CC BY
35
М.Ю. Быкова
МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЗОВОГО ТОПЛИВА В ТЕХНОЛОГИИ ЛУГЭК
МОСКВА ИЗДАТЕЛЬСТВО «ГОРНАЯ КНИГА»
2013
А
УДК 622.271:662.74 Б95
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.12
Быкова М.Ю.
Метод повышения эффективности получения газового топлива в технологии ЛУГЭК: Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Отдельные статьи (специальный выпуск). — 2013. — № 11. — 8 с.— М.: издательство «Горная книга»
ISSN 0236-1493
Статья посвящена результатам научных исследований по применению технологии внутрицикловой газификации в Локальных углегазо-электрических комплексах (ЛУГЭК). Приводятся решения по увеличению теплотворной способности генерируемого газового топлива из угля на основе очистки генераторной газовой смеси от углекислого газа, что позволяет увеличить её калорийность в 3-4 раза. Для последующего повышения теплоты сгорания вырабатываемого газового топлива рекомендуется применять в технологии ЛУГЭК так же парокислородное дутьё.
Ключевые слова: уголь, газовое топливо, газификация угля, установка комбинированного цикла, очистка углекислого газа, теплота сгорания топлива.
УДК 622.271:662.74
ISSN 0236-1493 ©
©
©
М.Ю. Быкова, 2013
Издательство «Горная книга», 2013 Дизайн книги. Издательство «Горная книга», 2013
С начала 70-х годов прошлого века наша страна вступила в эпоху так называемой «газовой паузы». Доля природного газа в топливно-энергетическом балансе (ТЭБ) страны начала расти ускоренными темпами. Поэтому в настоящее время эта доля составляет 60 %, а доля угля 13 %. Такой перекос, вызванный преимуществами газового топлива по сравнению с твёрдым является на наш взгляд неперспективным и энергетически небезопасным. Достаточно сказать, что ведущие мировые державы Западной Европы имеют такую долю на уровне 40-60 %, США - 56 %, а КНР - 70 %.
Учитывая дефицит газа на внутреннем рынке, необходимость поддержания его экспорта, а также - ограниченность запасов природного газа, следует ожидать заметного возрастания роли ископаемого угля в ТЭБе. Тем более, что ресурсы угля в России значительно превосходят ресурсы нефти и газа: если ресурсов угля хватит на 500 лет, то углеводородного сырья - на 40-60 лет. Здесь же нужно учесть, что в России удельное энергопотребление составляет 6,5 т у.т./чел при средней величине этого показателя в мире 2, 1 т у.т. чел. Приведенные факторы неизбежно приведут к возрастании доли угля в энергетике страны.
Увеличение использования угля в экономике страны будет осуществляться на базе традиционных технологий, в основу которых заложен принцип использования кускового угля, что требует конвейерного или железнодорожного транспорта к месту его потребления (ТЭС).
Более прогрессивными и экономичными являются технологии, использующие газовое топливо, которое можно получать из угля на основе его газификации. В таблице приведены технические параметры сравнения различных способов внутрицикловой газификации угля. Опытные данные демонстрируют преимущества способа газификации в потоке по производительности газогенератора (газификатора) и по его термодинамическому КПД.
Однако, рост производства угля и его использование в энергетике связаны со значительным экологическим ущербом для атмосферы Земли, природного ландшафта и гидрогеологического режима угледобывающих районов.
Поэтому необходимо искать новые, экологически чистые технологии разработки угольных месторождений. Одним из способов повышения экологической чистоты угледобывающего предприятия является предложенный в МГГУ метод получения электроэнергии
Сравнение вариантов поверхностной (внутрицикловой)
газификации угля
Параметры Процессы yi л сгазиф икании
] азификацня в потоке Газификация в кипящей постели Газификация с подвижной постелью
Технологии СоР E-Gas, GE, Energy, MUI, Shell, Siemens, Udhc.Prenflow HTW, TRIG, SES U-GAS BGL, Lurgi
Потребность в кислороде Высокая Средняя Низкая
Условия зол ооб разова н ия Шлакообразование Сухая пылевидная или агломерированная зола Сухая зола или шлакообразование
Круп ПОСТ]. подаваемого угля, мм > 0,2 6-10 6-50
Приемлемость штыба 1 [e ограничена Приемлемая Oí раниченная
Углеродная конверсия Высокая IIизкая Высокая
Производительность газификатора, т/день 1 1500-1550 1000-1500 500-1000
Температура еннгаза па выходе из газификатора С 1250-1600 900-1050 425->б50
Термодинамический КПД газификатора,"/»2 91,9-95,5/ SI, 2-84,3 89.1-92,2/ 80.2-81,9 87,0-87,5/ 77,5-79.3
КПД общий,"/«1 40, 1-41,5 40.0-40.9 39.0-39,8
Примечания:1 на сухое топливо " числитель — брутто; знаменатель - нетто ' внузрициклового газификатора, включая электрогенерацию (ТЭС)
Источник: R.Manca el а]. Coal Gasification project, Italy. World Coal Institute, London. 1941
на угольном месторождении, основанный на синтезе трансформации в газовое топливо (газификация или подземное сжигание угля) с добычей угольного метана и выработке электроэнергии в установках комбинированного цикла на том же шахтном поле или на соседних полях [1].
Сам процесс очистки генераторного газа можно осуществить по схеме (рис. 1), которая включает два сепаратора и циклон для удаления минеральных частиц, влаги, масла и фенолов. Схема предусматривает раздельный цикл по генерации электроэнергии и выработке пара в паровой турбине. Схема рассчитана на генерацию электрической мощности 45 МВт и тепловой мощности 22 МВт.
