息可通过通信电路进行远程访问。遥控电路主要用于接收遥控器的输入信号，通过遥控器上的键可设置检测仪的零度、满度、报警值、时间等参数。由于系统的声光报警和LED显示部分采用分时工作机制，这样可使得系统的功耗大大降低。系统框图如图一所示。
2 系统硬件设计
2.1 微控制器
检测仪的微处理器采用TI公司的16位超低功耗微控器MSP430F149作为CPU，该CPU工作在2.2V、1MHZ时钟频率下功耗仅仅为160μA，并且具有丰富的片上外围模块:12位200kbps的A/D转换器、内部温度传感器、内部时钟振荡器、看门狗和硬件乘法器等都使得开发设计变的更加容易。
2.2 敏感元件驱动电路
仪器检测仪的敏感元件采用了催化燃烧型传感器用于将空气中二甲醚复合燃料气体浓度转换成电压信号，其检测范围为0-100LEL。由于检测可燃气体浓度超过元件最大感知值时,可能会导致催化元件内部损坏，并且催化燃烧型传感器在上电时对系统有较大的电流冲击，因此需要软件配合驱动电路对传感器采取断电和闭环限流保护措施。
敏感元件驱动电路结构图如图二所示。首先CPU控制打开基准电源，经过三极管扩流和恒压电路给敏感元件供电，当敏感元件上的电流超过电流检测电路中设置的Imax时，关闭基准电源。当敏感元件上电流小于Imax时，打开基准电源。因此仪器上电时有一段震荡时间，限流前后时间与电流关系如图三所示。
2.3 事件记忆
为了方便安全部门监督以及技术人员进行技术分析和隐患责任处理，仪器检测仪加入了事件记忆功能。可以将开/关机、故障、报警等事件代码和时间以报表的形式存储在仪器I2C存储器中，并可通过通信电路向上位机发送。事件存储格式如表一所示。
每条事件记录共需要4个字节使用I2C芯片24LC256可记忆2000条事件。当存储空间满后自动覆盖当前时间最早的记录，假设平均每天记录24条，则可以保存约80天的事件记录。
2.4 通信电路设计
仪器通信电路采用了MAX485芯片，该芯片采用单一电源+5V工作，额定电流为300μA，采用半双工通讯方式，并且具有编程方便，外围电路简单等优点，可满足使用需要。
2.5 遥控电路
作为系统的输入设备，遥控键盘和固定键盘相比具有一只遥控键盘可控制多台设备，不易受外界环境的干扰和腐蚀，结构简单，可靠性高等优点。采用遥控电路可使设备的密封性更好，并可在一段距离内配置设备，使得设备的安装不受地形限制。
2.6 输出低功耗措施
(1)超低功耗的CPU工作时多种功耗状态间切换。
(2)采用DC/DC电源34063，比起线性电源具有低散耗高效率。
(3)系统非重要部分分时工作，如声光报警和LED显示部分动态扫描。
(4)敏感元件的驱动电路(闭环限流和开关保护)。
3 软件设计
仪器检测仪上电后完成对各寄存器和I/O管脚初始化，对传感器加电，检查传感器上电压、通信电路和其他关键点。若检查到错误则执行自检错误事件记录程序，执行系统错误声光报警1，同时向上位机发送错误代码。仪器检测仪自检完毕后，如果未发现错误则记录开机事件，启动传感器电压A/D转换，并将转换结果平均滤波、线形化后换算成浓度单位并通过以LED方式显示。如果超过设定值则执行浓度超标记录，浓度超标并输出声光报警2，同时向上位机发送浓度超标信息。当浓度超过传感器感知最大值时切断传感器电源，以保护传感器。遥控操作通过外部中断功能实现，当遥控中断发生，则直接执行遥控操作处理程序。当仪器接受到上位机查询命令时执行通信程序，向上位机发送指定的信息。仪器采用了电池作为备份电源，正常工作时电池处于充电状态，当发生掉电时通过电路可切换成电池供电，并记录掉电/关机信息。仪器的低功耗主要依靠软件控制各个非关键部分电路的分时工作来实现。
仪器的软件流程如图四所示。
4 结束语
所研制的二甲醚复合燃料浓度检测仪除具有调校方便，采集数据稳定可靠，界面友好等特点外，其总体功耗只有18V/70mA。设计的防冲击限流电路可有效延长传感器的寿命。事件记忆功能可准确地完成数据统计和现场重现，具有很强的实用性，已大量运用在二甲醚复合燃料仓库和气站中，且运行情况良好。
参考文献
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低浓度氨氮废水的厌氧氨氧化研究 篇4
采用污泥混合接种的`方法,利用UASB反应器进行厌氧氨氧化菌混培物的培养与驯化,反应器连续运行了210 d.当含氮模拟废水进水NH3-N浓度和NO2--N浓度分别为3～5 mmol/L和4～6 mmol/L时,其最大去除率分别达68.0%和95.1%.扫描电镜结果表明,厌氧氨氧化菌混培物以形状不规则的短杆菌为主.
