CC BY
45
© О.В. Тайлаков, Д.Н. Застрелов, А.И. Смыслов, Е.А. Уткаев, 2013
УДК 662.7
О.В. Тайлаков, Д.Н. Застрелов, А.И. Смыслов, Е.А. Уткаев
ПЕРЕРАБОТКА ДЕГАЗАЦИОННОГО МЕТАНА В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ НА УГЛЕДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
Описан опыт переработки дегазационного метана в блочно-модульной котельной и теплоэлектростанции на шахтах Кузбасса для выработки тепловой и электроэнергии. Представлены показатели экономической эффективности энергетических установок.
Ключевые слова шахтный метан, утилизация, блочно-модульная котельная, теплоэлектростанция, тепловая и электроэнергия, экономическая эффективность.
Современные тенденции развития технологий переработки дегазационного метана связаны с увеличением объемов выбросов газа в атмосферу из-за повышения интенсивности ведения горных работ [1]. Ежегодно дегазационными системами угольных шахт Кузбасса выбрасывается в атмосферу около 100-200 млн м3 метановоздушной смеси (МВС) с концентрацией метана до 80 %. В тоже время дегазационный метан является ценным энергетическим ресурсом, который можно использовать для выработки тепловой и электроэнергии [2-4].
С февраля 2009 г. на шахте им. С.М. Кирова ОАО «СУЭК-КУЗБАСС» в г. Ленинск-Кузнецкий введена в промышленную эксплуатацию теплоэлектростанция (ТЭС), вырабатывающая 1 МВт электрической энергии (рис. 1). Это одна из первых установок, введенных в эксплуатацию на угольных шахтах России, использующая дегазационную МВС с концентрацией метана более 35 %, которая до этого выбрасывалась в атмосферу. Реализация данного проекта потребовала разработки и внедрения нестандартных решений. В первую очередь, это обусловлено большой влажностью МВС из-за применения водо-кольцевого насоса при дегазации; большими перепадами давления, обусловленными технологией дегазации; меняющейся концентрацией метана в МВС, вызванной проводимыми горными работами в шахте.
Рис. 1. Теплоэлектростанция на горном отводе шахты «Им. С.М. Кирова»
Во вторую очередь, это климатические условия региона, так как поставленная установка не была на них рассчитана и требовала дополнительной доработки. В-третьих, высокие токи, вырабатываемые ТЭС потребовали использования кабелей очень большого сечения.
С учетом перечисленных особенностей разработана технологическая схема, подобрано и скомпоновано оборудование. Площадка для проекта утилизации размешена в непосредственной близости от дегазационной скважины, пробуренной в купол обрушения выемочного столба. Извлечение и подача МВС осуществлялась при помощи поверхностно-передвижной дегазационной установки (ППДУ). Разработаны газопровод с запорной арматурой и влагоотделители, позволяющие отделить капельную влагу и твердые примеси, осушить газ. Подобран клапан, выравнивающий перепады давления и позволяющий уйти от традиционной технологической схемы использующей газорегуляторные пункты. На газопровод установлена автома-
тика безопасности, которая контролирует концентрацию метана и обеспечивает безопасность работы всей установки. Кроме того газопровод снабжен системой подогрева газа для предотвращения перемерзания газопровода в зимнее время года. Вырабатываемая ТЭС электроэнергия, через повышающий трансформатор и ячейку безопасности, передавалась на подстанцию, откуда распределялась на собственные технологические нужды шахты.
В настоящее время ТЭС проработала больше 4х лет и выработала более 10 миллионов кВт*час электроэнергии, что позволило сократить выбросы парниковых газов на 40 тысяч тонн СО2э.
В июле 2009 г. была запущенна в работу блочно-модульная котельная на шахте «Красногорская» г. Прокопьевск ОАО «СДС-Уголь». Проект выполнен в рамках Проекта Программы развития Организации Объединенных Наций ПРО-0Н/ГЭФ/00014640 «Российская Федерация - устранение барьеров к извлечению и утилизации шахтного метана» с целью демонстрации возможностей утилизации метана на шахтах Кузнецкого угольного бассейна. Цель проекта - демонстрация возможности утилизации метана, каптируемого дегазационными системами, для выработки тепловой энергии в модульной котельной установке и создания условий для тиражирования проекта на других шахтах Кузбасса.
Для реализации проекта на стационарной вакуум-насосной станции, расположенной на территории шахтного поля ООО «Шахта «Красногорская», установлен дополнительный водокольцевой насос производительностью 3 м3/мин для увеличения концентрации метана в метановоз-душной смеси, остсекатели и огнепреградители. В соответствии с проектными решениями изготовлены и смонтированы блочно-модульная котельная на промышленной площадке шахты (рис. 2), газопровод и система его обогрева. Объем потребления метана в блочно-модульной котельной составляет 2,5 м3/мин в пересчете на 100 %-ю концентрацию метана. При этом вырабатывается 0,7 МВт теплоэнергии в час, которую планируется использовать на технологические нужды шахты. Утилизация метана и сокращение выбросов парниковых газов позволяют получать около 15 тыс. тСО2э ежегодно.
