Головна
Форум
Галерея
Контакти
FOR FOREIGN PARTICIPANTS
Науково-дослідна робота (В.С. Фальштинський)

ОБҐРУНТУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ І ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ КОЛЕКТОРНОЇ ПАЛИВНО-ЕНЕРГЕТИЧНОЇ СИСТЕМИ, ЩО ПЕРЕДБАЧАЄ ПІДЗЕМНЕ СПАЛЮВАННЯ (ГАЗИФІКАЦІЮ) ВУГІЛЬНИХ ПЛАСТІВ

 

Керівник НДР: канд. техн. наук, доц. В.С. Фальштинський

 

Ефективний розвиток промислового комплексу України пов'язаний з розвитком енергетики, що передбачає прискорений і перспективний розвиток вугільної галузі. У балансі первинних джерел сировини для енергетичного комплексу країни, вугілля займає провідне місце і його запаси становлять 97,4%. З урахуванням втрат до 40% при видобутку вугілля розвіданих запасів вистачить на 300-350 років. У той же час запаси нафти й газу становлять 2,6%.

Разом з тим, через складність розробки вугільних пластів підземним способом, у зв'язку з переходом робіт на більші глибини й погіршенням гірничо-геологічних умов, обмежені можливості збільшення видобутку вугілля. У цих умовах потрібний розвиток прогресивних, високоефективних екологічно чистих технологій видобутку вугілля, зокрема свердловинної підземної газифікації вугіль (СПГВ) і підземного спалювання вугілля (ПСВ), тобто термохімічної переробки вугілля на місці залягання в горючий газ.

У порівнянні з видобутком вугілля на шахтах і кар'єрах при СПГВ й ПСВ ліквідується важка праця гірників, втягуються у використання некондиційні запаси вугілля, не порушується родючий шар ґрунту, відпадає необхідність у розміщенні порожньої породи на денній поверхні. Не потрібно великих капітальних витрат на будівництво й експлуатацію станцій «Підземгаз» і «Вуглегаз», що обумовлює одержання більш дешевого енергоносія (газу). Для одержання теплової й електричної енергії з газів СПГВ й ПСВ не потрібно додаткової підготовки. Продукти згоряння газів не містять окису вуглецю, твердих часток, сірчистого ангідриту, вміст окислів азоту незначний. Висока швидкість згоряння газу підземної газифікації (1,6 м3/с) обумовлює застосування його в промисловості й побуті. Досить перспективне використання газів і продуктів газифікації вугілля у хімічній промисловості, що пов'язане з дефіцитом природного газу, нафти, сірки, аміаку й метанолу.

Практично більше 78% запасів кам'яного вугілля і майже 34% бурого вугілля України можуть бути використані для підземної газифікації (спалювання) вугілля.

Мета роботи – встановлення технологічних і техніко-економічних параметрів систем рекуперації тепла підземного газогенератора і його вміщуючих порід при спалюванні (газифікації) вугільних пластів у шахтних умовах.

Вперше проведено:

– обґрунтування параметрів енергетичної колекторної системи з урахуванням параметрів поширення температурного поля у газогенераторі, породах покрівлі й підошви;

– встановлення закономірностей формування реакційного каналу й вигазованого простору газогенератора при ПСВ від водопритоку, температури термопроцесу й потужності газогенератора від тиску й довжини реакційного каналу;

– обґрунтування параметрів колекторно-рекупераційної системи тепла підземного газогенератора й енергетичної установки перетворення теплової енергії;

– розроблено технологічну схему шахтного газогенератора з колекторно-тепловою системою рекуперації й перетворення тепла процесу газифікації вугілля.  

Параметри термополя у породах, що вміщують газогенератор, залежать від геологічної будови надвугільної товщі й технологічних параметрів процесу спалювання (газифікації), тому прогрів порід покрівлі пласта, що вигазовується, здійснюється за рахунок конвекційного – 56,7% і кондуктивного – 43,3% теплообмінів і поширюється на 8,4-9,2 м в глибину надвугільної товщі й 3,9 - 4,7 м підвугільної товщі вугільного пласта, що вигазовується. Встановлено кубічну залежність теплопровідності породовугільного масиву навколо газогенератора, що характеризується конвекційним теплообміном системи «вогневий вибій-породний масив».

Характер формування температурного поля в підземному газогенераторі: 1 – у поперечному перетині газогенератора; 2 – вид зверху (а – опорна зона, б – вигазований простір, в – привибійний простір)

 

Встановлений взаємозв'язок  між температурою процесу газифікації, водопритоком і параметрами реакційного каналу, а також між тепловою потужністю газогенератора, тиском і довжиною вогневого вибою.


Взаємозв'язок між А – довжиною каналу і температурою процесу (1 – область довжин реакційного каналу, що забезпечують ефективність ПСВ, 2 – область, що забезпечує стійкість процесу спалювання вугілля в умовах варіювання складом дуття і його параметрів, 3 – область нестійкого процесу, більші втрати дуття, продуктивних газів, значні втрати тепла, некерованість зоною окислювання реак-ційного каналу); Б – довжиною реакційного каналу, температурою процесу і водо-притоком (1-1 – водоприток у реакційний канал 2,5-3,8 кг.вод/кг.вуг; 2-2 – водопри-ток 3,8-5,4 кг.вод/кг.вуг; 3-3 – водоприток 5,4-7,5 кг.вод/кг.вуг); В – тепловою по-тужністю, тиском і довжиною вогневого каналу газогенератора (1 – 40 м; 2 – 55 м; 3 – 67 м)

 

Щодо формування температурного поля в підземному газогенераторі й у вміщуючих його породах розроблена розрахункова схема теплообміну трубчастого рекуператора з породами підошви вугільного пласта, що газифікується і визначені параметри теплоносія.


Розрахункова схема трубчастого рекуператора тепла підземного газогенератора

 


Параметри швидкості теплоносія (вода) залежно від діаметра труби рекуператора при: 1-1 – довжині реакційної зони 4-6 м; 2-2 – 6-8 м

Практична цінність роботи полягає у наступному:

– обґрунтовані раціональні параметри системи колекторної рекуперації тепла підземного газогенератора;

– розроблена технологічна схема підземного газогенератора в шахтних умовах з колекторно-рекупераційною системою перетворення тепла при газифікації вугільного пласта;

– запропонована математична модель визначальних параметрів рекуперації тепла, процесу газифікації вугільних пластів і вибору електрогенеруючої установки залежно від поширення температурного поля з урахуванням геологічної будови породної товщі, що вміщує підземний газогенератор, і технологічних параметрів ведення процесу спалювання (газифікації) вугілля.


Технологічна схема підземного газогенератора в шахтних умовах з колекторно-рекупераційною системою перетворення тепла при газифікації вугільного пласта

 


Автоматизований електрогенеруючий комплекс із гідропаровою турбіною «Туман 2»