作 者：张龙 肖文德 Zhang Long Xiao Wende 作者单位：张龙,Zhang Long(华东理工大学,资源与环境工程学院,上海,200237)
肖文德,Xiao Wende(华东理工大学,资源与环境工程学院,上海,200237;华东理工大学,化工学院,上海,200237)
生物法处理低浓度有机废气 篇5
我国目前只对高浓度有机废气采取了净化处理措施, 如催化燃烧法、吸收法、吸附法等, 但对于低浓度工业有机废气至今尚未采取有效的治理措施。生物化学法是针对工业低浓度、无回收价值又严重污染环境的有机废气而开发出的一种新型废气处理方法。生物化学法应用在废水处理领域已有百年历史, 但利用微生物处理废气的历史则很短。自80年代末起, 国内外的环保工作者越来越关注利用生物法去除气态污染物的处理工艺, 并逐渐成为世界工业废气净化研究的前沿热点课题之一。在德国、荷兰及日本等国在脱臭及近几年的有机废气净化实践中已有一些成功的范例, 据1991年统计, 欧洲有500多座生物滤池在运行, 大部分的处理效率在90%以上[1]。国内在生物法去除气态污染物的研究方面尚处于起步阶段, 可以预见生物处理技术在大气污染控制领域具有广阔的应用前景。
2 工作机理
工业废气的生物净化过程实质上是利用微生物的生命活动将废气中的有害物质转变为简单的有机物 (如CO2和H2O) 及细胞质。根据荷兰学者Ottengraf提出的、国际上常用的吸收—生物膜理论, 生物化学法处理有机废气时一般要经历以下几个步骤:
(1) 废气中的有机污染物首先与水接触并溶解于水中 (即由气膜扩散至液膜) ;
(2) 溶解于液膜中的有机污染物在浓度差的推动下进一步扩散到生物膜, 进而被其中的微生物捕获并吸收;
(3) 进入微生物体内的有机污染物在其自身的代谢过程中被作为能源和营养物质而被分解, 经生物化学反应最终转化为无害的化合物 (如CO2和H2O) 。昆明理工大学的杨显万等[2]通过针对吸收—生物膜理论动力学模式的研究发现, 该理论在描述生物法净化低浓度挥发性有机废气的机理过程中有不足和缺陷。他们通过对生物膜填料塔净化低浓度甲苯废气过程机理的进行分析, 提出了吸附—生物膜的新理论。根据新理论, 生化法净化处理低浓度挥发性有机废气一般要经历以下几个步骤:
(1) 废气中的挥发性有机物扩散通过气膜并被吸附在湿润的生物膜表面;
(2) 吸附在生物膜表面的有机污染物成分被其中的微生物捕获并吸收;
(3) 进入微生物细胞的有机污染物在微生物体内的代谢过程中作为能源和营养物质被分解, 经生物化学反应最终转化成为无害的化合物, 如CO2和H2O。他们依据这一新理论建立了生物膜填料塔净化低浓度甲苯废气的动力学模式, 实验结果表明, 其模拟计算值与实验值之间有很好的相关性, 相关系数R>0.93。扬显万等[3]继续以含有低浓度挥发性有机污染物的甲苯废气为研究对象, 采用国内的微生物菌种, 针对过程机理进行研究表明, 生物膜填料塔净化低浓度甲苯气体是一个以气膜控制为主的传质过程, 其中甲苯的生化降解属于瞬时快速化学反应, 即甲苯的生化降解反应速率远远超过甲苯在液膜中的扩散速率, 甲苯的生化降解在气液相界面处即可发生, 其宏观表现即为甲苯气体直接吸附在湿润的生物膜上后被微生物生化降解。因此可以从气体吸附理论的新角度去解释生物法净化废气中低浓度挥发性有机物的动力学过程。对于低浓度挥发性有机废气的生物法净化装置的设计与操作而言, 凡能改善传质条件、减少气膜阻力的措施均能强化这一生物吸收净化过程。
用来进行气态污染物降解的微生物可分为自养菌和异养菌两类。自养菌可在无机碳和氮的条件下靠硫化氢、硫和铁离子及氨的氧化获取能量, 其生存所必需的碳由二氧化碳通过卡尔文循环提供。异养菌则通过有机物的氧化来获得营养物和能量, 适合进行有机物的转化, 在适当的温度、酸碱度和有氧的条件下, 可较快地完成污染物的降解。同废水的生物处理一样, 特定的待处理成分都有其特定的、适宜的微生物群落。在某些情况下, 起净化作用的多种微生物在相同的条件下均可正常繁殖, 因此在一个装置里可同时处理含多种成分的气体。在大多数生物反应器中, 微生物种类以细菌为主, 真菌为次, 极少有酵母菌。为了加快反应器的启动, 有必要预先接种微生物。对易生物降解物质的处理, 从污水处理厂排出的活性污泥可作为反应器启动的接种污泥直接投入。对难生物降解或有毒的化合物, 只能以极少数微生物来降解。为缩短反应器的启动时间, 缩短其滞后期, 可投加通过实验分离和富集的纯菌种。浙江大学的王玮[4]进行了有关脱硫性能细菌的分离与特性研究, 通过从含硫土壤中分离到的一株无机化能自养型的脱氮硫杆菌菌株L1。该菌株可利用硫代硫酸钠、硫酸盐作为能源, 在细胞内、外储存硫粒, 在好气或厌气条件下能以硝酸盐为氮源, 最适生长pH6.0。在约1%接种量时, 该菌7d可使硫代硫酸盐和硫酸盐的脱硫率分别达到34.37%和9.79%。国外一些实验室和公司专门供应纯菌种。
3 处理工艺
主要的生物处理工艺[6]:
(1) 生物过滤法:
