CC BY
31
СИМПОЗИУМ «СОВРЕМЕННОЕ ГОРНОЕ ДЕЛО: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА. ПРОМЫШЛЕННОСТЬ»
МОСКВА, МГГУ 29.01.96 - 2.02.96 г
О.Л.ДЕРБЕНЕВА И. М. ЗАКОРШМЕННЫЙ Г. А. ЯНЧЕНКО Московский государственный горный университет В.А.ФИЛАТОВ Ростоппром
Физические основы технологии подземного сжигания угольных запасов в отработанных газогенераторах станций «Подзем газ»
Как известно, традиционная технология подземной газификации угля (ПГУ) предусматривает подачу в подземные газогенераторы воздуха в режиме нагнетания под избыточным давлением в 1,5 ... 3,0 атм. Герметичность этих газогенераторов обеспечивается предохранительными угольными целиками. Запасы угля, остающиеся в этих целиках после отработки газогенераторов, относятся к потерям, т.к. традиционная технология ПГУ не позволяет извлекать их даже с минимально необходимой эффективностью. Помимо этих потерь в пределах практически каждого газогенератора имеются потери и промышленных угольных запасов.
В результате в отработанных газогенераторах остаются довольно большие угольные запасы. Так например, по данным работы [1] общие потери угля на Юж-но-Абинской станции «Подземгаз» на сегодняшний день составляют порядка 3,3 млн.тонн, что практически в 1,5 раза превышает количество угля, сгазифицирован-ного за весь период работы станции (порядка 2,2 млн тонн).
Отработку этих угольных запасов принципиально возможно осуществить только методами их газификации или сжигания. Никакие другие методы, из апробированных на сегодняшний день, не позволяют добывать уголь в зоне обрушенных горных пород. Кроме того, данные методы позволяют использовать, хотя бы частично, при отработке угольных запасов воздухоподводящие скважины отработанных газогенераторов, что дает возможность сни-
зить капитальные затраты на разработку этих запасов. В связи с тем, что продольные и поперечные размеры угольных запасов в отработанных газогенераторах обычно относительно небольшие, наиболее перспективным следует признать отработку этих запасов методом подземного сжигания. При его использовании с единицы длины угольного канала извлекается в 5 ... 10 раз больше энергии, чем при газификации. Это особенно важно при отработке небольших угольных запасов, составляющих порядка 50 % от всех находящихся в отработанных газогенераторах.
Осуществление подземного сжигания углей (ПСУ) в режиме нагнетания воздуха в район расположени угольных запасов нерационально. Причина - высокая газопроницаемость не только сжигаемых угольных запасов, но и окружающих обрушенных горных пород.
Попытки сжигания угольных запасов в отработанных газогенераторах Южно-Абинской станции «Подземгаз» в режиме отсоса получаемых продуктов сгорания [2] показали принципиальную возможность и определенную эффективность этого способа. Одновременно были выявлены и его недостатки. Наличие больших объемов выработанного пространства в газогенераторе, зачастую соединенного с дневной поверхностью и выработанными пространствами других газогенераторов, может сильно изменять траектории движения воздушных потоков. Иногда они минуют зону горения угольных запасов.
Кроме того, небольшие депрессии, развиваемые дымососами или вытяжными вентиляторами, зачастую не обеспечивают подачу в зону горения необходимого количества воздуха из-за большого аэродинамического сопротивлени обрушенных горных пород. В результате температура продуктов сгорания была довольно небольшой (не более 200°С).
В определенной степени избежать этих недостатков можно при нагнетатель-но-всасывающем режиме подачи воздуха в зону горения угольных запасов. Увеличение перепада давления между воздухоподводящими скважинами позволяет повысить расходы подаваемого в зону горения воздуха и соответственно получить большую тепловую мощность. Кроме того, в этом случае значительно облегчается процесс управлени траекториями движения в выработанном пространстве газогенераторов потоков воздуха и продуктов сгорания и могут быть сведены к минимуму как потери воздуха и продуктов сгорания в окружающую среду, так и подсосы воздуха из нее. Первое осуществляется выбором соответствующих скважин для нагнетания воздуха, которые обычно расположены в пределах каждого газогенератора по определенной сетке. Траектории движения воздушных потоков в основном совпадают с направлением градиента давления. Поэтому выбор скважины для нагнетания воздуха в принципе не сложен. Если этот выбор сделан правильно, то поток воздуха при движении от воздухоподводящей скважины к газоотводящей не сможет миновать зону горения угольных запасов. Второе обеспечивается подбором давления (расходов) нагнетания воздуха и степени разряжения продуктов сгорания на устьях соответствующих скважин.