Рис. 2. Блочно-модульная котельная на промышленной площадке ООО «Шахта «Красногорская»
Рассмотрим результаты оценки экономической эффективности проектов утилизации метана в блочно-модульной котельной и теплоэлектростанции. В структуре эксплуатационных затрат проекта утилизации метана в ТЭС и блочно-модульной котельной наибольшую долю занимают амортизационные отчисления 68,2 % и 71,6 % соответственно, что обусловленно значительной стоимостью оборудования (рис. 3).
Объем необходимых инвестиционных затрат на строительство ТЭС станции оценивается в 59 млн. руб., срок окупаемости проекта - 3,9 года, чистый дисконтированный доход (NPV) за 5 лет составит 14,6 млн. руб., а внутренняя норма рентабельности (IRR) 8,1 % (табл.). Для реализации проекта переработки угольного метана в котельной необходимы инвестиционные затраты в размере 21,8 млн. руб. которые включают затраты на оборудование, проектную документацию, строительно-монтажные работы. Срок окупаемости проекта составляет 2,2 года, чистый дисконтированный доход по проекту за 5 лет
мпсрийлы и КОЛЛПЛСК1УЮЩИС
■ оп/ишфуца
■
I ¿¡Н01И, 011ЮСИМЫО
I.1 1«>|<у И^ИС "*Г1' РП1Ы ■ амор'изацин
маюриалы и комн/юмующис
01 кип 1 рудо
палаш,ошоеимыо на юиущис
М1р01Ы
I аяоршмцил
л)
б)
Рис. 3. Структура эксплуатационных блочно-модульная котельная
затрат проекта
утилизации метана: а
- теплоэлектростанция; б -
Показатели экономической эффективности вариантов
утилизации шахтного метана
Наименование показателя Теплоэлектростанция (1 МВт) Блочно-модульная котельная (1,8 МВт)
Инвестиционные затраты, млн. руб. 59,0 21,8
Срок окупаемости, лет 3,9 2,2
Чистый дисконтированный доход (NPV) за 5 лет, млн. руб. 14,6 25,0
Внутренняя норма рентабельности (IRR), % 8,1 33,9
его реализации оценивается в 25 млн. руб., внутренняя норма рентабельности 33,9 %.
Вариант утилизации метана в блочно-модульной котельной является более эффективным по показателям окупаемости проекта, внутренней нормы рентабельности. Для достижения расчетных экономических параметров проекта необходимо наличие потребителя тепловой энергии вблизи котельной, так как передача тепловой энергии на значительные расстояния может сопровождаться тепловыми потерями. В связи с этим для удаленных дегазационных скважин наиболее целесообразным является вариант утилизации метана в ТЭС для выработки электрической энергии.
Применение энергетических установок на угледобывающих предприятиях способствует увеличению экономических показателей за счет выработки дополнительной тепло- и электроэнергии, уменьшения потребления угля на собственные нужды, сокращения выплат штрафов за выбросы метана. Тиражирование подобных проектов позволит снизить выбросы загрязняющих веществ в атмосферу тем самым улучшить экологическую ситуацию в регионе.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Федорин В.А., Тайлаков О.В., Смыслов А.И. Воркутинское газоугольное месторождение - перспективы освоения // Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности: Труды международной научн.-практич. конф., 10-13 сент., 2007. Кемерово:
ННЦ ГП - ИГД им. А. А. Скочинского, ИУУ СО РАН, КузГТУ, ЗАО КВК «Экспо-Сибирь», 2007. С. 59-62.
2. Тайлаков О.Б. Застрелов, Д.Н. Исламов, Д.В. Макеев, М.П. Внедрение систем утилизации угольного метана для производства тепловой и электрической энергии в Кузбассе // Газовая промышленность. Спецвыпуск №672, Москва: Издательство «Газойл пресс», 2012. - С. 62 - 63.
3. Тайлаков, О.Б. Застрелов, Д.Н. Переработка шахтного метана в Кузбассе // Сборник трудов XII Международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности. - Кемерово, 2010. - С. 240 - 242.
4. Smyslov A., Utkaev E. Building Capacity for JI Projects in Russian Coal Sector // Magazine on the Kyoto Mechanisms, October 2007, the Netherlands. С. 3-4.
5. Тайлаков O.B., Смыслов А.И., Уткаев E.A. Оценка фильтрационных свойств угольных пластов. // Журнал «Газовая промышленность». Спец. выпуск № 672. -2012. Изд-во «Газоил пресс» - С. 24. птттп
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Тайлаков Олег Владимирович - доктор технических наук, профессор, зав. лабораторией, [email protected],
Застрелов Денис Николаевич - кандидат технических наук, научный сотрудник, [email protected],
Уткаев Евгений Александрович - кандидат технических наук, младший научный сотрудник, [email protected],
Смыслов Алексей Игоревич - младший научный сотрудник, [email protected]
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт угля Сибирского отделения Российской академии наук.