该工艺研究最早, 且技术比较成熟。废气从反应器下部进入, 通过附在填料上的微生物, 被氧化分解成为CO2、H2O、NO3—和SO42—, 达到净化的目的 (见图3) 。生物滤池的填料多种多样, 通常有土壤、堆肥和泥碳等, 与一些比表面积大、孔隙率大或表面粗糙的惰性材料混合在一起, 以保持床层填充均匀和减小对气流的阻力。生物滤池中填料的气/液比表面积在300～1000 m2/mi2[15]。
(2) 生物吸收法:
该法由两部分工艺组成 (见图1) 。一部分为废气吸收段, 即废气从反应器的下部进入, 向上流动与喷淋的含微生物的悬浮液在惰性填料层接触, 气相中的污染物质被传递到水相中并被微生物所吸收, 净化后的空气从反应器上部排出。另一部分为悬浮液再生段, 即活性污泥曝气池。悬浮液从反应器的底部流入该段, 污染物被生物氧化得到再生, 再生后的悬浮液又从吸收塔上部喷入, 吸收废气中的污染物, 反复循环运行。由于该工艺的吸收和生物氧化在两个独立单元中进行, 易于分别控制, 达到各自的最佳运行状态。
(3) 生物滴滤法:
生物滴滤法工艺集生物吸收和生物氧化于一体。象生物吸收法一样, 吸收液在反应器中循环, 与进入反应器的废气接触, 吸收废气中的污染物质, 达到废气净化的目的。但反应器中的填料上生长有生物膜, 可象生物滤池一样, 对气相和液相中的污染物质进行生物氧化 (见图4)
4 工艺参数及填料的选择
在将生物技术应用于废气处理时, 进气浓度不宜超过5g/m3。生物滤池的高度一般在0.5～1.5m之间, 滤池太高会增加气流的流动阻力, 太低会增加沟流现象, 影响处理效果。在结构上可考虑多层填装, 以减小占地面积, 下部布气要均匀。生物反应器最好以封闭为主, 使运行操作易于控制。运行温度应控制在20～40℃为宜。控制进气湿度, 在生物滤池中填料与生物固体的水份含量一般须高于40%。为增加废气的湿度, 即可在生物滤池上方安装喷水器, 也可在进气中喷水。控制生物反应器的水相pH在6～9范围内。在降解含氯、氮、硫的化合物时, 反应器内会发生酸的积累:如处理硫化氢气体时会有硫酸的积累;处理含NH3气体时会发生硝酸的积累;在处理氯化物时会发生盐酸的积累。因此在液相中投加碱或缓冲物质, 调节 pH是十分必要的。也可以对反应器进行定期冲洗和排放。处理有大量酸性物质产生的气体时, 宜采用生物吸收法或生物滴滤法, 这是由于这些工艺的生物降解过程是在水相中进行, pH值易于控制[6]。用生物过滤器处理二甲基硫化物废气时, 在运行两个半月后, 由于二甲基硫化物被氧化成硫酸, 会造成已接种过滤器的酸性化, 使生物过滤器的最大去除能力从30g/m3-day降至12g/m3-day。通过在生物过滤器上喷洒一种缓冲无机溶剂进行中和, 便可使去除能力上升至50g/m3-day[7]。国外的研究学者制造了一种新型的生物反应器, 它利用填装物上生长的真菌来处理废气中的苯乙烯, 其最大持续苯乙烯处理能力可达到80g/m3过滤床层/h, 反应的pH可降至3, 但不会影响到过滤器的去除能力, 这是由于该反应器在低pH条件下更有效。但必须严格控制生物过滤器中的水汽湿度>40%[8]。
生物反应器中的填装材料必须具有良好的气渗透性, 湿气保持能力及良好的缓冲能力, 可使气体不会粘牢在填料上, 保证处理过程中100%的相对湿度, 中和污染物降解过程中所产生的酸。通过对泥碳、含珍珠岩的堆肥、城市堆肥、蛭石等填料进行评价, 发现堆肥作为填料时性能最好, 这主要是由于其高的生物群落含量、高的营养物含量、良好的湿气保持能力及空气渗透能力。堆肥生物过滤器在2～5天内便可适应甲苯和二甲苯, 当VOC浓度>700mg/m3、运行两个月时, 反应器的去除率始终>99%。去除率逐渐降低表明填料的寿命已到, 通过确定反应速率、内源代谢衰退和临界操作条件等设计参数, 可计算渗滤限值。当进气浓度在10～700mg/m3时, 该反应动力学为零级反应。根据生物过滤器的微生物生长动力学推算出的微生物群落平衡模型可预测出填料床层的寿命。除了操作参数, 进气浓度也会对动力学和床层寿命造成巨大影响[9]。膜生物反应器是采用多孔疏水性聚丙烯膜作为填料, 在实验中可以观察到聚丙烯膜上没有微生物的生长, 而且其渗透能力很强, 对RhMe和CH2CL2的去除率很高[10]。还可采用粉末状活性碳作为填装物, 用城市活性污泥进行接种, 培养丙酮降解微生物群落, 其去除率高于采用泥浆作为填充物的生物反应器, 粉末状活性碳可通过生物过程进行再生[11]。
日本专利JP04 74511[12]报道通过喷射喷嘴将臭气喷入生物降解池中的同时, 将有机废水和曝气后的出水引入生物降解池中, 该生物降解池中填装有蜂窝状的载体, 其上生长了大量的微生物群落, 通过微生物的降解作用可同时进行臭气和有机废水的处理。当进气中H2S的浓度为326.00ppm、有机废水TOC的浓度为1900kg/L时, 出气中H2S的浓度降至21.7 ppm、有机废水TOC浓度降至130mg/L。当气态污染物为疏水性或不溶性污染物时, 生物滤池的去除率会比较低。国外研究人员[13]通过实验发现, 对气态污染物进行预处理可有效提高生物滤池的降解能力。在利用生物滤池处理苯乙烯废气时, 先使苯乙烯废气通过一个光化学反应器, 进行UV辐照, 将苯乙烯转化为苯乙醛, 然后让苯乙醛通过生物滤池进行生物降解, 其体积降解能力高出直接处理苯乙烯生物滤池体积降解能力的三倍。
5 结论
随着工业的发展、人口的增长, 导致工业及城市污水处理量日益增加。由于未考虑到对空气的二次污染, 传统的大型污水处理场内的所有处理装置均为敞口设备。在污水处理过程中, 废水中所含有的大量挥发性有机污染物, 在空气的吹脱作用及生物化学反应作用下从水中逸出, 严重污染了周围的大气环境, 影响到了人类的健康。因此应封闭污水处理场的污水处理装置, 将收集起来的废气进行集中处理, 以减少因废水处理而造成的二次污染。该种有机废气虽然浓度低, 但对人体健康与生态环境的危害却不可忽视。生物净化工艺正是针对该类既无回收价值又严重污染环境的有机废气开发的。通过国内外10多年的实践表明, 生物法具有工艺流程简单、能耗小、处理费用低、效果好等诸多优点, 是现阶段净化处理工业低浓度有机废气的有效方法。在对该技术的研究开发上, 国外处于领先地位, 发表了大量的文献, 国内在这方面至今只有少数的研究报道。因此我国科学工作者应加强对该项技术的开发研究工作, 使其在低浓度有机废气的治理上发挥重要的作用。
摘要：文章详细介绍了生物化学法在处理有机低浓度废气时的工作原理及三种处理工艺, 分析了处理时应控制的工艺参数及填料的选择。阐明了开发该项废气处理技术的意义及广阔的应用前景。
低浓度瓦斯发电技术及应用分析 篇6
关键词：低浓度瓦斯,发电技术,应用,效益
低浓度瓦斯发电的技术适于在煤量丰富的地区使用, 矿井里面的瓦斯含量很高, 将矿井中的瓦斯用瓦斯抽放系统收集起来, 使矿井里面的瓦斯含量降低, 从而确保了矿工的安全作业。当然瓦斯输送的过程也非常重要, 因为一旦泄露, 它的危害是巨大的, 所以就要求整个管道的施工工艺非常精湛。甲烷是煤矿瓦斯的主要成分, 它的热值是普通煤的二到五倍。一立方米的纯煤层气的热值与天然气热值相当。所以, 煤层气能够和天然气混合使用, 并且燃烧之后不会产生任何的废气, 因此成为优质工业、发电、化工与居民的生活燃料。
一、低浓度瓦斯发电原理工艺流程及其关键技术
(一) 发电的原理
使用水环式抽采泵站将瓦斯抽出, 通过安全管道进入500GF1-3RW型的发电机组缸体, 将爆炸点燃, 推动活塞运动, 从而产生机械能, 再进一步转化成电能。
(二) 瓦斯发电组以及它的工艺流程
1、含义
瓦斯发电组是以内燃机技术为基础, 与煤矿瓦斯特点相结合, 通过对柴油发电机组进行改造而成。它用现在的燃烧瓦斯代替原来的燃油使发动机驱动发电机的运转, 从而将机械能转化成电能。
2、瓦斯发电组的主要系统及其流程
电站的组成包括:监测监控系统、高低压电器系统、冷却水循环系统、水雾输送系统、气体输送系统。
气体输送系统的流程如下:气体最先进入瓦斯抽放泵站, 然后进入二道水封式阻火器, 接着进入三道水雾阻火器, 再进入脱水器, 接着又进入机组, 然后再进入排水管, 最后再进入大气
水雾输送系统的流程如下:最先进入水雾泵, 然后进入水管, 接着进入水雾阻火装置, 再进入进气管路, 接着再进入排水管, 最后进入泵房吸水井。
3、关键技术
阻火技术:为了隔离瓦斯发电机组和瓦斯抽采系统, 安装了一个干式阻火器和两个水封式阻火器在发电站的总进气管上面;还安装了三组细水雾输送装置在总进气管上面, 从而保证低浓度瓦斯输送过程的安全性。
电控燃气混合器技术:电控技术使用电子控制技术, 经过闭环对混合气空燃比进行自动调节, 电控燃气混合技术的使用明显增强了机组对压力变化和瓦斯浓度的适应能力。
瓦斯和空气先混合再增压的技术:发电机依据瓦斯的特点来匹配中冷器和增压器, 从而实现燃气的稀薄燃烧, 减少热负荷, 改善排放, 提高发电机的功率, 使燃气机的经济性和动力性得到提升。
数字式点火技术:此技术是电控单元依照瓦斯发电机的不同工况, 用软件对点火的时间和能量进行调整。
稀燃技术:先将空燃比调低, 接着与新概念预燃室技术相配合, 使点火能量的相对优势在局部形成, 然后将点火能量放大, 使甲烷的燃烧速度加快, 从而使发动机的热负荷得到降低, 发动机的功率得到提升。
二、低浓度瓦斯发电的应用
当前我国煤矿共有七十多个发电站在使用, 每日的发电量高达三百五十万千瓦时, 一年的瓦斯用量高达四亿立方米, 能够代替五十万吨煤。其中, 贵州水城的大湾煤矿具备的瓦斯发电站有十六台, 装机容量达到了八千千瓦, 发电效率高达百分之八十。并且在发电机尾气排放处设立了余热回收装置用于烧水, 使全矿职工的洗澡和用水问题得到了解决。
伴随瓦斯抽采量不断地增加, 为了使沙曲矿大量的煤层气能源得到充分的利用, 华晋焦煤有限责任公司大力建设瓦斯发电的项目, 并且依据瓦斯的不同浓度, 已经建成了14MW规模的高浓度瓦斯发电项目以及10×500kW低浓度瓦斯发电项目一期工程。并决定于2012年开始低浓度瓦斯发电项目二期工程建设, 地点定在南翼抽放站附近, 建设的规模依旧为10×500kW。打算在2014年建设小时处理混合气量一万立方米的低浓度瓦斯提纯试验项目, 地点同样在南翼抽放站的附近。
三、结语
《煤矿安全规程》里面明确规定, 在利用瓦斯的时候, 瓦斯的浓度不能低于30%。但因为各种原因, 国内的很多煤矿因为抽采的浓度比30%低而不能够达到利用条件。如今实践证明, 在瓦斯浓度为百分之六到百分之十六之间时, 它的爆炸产生的动能转变为电能的方式是可靠的, 这个技术使得瓦斯的利用范围得到了扩大, 使瓦斯浓度不足30%不能用于发电的技术难关得到突破。
创建低浓度的瓦斯发电项目, 尽最大可能使煤矿瓦斯气体排放减少, 将其变为能量的来源, 从而为社会和企业提供更多的电能和热能。
参考文献
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氯碱法处理低浓度含氰废水 篇7
低浓度含氰废水处理技术目前主要有氯碱氧化法、臭氧氧化法及生物处理 (主要针对有机腈废水) 三种方法。目前, 对于游离氰根的处理通常采用氯碱氧化法工艺, 氯剂主要有次氯酸钠 (NaClO) 、氯气 (Cl2) 、漂白粉 (Ca (ClO) 2) 等。以下根据工程实践阐述氯碱氧化法的反应原理、反应流程、计算方法及设计参数的确定。
1 氯碱氧化法的反应原理 (以次氯酸钠 (NaClO) 为例)
根据实验, 氯碱氧化法分为两步反应:
第一步:将CN-氧化成氰酸盐, 在PH=10～11的条件下, 反应速度较快, 反应时间大约10～15min。其反应方程式为:
NaCN+NaClO→NaCNO+NaCl
第二步:将氰酸盐进一步氧化为N2、CO2, 在PH=8～8.5时, 氰酸根的完全氧化最有效, 反应时间约30～40min。其反应方程式为:
2NaCNO+3NaClO+H2O→2CO2 +N2 +2NaOH+3NaCl
2 氯碱氧化法的处理流程
氯碱氧化法的处理流程分为一段法和两段法, 一段法是将反应的两个步骤在一个池体内进行, 它所需要的池体较大, 反应时间长, 要求PH在10左右, 然后还要进行中和处理, 所以一般不采用。经常采用的是二段工艺, 其主要流程为:
在第一段反应中, 要求废水的PH值应保持在10以上, 否则会释放出毒性很强的氯化氰气体 (CNCl) , 对工作人员造成危害。在反应池设置搅拌设施, 以保证反应进行充分、迅速, 为了严格控制反应进程, 应设置PH计、ORP (氧化还原电位) 传感器及自动投药装置, 一段反应的ORP值在180mV～360mV时, 一段反应基本完全。
二段反应的pH值以在8.0为宜, 反应时间约为25min, 当PH 值为10以上时, 则反应进程非常缓慢。二段反应仍然设置PH计及ORP传感器, 用于调节PH值及测定反应完成情况。表示二段反应完成的ORP值在400mV～600mV之间。
在实际运行过程中, 由于进水中的污染物含量复杂, 完全反应所示的ORP值不尽相同, 应根据具体的废水反应情况进行调整。
3 氯剂用量的确定
氯碱氧化法采用的氯剂主要有次氯酸钠 (NaClO) 、氯气 (Cl2) 、漂白粉 (Ca (ClO) 2) 等。根据反应方程式计算的氯剂的理论用量及每种氯剂的优缺点见下表:
在实际使用中, 次氯酸钠应用最广泛, 也比较方便。市售次氯酸钠一般有效成分含量为20%～23%, 使用时, 实际投加量应较理论用量增加15%～30%, 这样才能保证反应效果。
4 工程实例
某煤气化工程采用氯碱法处理低浓度含氰废水。
其设计水量:
正常:16.3m/h, 最大:18.0m/h
进水水质:
CN- 15mg/l CN complex (聚合) 25mg/l pH 为7～10
要求排放水质:
CN-≤1.0mg/l, pH 为6～9
设计采用二段氧化法, 氯剂采用NaClO。 某煤气化装置来至气化单元及酸性气体脱除单元的含氰废水首先进入调节池, 两股废水进行适当混合后用液下泵提升至第一氧化反应池, 经加碱调节至pH=10.5～11.5, 加入NaClO氧化剂, 通过对次氯酸钠溶液流量控制, 使得一段反应的氧化还原电位差 (ORP) 为180mV～360mV。
一段反应池容积为:2.0m×2.0m×1.5m (h) , 共两格。每个反应池设搅拌设施。废水停留时间 (单格) 为15min。
一段反应完成后, 含氰废水进入第二氧化反应池, 第二氧化反应池污水用硫酸调节至pH=7.0～8.5, 并投加NaClO, 同样通过对次氯酸钠溶液流量的控制, 使得氧化还原电位差 (ORP) 为400mV～600mV。
二段反应池容积为:3.0m×3.0m×1.8m (h) , 同样设两格。每个反应池设搅拌设施。废水停留时间 (单格) 为40min。
二段反应后的废水自流至废水排放池与其它污水混合, 用排污泵提升至大污水处理场继续处理。
经过运行, 在出水段测得CN- 含量<1.0mg/l, 达到处理目标。
5 注意事项