Однако, эта схема не решает главного вопроса - удаления из сырой генераторной смеси (СГГ)) негорючих компонентов, к главным из которых относится углекислый газ. В МГГУ
ИгвЛ ВафХ
гг
Воф.'
В.ТЮрИи
Перлыи «ла/нтор 1 гелуитор
^фЧг
кшодитмк
Фенолы
" 1> Л НБ»£мг
/Й, Ч4С/ГШЧ01
Никла» иомпре,
К**
гпурои^л
Паровая /Пу/
бойлер I
час
-а
— а
Конденсатор Штзс ^/Ьлр тру5л
Рис. 1. Схема комплексного предприятия ПГУ-ТЭС (по Е.В. Крейнину)
Рис. 2. Схема локального углегазоэлектрического комплекса с секвестрацией углекислого газа: 1 - питательный компрессор; 2 - установка комбинированного типа; 3 - повышающий трансформатор; 4 - линия электропередач; 5 - холодильная установкка; 6 - поташно-абсорбционная установка для поглощения углекислого газа; 7 - циклонный пылеуловитель; 8 - скруббер центробежного типа; 9 - дымосос; 10 - экономайзер водяного типа; 11 - котёл-утилизатор; 12 - градирня; 13 -компрессор низкого давления; 14 - вакуум-насос для подачи метана на обогащение генераторного газа; 15 - продуктивные скважины по генераторному газу; 16 -воздухоподающие скважины; 17 - метановые скважины; 18 - сбоечная вертикально-горизонтальная скважина
1- контактный теплообменник (КТО): 2- сушильная камера ти сепаратор: 3- компрессор: 4- газгольдер (емкость) для слсилсенного СО?
Рис. 3. Принципиальная схема ожижения углекислого газа
предложена технологическая схема секвестрования углекислого газа из СГГ [2]. На рис. 2 показана схема локального углегазоэлек-трического комплекса, включающего процесс секвестрации углекислого газа и на этой основе повышения теплотворной способности очищенного генераторного газа (ОГС).
Секвестрация углекислого газа может проходить и по способу его реакции с водой и последующего ожижения в углекислоту по схеме, предложенной Е.В. Крейниным (рис. 3).
Получая газовое топливо после очистки от углекислого газа, можно добиться увеличения его теплотворной способности до 10-12 МДж/м3. Такое топливо может быть микшировано с угольным метаном до кондиций, приемлемых в эксплуатации турбогазогенера-торов электрического тока. Кроме того, для повышения качества газового топлива в комплексе ЛУГЭК можно использовать кислородное или парокислородное дутьё.
Предложенные решения будут повышать затраты на строительство и эксплуатацию комплекса, но целесообразность его строительства решается при проектировании.
Учитывая перспективу повышения на рынке цен на газовое топливо, можно полагать, что предприятия типа ЛУГЭК найдут применение на практике, особенно для разработки брошенных запасов, целиков и нерабочих пластов.
Заключение
В статье представлены результаты изучения опыта использования нетрадиционных (в первую очередь - скважинных) технологий разработки угольных месторождений. Показано, что на современном этапе существуют реальные методики переработки ископаемого угля в газовое топливо непосредственно на угольном месторождении, что обещает хорошие перспективы отказаться от весьма дорогостоящего железнодорожного транспорта и значительно удешевить угольную продукцию.
Установлено, что получая газовое топливо, можно гораздо эффективнее следовать жестким экологическим нормам защиты окружающей среды, так как проблемы удаления углекислого газа и сернистых окислов уже достаточно надёжно решаются в серийном промышленном производстве.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Васючков Ю.Ф., Воробьёв Б.М. Способ получения электроэнергии при бесшахтной углегазификации и/или подземном углесжигании. Патент РФ № 2100588, 1996 г.
2. Васючков М.Ю. Разработка способа получения энергоносителя на основе подземного сжигания и газификации угля. М., МГГУ, Автореферат канд. Диссертации, 2002 г. гттш
Bykova M.Yu.
DECISIONS TOWARDS HIGHER OPERATING EFFICIENCY OF LOCAL COAL-GAS-POWER COMPLEXES
The article is focused on scientific findings concerned with application of intra-cycle gasification technologies in local coal-gas-power complexes (LCGPC). Decisions on carbon dioxide gas removal from generator gas mixture allow 3-4 times higher caloric power ofgas fuel. In order to even more enhanced calorific effect of gas fuel, it is recommended to use oxygen-steam blast in the LCGPC technologies. Key words: coal, gas fuel, coal gasification, combination cycle utility, carbon dioxide gas removal, fuel combustion heat.
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ
Быкова Марина Юрьевна - ведущий инженер, кафедра ПРПМ, Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia. ud@msmu.ru
М.Ю. Быкова
МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЗОВОГО ТОПЛИВА В ТЕХНОЛОГИИ ЛУГЭК
Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Отдельные статьи (специальный выпуск)
Режим выпуска «молния» Выпущено в авторской редакции
Компьютерная верстка и подготовка оригинал-макета Н.А. Голубцов Дизайн обложки Е.Б. Капралова Зав. производством Н.Д. Уробушкина Полиграфическое производство Л.Н. Файнгор
Подписано в печать 19.09.13. Формат 60х90/16. Бумага офсетная № 1. Гарнитура «Times». Печать трафаретная на цифровом дупликаторе. Усл. печ. л. 0,5. Тираж 500 экз. Изд. № 2739
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ГОРНАЯ КНИГА»
Отпечатано в типографии издательства «Горная книга»
шшж
G
п
НО
L—J
119049 Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 6, иааательство «Горная книга» Телефон (499) 230-27-80; факс (495) 956-90-40;
тел./факс (495) 737-32-65