Для того, чтобы свести к минимуму потери воздуха и продуктов сгорания в окружающую среду и подсосы воздуха из нее необходимо в воздухоподводящую скважину нагнетать в единицу времени объем воздуха (это есть его объемный расход) равный теоретическому объему продуктов сгорания, получаемых из этого воздуха из газоотводящей скважины также в единицу времени (это есть их объем-
ный расход). Например, если в данных условиях с 1 нм3 (нм3 - нормальный м3, отне-‘ сенный к нормальным физическим услови м3 воздуха будет получаться 7,0 нм3 продуктов сгорания, то если в процессе сжигания угольных запасов из зоны горения будет обеспечен отсос 7,0 нм3 при подаче в нее 1 нм3 воздуха, то в этом случае абсолютное давление в отработанном газогенераторе будет всегда постоянно и незначительно отличаться от атмосферного. Это обеспечит снижение как потерь воздуха и продуктов сгорания в окружающую среду, так и подсосов воздуха из нее. При этом весь объем нагнетаемого воздуха и получаемых продуктов сгорания будет стремиться к газоотводящей скважине, где абсолютное давление будет меньше атмосферного на величину разряжения, создаваемого здесь соответствующими устройствами, например, дымососами. Поступать во внешнюю среду воздух и продукты сгорания практически не будут, т.к. давление в окружающей среде, т.е. во вмещающих породах, будет больше, чем на устье газоотводящей скважины, кроме того, аэродинамическое сопротивление каналов и трещин во вмещающих породах, окружающих сжигаемые угольные запасы, довольно высоко и тех перепадов давления, которые характерны для данного режима подачи воздуха, недостаточно для прохода через эти каналы и трещины сколько-нибудь значительных объемов воздуха и продуктов сгорания. Соотношение между объемными расходами подаваемого для сжигания угля воздуха и получаемых продуктов сгорания зависит от влагосодержания воздуха и составов сжигаемого угля и получаемых продуктов сгорания. Это соотношение, полученное на основе баланса азота при сгорании угля в воздухе, имеет вид:
0 А2в - 1ХВ2 + (0,8№/аУ>г В)]1Х2(1 -
-0,0Ш)(1 + 1,243ав)1, (1)
где С7п 0в — отнесенные к нормальным физическим условиям объемные расходы отсасываемых продуктов сгорания и нагнетаемого воздуха, нм3;
Ыв2> №, N^— содержание азота в, соответственно, сухом воздухе, рабочей массе угля, сухих продуктах сгорания, %; а — коэффициент избытка возду-
ха в продуктах сгорания; У°с.в. — теоретический объем сухого
воздуха, необходимый для полного сгорания 1 кг рабочей массы угля, нм3/кг угля; И' — влажность продуктов сгора-
ния, %;
(1В —влагосодержание воздуха, от-
несенное на его сухое состояние, кг пар. воды/нм3 сухого воздуха.
Входящие в (1) данные по составу продуктов сгорания и воздуха (N2, йе) определяются в ходе газового анализа, проводимого непосредственно в процессе сжигания. Величина V" берется из данных элементного состава сжигаемого угля. Величина а и Vес.в рассчитываютс по соответствующим формулам [3].