在一段反应中, 如果PH值低于10, 则会释放出氯化氰毒性气体 (CNCl) , 一方面要避免操作事故, 另一方面要有预防措施, 比如抬高第一氧化池, 并设警示, 或封闭第一氧化池, 将有害气体引至高空。
另外, 调节PH值采用的药剂为强碱、强酸, 次氯酸钠也具有腐蚀性, 所以反应池、管道、设备等应注意使用防腐蚀材料。
6 结论
氯碱法处理低浓度含氰废水是一种有效实用的处理方法, 经过工程实例应用, 对于游离氰根和聚合氰根的去除明显, 可普遍应用于低浓度含氰废水的治理。
摘要：氯碱法是用次氯酸钠与氰根进行氧化反应, 反应分为两步进行, 首先在一定PH值条件下, 游离氰根和聚合氰根被氧化为氰酸盐, 通过调整PH值, 氰酸盐进一步被氧化为氮气, 二氧化碳、氯化钠等无毒无害物质, 以达到治理低浓度含氰废水的目的。本文主要就氯碱法处理低浓度含氰废水工艺进行介绍, 扼要阐述了设计与计算方法。通过某煤气化工程含氰废水处理的应用实践, 氯碱法处理低浓度含氰废水对于游离氰根和聚合氰根的去除效果明显, 可普遍应用于低浓度含氰废水的治理。
关键词：含氰废水,氯碱法,次氯酸钠,氧化还原电位,氧化反应
参考文献
低浓度香豆胶压裂液室内研究 篇8
关键词：低浓度,香豆胶,性能评价,低伤害
随着低渗、特低渗储层增产要求的提高,对压裂工艺技术提出的要求越来越高。压裂是实现低渗油气藏经济开发的有效技术手段,其中压裂液是决定压裂效果的重要因素。羟丙基瓜胶是最常见的压裂液用稠化剂,在全球羟丙基瓜胶价格飙升,而压裂液需要降低成本降低成本、保护储层的大背景下,如何同时实现压裂液的低成本与高效能成为压裂液领域的热点。香豆胶是一种性能良好的水基冻胶压裂液稠化剂,20世纪90年代就有研究[1—4],但是由于残渣高、成本高,其研究一直处于停滞状态。采用自主研发的交联剂,提高香豆胶交联效率,降低稠化剂使用量、残渣含量和成本,形成了低渗、特低渗储层使用的低浓度香豆胶压裂液体系。对低浓度香豆胶压裂液的性能进行了研究,并与常规瓜胶性能进行了对比。
1 实验部分
1. 1 实验材料和仪器
香豆胶、p H值调节剂、交联剂、羟丙基瓜胶、交联促进剂、瓜胶交联剂由中国石油石油勘探开发研究院廊坊分院提供; 吴茵混调器、海通达六速旋转黏度计、HAAKE RS6000流变仪、LDZ—5离心机、FANN387高温高压滤失仪、电热恒温水浴锅、电热鼓风干燥箱、K100C表面张力仪、品氏毛细管黏度计、6100型伤害仪。
1. 2 低浓度香豆胶压裂液的配制
通过使用自主研发的长碳链有机络合交联剂,适当降低香豆胶浓度,适当使用p H值调节剂的方法,形成了适用于常见储层温度条件的低浓度香豆胶压裂液体系:
( 1) 储层温度60℃适用配方: 0. 15% 香豆胶 +0. 15% p H值调节剂 + 0. 25% 交联剂;
( 2) 储层温度90℃适用配方: 0. 25% 香豆胶 +0. 20% 交联促进剂 + 0. 35% 交联剂;
( 3) 储层温度120℃适用配方: 0. 35% 香豆胶 +0. 30% 交联促进剂 + 0. 40% 交联剂。
在满足相同流变性能的条件下,与常规瓜胶压裂液相比,低浓度香豆胶压裂液中的香豆胶使用浓度比常规瓜胶压裂液中羟丙基瓜胶使用浓度降低30% ~ 50% ,如表1所示。
1. 3 压裂液性能评价
以储层温度90℃适用配方为例,对比低浓度香豆胶压裂液和常规瓜胶压裂液性能。根据石油天然气行业标准SY/T 5107—2005“水基压裂液性能评价方法”测定90℃低浓度香豆胶压裂液适用配方的耐温、流变、黏弹、滤失、破胶、残渣、伤害等性能,并测定90℃瓜胶适用配方对应性能。
储层温度90℃适用常规瓜胶配方: 0. 40% 羟丙基瓜胶 + 0. 12% 交联促进剂 + 0. 35% 瓜胶交联剂;
2 结果与讨论
2. 1 交联情况
香豆胶是一种植物多糖,以聚甘露糖为分子主链,半乳糖则以α-1,6糖苷键连接在聚甘露糖主链上。其中甘露糖与半乳糖单元之摩尔比为1. 2∶1;而瓜胶的甘露糖与半乳糖单元之摩尔比为2∶1[5]( 图1和图2) ; 所以香豆胶较之瓜胶提供了更多羟基,使之更容易水化、氢键结合活性更大、交联结点更多、更易实现低浓度交联[6]。
自主研发的长碳链有机络合交联剂,增长了交联化学键的长度,从而提高的交联强度、有效提高交联效率; p H值调节剂在保持压裂液一定p H值的同时提供交联平衡需要的氢氧根离子。以90℃配方为例,按照配方配制基液后加入配方比例交联剂后,冻胶在1 min 30 s左右形成,冻胶弹性较好,可以挑挂; 交联情况与瓜胶配方相似。
2. 2 耐温耐剪切性能
压裂液的耐温抗剪切性能直接关系到压裂施工造缝和携砂能力,由图3可见,低浓度香豆胶压裂液冻胶按标准测试完成时,黏度仍有86. 95 m Pa·s达到标准要求,有较好的耐温耐剪切性能,与常规瓜胶压裂液实验完成时的黏度近似( 图4) 。实验数据说明,低浓度香豆胶压裂液中的香豆胶使用浓度比常规瓜胶压裂液中羟丙基瓜胶使用浓度降低37. 5%时仍能满足现场施工的携砂要求。在实验进行20 min左右出现黏度的又一次上升,说明压裂液出现了二次交联。低浓度香豆胶压裂液使用的长碳链有机络合交联剂可以逐步释放交联基团,实现了冻胶在储层温度下的二次交联,更有利于压裂液黏度的保持和携砂。
2. 3 流变性
通常用幂律模型τ = k'γn'描述压裂液,式中n'是流动特性指数、与流动几何形态无关,k'是稠度指数、是流动几何形态的函数[7]。实验测得90℃下,两种配方压裂液的稠度系数k'和流型指数n'见表2。两种配方压裂液的流型指数n' 都小于1,为假塑性流体,冻胶在剪切作用下结构发生部分破坏,黏度降低,而络合物形态的交联剂可逐步释放交联基团,使剪切停止后冻胶结构收迅速恢复,此性能为压裂液的流变变稀特性[8]。n'偏离1的程度反映假塑性的强弱; 当n' = 1时,流体是牛顿流体( 即黏度不受剪切速率变化) ,低浓度香豆胶压裂液有更多交联结点,交联结构更稳定,其n'较之普通瓜胶压裂的n'更接近1,说明黏度受油管中的高速剪切的影响更小,这一优良的流变性能有利于冻胶从油管进入裂缝后的造缝及输砂[9]。k'值反映压裂液的造缝性能,是冻胶结构对黏度的贡献,k'值越大,压裂液的结构性越强,其造缝性能也越强。低浓度香豆胶压裂液冻胶结构的稳定来源于更多的交联结点,而使用稠化剂浓度偏低,因此冻胶结构对黏度的贡献较之普通瓜胶低,k'值略小。
2. 4 黏弹性
两种配方压裂液体系G'和G″见表3。由表3数据可知代表弹性的储能模量G'大于代表黏性的耗能模量G″,两种压裂液体系都是以弹性为主的交联网状结构。储能模量G'的大小取决于压裂液体系的交联结构[10],耗能模量G″的大小取决于植物胶的基本性能。低浓度香豆胶压裂液储能模量G'与常规瓜胶压裂液储能模量G'相当,虽然低浓度香豆胶压裂液使用稠化剂较少,但由于使用长碳链有机络合交联剂,和香豆胶本身羟基比例大的特点,低浓度香豆胶压裂液的交联结构也很稳定。由于低浓度香豆胶压裂液黏度稍低,挑挂性能比常规瓜胶压裂液稍差,其耗能模量G″比常规瓜胶的稍低。
2. 5 滤失性能
滤失实验结果见表4,压裂液滤失影响压裂液造缝能力,压裂液的滤失量越小,越有利于获得较高的造缝压力。滤失量越大,压裂液效率低,对储层伤害也越大。低浓度香豆胶压裂液的初滤失量与常规瓜胶压裂液近似,虽然低浓度香豆胶压裂液使用稠化剂浓度低,但交联结点更多,使其冻胶交联结构更稳定,不易滤失。造壁滤失系数CⅢ表示形成滤饼而降低压裂液滤失性能。实验结果表明低浓度香豆胶压裂液的CⅢ与常规瓜胶压裂液相似,说明低浓度香豆胶压裂液能够在井筒中形成良好的滤饼,可以减少压裂液向地层中的滤失、保护地层、减少伤害。低浓度香豆胶压裂液的滤失参数与常规瓜胶相似,在使用更少稠化剂的前提下,对地层的滤失仍在正常范围。
2. 6 破胶性能
两种压裂液的破胶情况对比见表5,破胶液使用浓度较低时,低浓度香豆胶压裂液破胶液黏度更低,对破胶剂更敏感更易破胶; 破胶液使用浓度较高时,两种压裂液的破胶情况相似。低浓度香豆胶压裂液能够快速彻底破胶,而且破胶液的黏度较低,对破胶剂使用更少。
2. 7 残渣情况
压裂液破胶越彻底,则压裂液残渣越少,对地层的伤害就越小。两种压裂液都采用0. 01% 过硫酸铵破胶剂在90℃下破胶2 h得到压裂液破胶液,测量破胶液的残渣含量。低浓度香豆胶压裂液残渣含量为158 mg /L,常规瓜胶 压裂液残 渣含量为286 mg / L。较之常规瓜胶压裂液,低浓度香豆胶压裂液残渣含量降低44. 8% 。
2. 8 伤害实验结果
实验通过利用2块气测渗透率分别为6. 22×10- 3μm2和7. 35×10- 3μm2的人造岩心,在90℃下进行岩心流动实验,采用0. 01% 的过硫酸铵破胶剂在90℃下破胶2 h得到的压裂液破胶液对岩心渗透率进行 伤害,低浓度香 豆胶压裂 伤害率为19. 70% ,常规瓜胶压裂液伤害率为29. 33% 。低浓度香豆胶压裂液破胶容易、残渣小、伤害率低,对地层伤害较小。
3 结论
( 1) 研制了常温 ~ 中高温的低浓度香豆胶压裂液体系,香豆胶较之瓜胶提供了更多羟基,交联结点更多,更易实现低浓度交联。该体系稠化剂用量较常规瓜胶降低30% ~ 50% 。
( 2) 低浓度香豆胶压裂液耐温耐剪切性能能满足对应施工要求。
( 3) 低浓度香豆胶压裂液与瓜胶压裂液一样属于假塑性流体,其流变参数更利于施工过程中携砂的要求。与瓜胶压裂液相比,低浓度香豆胶压裂液更易破胶、残渣更低、伤害更小; 有相近的滤失性能、黏弹性能。
( 4) 低浓度香豆胶压裂液具有现场需要的压裂液的特性,但残渣低伤害小,更适合低渗和特低渗储层,有很好的应用前景。
参考文献
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低浓度检测 篇9
1 矿井概况
贵州黔西石桥煤业有限公司(以下简称石桥煤矿)位于贵州省黔西县,井田面积1.797 2 hm2,储量1 925万t,开采4#和9#煤层,煤质属低硫、低灰、高热值无烟煤。矿井3个井筒,采用斜井开拓、中央并列式通风,矿井生产能力30万t/a。石桥煤矿属高瓦斯矿井,每年瓦斯排放纯量在400万m3以上,瓦斯发电利用在300万m3以上,利用率超过75%,相当于节省原煤3 500 t。