Необходимое соотношение между <2г и (1в предварительно определяемое из (1) устанавливают путем регулирования степени разряжения на устье газоотводящей скважины и давления нагнетания на устье воздухоподводящей скважины. Если при повышении давления нагнетания воздуха будет превышена его критическая для данных условий величина, то это приведет к нагнетанию в район расположения сжигаемых угольных запасов объема воздуха, который превратится в такой объем продуктов сгорания, который не успеет выйти через газоотводящую скважину. Следовательно соотношение (1) будет нарушено. Это приведет к росту давления в отработанном газогенераторе и появлению потерь как воздуха, так и продуктов сгорания. В этом случае необходимо либо уменьшить давление нагнетания воздуха, либо увеличить степень разряжение, на устье газоотводящей скважины. Соответст-
венно, чем больше на устье газоотводящей скважины будет получена степень разря-жени, тем при большем давлении нагнетания воздуха будет выполняться соотношение (1). Для получени максимальной массовой скорости сгорания угля необходимо на устье га зо отводящей скважины обеспечить максимальную степень разря-жени , а на устье воздухоподводящей скважины максимальное давление нагнетания воздуха, при котором еще будет выполняться соотношение (1).
В процессе сжигания угольных запасов состав продуктов сгорания может быть нестабильным. Поэтому, для получения максимальной эффективности этого процесса необходимо обеспечить постоянный контроль состава и расходов продуктов ^сгорания и воздуха. Полученные данные позволят оперативно устранить возникающую разницу между теоретическим, опре-делеямым правой частью (1), и практическим, определяемым левой частью (1), соотношениями между расходами отсасываемых продуктов сгорания и нагнетания воздуха.
Таким образом при сжигании угольных запасов в режиме нагнетания воздуха и отсоса продуктов сгорания сопротивление каналов движени газовоздушных потоков будет преодолеваться в основном за счет давления нагнетания воздуха. Это позволит значительно увеличить расходы подаваемого на сжигание воздуха по сравнению с сжиганием угольных запасов в режиме только отсоса продуктов сгорания. Нагнетательно-отсосный режим подачи воздуха имеет большие перспективы и при сжигании угольных запасов на отработанных шахтах.
Условия залегания этих угольных запасов зачастую аналогичны угольным запасам отработанных газогенераторов.
1. Селиванов Г.И., Закоршменный И.М.% Янченко Г.А. Анализ запасов угля в отработанных газогенераторах Южно-Абинской станции «Подземгаз» применительно к их отработке методом подземного сжигания / / Защита окружающей среды при разработке угольных месторождений: Сборник статей. - Караганда, Карагандинское областное правление Союза научных и инженерных обществ СССР, 1991.-С. 30-32.
2. Селиванов Г.И. Закоршменный И.М., Янченко Г.А. Анализ извлечения энергии при подземном сжигании угольных охранных целиков газогенератора № 15 Южно-Абинской станции «Подземгаз» // Защита окружающей среды при разработке угольных месторождений: Сборник статей. Караганда, Карагандинское областное правление Союза научных и инженерных обществ СССР, 1991. -С.32-42.
3. Янченко Г.А. Материальный баланс процесса подземной газификации угля : Учебное пособие. - М.: МГИ, 1989. - 57 с.
© Авторов
\ЬжфсдльЫ>Е здкоМ>1 разра6отаШ>е мЕЖдуйдродйой ассоциацией философов^пЕСснмистов (записаИи А. Блохом)
Если какая-нибудь неприятность может случится, она случается.
Все не так легко, как кажется.
Всякая работа требует больше времени, чем вы думаете.
Из всех неприятностей произойдет именно та, ущерб от которой больше.
Если четыре причины возможных неприятностей заранее устранены, то всегда найдется пятая.
Предоставленные самим себе события имеют тенденцию развиваться от плохого к худшему.
Как только вы принимаетесь делать какую-то работу, находится другая, которую надо сделать раньше.
Всякое решение плодит новые проблемы.
Когда дела идут хорошо, что-то должно случиться в самом ближайшем будущем.
Когда дела идут хуже некуда, в самом ближайшем будущем они пойдут еще хуже.
Если вам кагкется, что ситуация улучшается, значит, вы чего-то не заметили.
Любые предложения люди понимают иначе, чем тот, кто их вносит.
Даже если ваше объяснение настолько ясно, что исключает всякое ложное толкование, все равно найдется человек, который поймет вас неправильно.
Если вы уверены, что ваш поступок встретит всеобщее одобрение, кому-то он обязательно не понравится.
Неважно, что что-то идет неправильно. Возможно, это хорошо выглядит.
Если эксперимент удался, что-то здесь не так.
В любом наборе исходных данных самая надежная величина, не требующая никакой проверки, является ошибочной.
1.132)