2 低浓度瓦斯发电原理
目前,瓦斯发电多采用火花塞发火方式使瓦斯在缸内燃烧,以高温高压的燃气膨胀做功推动活塞往复直线运动,并通过活塞—连杆—曲柄机构将往复直线运动转变为曲轴的圆周运动,从而带动发电机转子旋转,发出电能。其发电系统如图1所示。
3 故障分类
(1)气源故障。
主要包括瓦斯浓度、流量过低,或瓦斯输送管道上气液分离器、干式阻火器堵塞造成气体流通不畅,输送管道漏气等原因引起的机组供气不足的现象。
(2)机组故障。
主要包括机组零部件(润滑系统漏油,进、排气阀)损坏。
(3)电气故障。
主要包括点火系统不点火、电压低、二次连线接触不良、开关损坏等故障。
2011年,贵州部分煤矿低浓度瓦斯发电站故障率统计分布如图2所示。
4 常见故障原因及处理方法
4.1 气源故障
(1)发电机组开机前必要的准备工作:①检查管道是否有漏气现象,如果发现,及时处理;②确保满足瓦斯浓度不低于8%、纯流量不低于3 m3/台的要求。否则,可能发生机组无法启动的现象。
(2)如果机组正常启动并网后功率不足(额定600 kW或500 kW的只能提高到400 kW或300 kW以下),首先要确认机组排温是否正常:如果排温较高,可能是空气滤清器堵塞,空气量不足引起,应及时清理空气滤清器;若机组排温正常,机组功率不足可能是由气源不足引起的,此时,可通过安装在气液分离器和干式阻火器两侧的压力表,判断气液分离器或干式阻火器是否堵塞并及时处理。
4.2 机组故障
(1)机组无法启动。
若排除了气源故障后机组仍无法启动,则需分析以下原因。①启动系统中启动电磁阀和空气分配器工作状态是否正常。启动电磁阀内接线空间较小,接线时容易造成导线断线,或者运行一段时间后导线及端子氧化等造成接触不良,电磁阀无法启动;压缩空气压力不正常,空气屏内有积水和杂质、脏物均可造成主启动阀堵塞无法开启。由于机组运行时振动较大,油质较脏,空气分配器内滑块边缘易磨损,密封不严,也会导致机组因压力不足无法启动。②进气系统中电控混合器状况。因机组运行振动大,固定电控混合器螺母极易松动,造成混合器内活塞移动引起堵塞、活动不良现象;控制接线是否正确无误。③检查气门的气阀间隙是否合适。检查方法:打开机组箱盖,用塞尺测量顶杆滚轮与凸轮的基圆部分间的间隙,若不在(1±0.05)mm范围内应予以调整处理。④检查点火系统是否工作正常,包括点火系统DC 24 V电压是否正常,点火模块是否正常工作,信号灯指示和点火方式是否正确;霍尔传感器与磁电盘“X”处边缘是否成一直线,保证霍尔传感器端部与磁电盘外圆间隙在(1±0.25)mm;火花塞是否良好。具体方法:可以将火花塞随机取出几根,吹车检查火花塞是否点火,或者将火花塞取出后接好,松开磁电盘(松开前必须将与霍尔传感器中心线对齐的磁电盘部位做好标记),按磁电盘上箭头指示旋转磁电盘,并按上述内容逐项查找问题,及时处理。因机组振动原因,霍尔传感器上部固定螺丝易松动,造成与磁电盘间隙过大或过小,均会造成机组无法启动。若运行中出现松动,有可能导致机组因点火不均匀而发生“放炮”现象。⑤空燃比是否合适。空燃比与进气量是影响机组启动的重要因素。瓦斯浓度在9.5%时爆炸威力最大,此时气体刚好完全反应。如果空燃比调得过大,气体浓度大,造成不完全反应,有可能会发生“放炮”现象;空燃比过低时,混合气浓度低,爆炸时需要更高的点火温度。浓度太低时,达不到爆炸条件,机组无法启动。⑥开机时相互配合和进气球阀开启速度。发电机组多为手动启动,需2人进行配合,1人调液压调速器,1人开进气球阀。球阀开启速度过快或开度过大均会引起无法开机。
(2)运行过程中水温、油温过高。
①循环水中因某种原因进入或产生气体;②冷却管路或换热器结垢严重,造成冷却水流通不畅,水量减少。此时,应及时对水质进行检查,看软化水是否达标;另外,清理换热器及冷却水管道内污垢。
(3)排温过高。
排温过高多由空燃比调节不当或进气量太大、功率过高引起。发现排温告警时,应及时对空燃比及进气量进行调整。在调节过程中不能只调空燃比,要注意空燃比、进气量、调速器负荷限制的配合,将机组调节到最佳状态。
4.3 电气故障
电气故障出现较少,主要为电磁阀卡滞,动作不灵活,要及时更换。另外,由于启动电磁阀内空间较小,接线较困难,要注意保证启动电磁阀回路正常。根据无间隙供电的要求,把机组点火系统电源改至GPS不间断电源,这样,当地方电源停电时,也可保证机组正常运行。
4.4 失磁和并网故障
(1)气源的不稳定性经常造成逆功率现象。
逆功率即是发电机组无功率输出,反而吸收大网电能的一种现象。此时发电机成了电动机,发电机铁芯将会严重发热,破坏铁芯中原有磁序,使机组失磁。失磁后机组将无法提供励磁电源起励,需将另一台正常机组的励磁电压回路并入失磁机组励磁回路,对失磁机组进行补磁,补磁后应及时将并联回路断开,即可实现正常并网发电。
(2)机组运行过程中,要采取相应方法处理并网故障。