CC BY
48
ПОДЗЕМНАЯ РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
. Закорешменный,
;УВ.Б. Антонов, 2000
УДК 662.747:622.272
И.М. Закоршменный, В.Б. Антонов
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА | ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ
з
начительные запасы угля сосредоточены в пределах закрываемых шахт, в пластах неэффективных для разработки по техническим и экономическим соображениям, в то же время в этих районах имеется потребность в энергоносителях и развита инфраструктура. Это обуславливает необходимость рассмотреть возможные способы их вовлечения в сферу производства.
В этой связи наибольший практический интерес представляют методы термохимической переработки. Обзор известных методов термохимической переработки угля показал, что только подземная газификация и подземное сжигание угля потенциально могут превратиться в промышленные технологии безлюдной добычи (переработки) угля [1]. Ряд негативных особенностей отработанной технологии ПГУ обусловили замедленный темп реализации, а затем и прекращения внедрения технологии [2]. Не может она быть использована и для указанных выше запасов. Перспективы развития способа ПГУ связывают с увеличением проектной мощности (не менее 300 МВт), отработкой ненарушенных пластов средней мощности и мощных, применением кислородного или парокислородного дутья и использованием продуктов газификации не только как энергетического, но и как химического сырья [3].
В основе ПСУ лежит идея полного подземного сжигания угля в пласте при всасывающем или нагнетательно-
всасываю-щем способе подачи дутья в огневой забой и использования тепла продуктов сгорания в целях получения тепловой и электрической энергии, предложенная в 80- годах академиком РАН В.В. Ржевским [4]. Основной задачей, таким образом, является преимущественное использование физического тепла продуктов сгорания угля. Проведенные эксперименты показали возможность реализации технологии подземного сжигания угля, вскрыли имеющиеся трудности и поставили в качестве первоочередных задач оптимизацию параметров подготовки газогенераторов, повышение КПД использования энергии сжигаемого угля и получение электрической энергии, как наиболее удобной для использования, транспортирования и преобразования. Вместе с тем, проведенные эксперименты и теоретические исследования показали, что условия горения угля в канале горения далеки от идеальных, а в газах присутствуют горючие компоненты. При стабильных режимах количество последних незначительно (суммарно 2-4 %) и не превышает ПДК в пределах санитарных зон [5]. Однако, в условиях регулирования расхода дутья, изменения сечения огневого забоя вследствие обрушения кровли, повышения трещиноватости пласта, учитывая определенную инерционность системы, могут иметь место более значительные изменения состава продуктов подземного сжигания угля (ППСУ). Это приведет к переходу энергии, заключенной в пласте, в химическую энергию газа и не только снизит эффективность технологии ПСУ, но и приведет к колеба-
ниям выходных параметров системы. Кроме того, применение существующих вентиляторов и дымососов с низкими депрессиями (порядка 5000 Па) обуславливает необходимость иметь продуктивные выработки большого сечения. В противном случае вследствие больших аэродинамических сопротивлений производительность оборудования используется на 10-25 %, что нашло подтверждение при проведении экспериментальных работ.
Поэтому важнейшей задачей повышения управляемости технологии и стабилизации выходных параметров наряду с оптимизацией подземной части участка ПСУ является разработка поверхностного комплекса, обеспечивающего:
1. Большее разрежение на устье продуктивных скважин по сравнению с серийно выпускаемым оборудованием. При этом необходимо соответствие количества воздуха, подаваемого в огневой забой, с производительностью тягодутьевого оборудования.
2. Решение вопросов утилизации горючих компонентов газа, как с точки зрения эффективности, так и экологической безопасности.
3. Возможность сгладить волнообразный процесс выходной мощности, что обеспечит снижение потерь запасов угля и тепловой энергии и решает вопросы получения не только тепловой энергии, но и пара, и электроэнергии.
4. Полустационарную конструкцию поверхностного комплекса, что связано с ограниченными запасами блока сжигания, целесообразностью преобразования энергии ППСУ в энергию, отвечающую требованиям потребителя.
Рис. Схема турбо-газо-эжекторной установки
С этой целью была разработана технологическая схема получения электрической энергии на основе предложенного МГГУ нагнетательно-всасываю-щего способа подземного сжигания [6]. В результате ее реализации потери воздуха и продуктов сжигания угля будут сведены к минимуму. При этом в расчете максимального сопротивления вентиляционной сети можно исключить воздухоподающие скважины и частично канал горения.
Отличие данной схемы состоит в использовании эжекционной установки, совмещающей в себе функции тягодутьевого оборудования и устройства дожигания горючих компонентов за счет использования отработавших
летный ресурс газотурбинных двигателей, (рис. 1).
В качестве продуктивной принята скважина d=300 мм. Из огневого забоя продукты горения поступают в продуктивную скважину. Воздух в огневой забой поступает так же через скважину. В расчете она не рассматривается, так как ее аэродинамическое сопротивление можно компенсировать воздухонагнетателем.
Далее шахтный газ поступает в эжекционную установку, в качестве которой может быть использован отработавший летный ресурс авиационный двигатель, например, ГТД-350 [7]. Расход газа при его работе составляет Gгaз=1,2 кг/с при температуре T=1300К. В результате дожигания горючих компонентов и смешения
шахтного газа и активного газа образуется высокотемпературная смесь T=1334К тепловой мощностью Ы= 7,7МВт. В качестве расчетных данных принимались значения полученные на экспериментальных участках : температура продуктивного газа —350о С, содержание горючих компонентов - до 4 %, коэффициент эжек-ции п =4,1. Нагнетательно-всасывающий способ подачи дутья
позволяет регулировать интенсивность процессов в канале горения.
У ГТД-350 демонтируется силовая турбина и свободная энергия используется для создания активной эжекторной струи. Тепло, выдаваемое ТГЭУ, утилизируется в паровой турбине типа Р-2,5-35/3 мощностью Ы=2,5МВт.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Крейнин Е.В. Проблемы подземной термохимической переработки угольных пластов: энергетические, экологические и социальные аспекты// Экологические проблемы горного производства: Тезисы докл. на Научно-техн. конф.- М, 1993.- С.149-154.
2. Подземная газификация угля в СССР: Обзор/Антонова Р.И., Бежанишвили А.Е., Блиндерман М.С. и др. - М.: ЦНИЭИуголь, 1990. - 98с.
3. Подземная газификация углей в Кузбассе: настоящее и будущее/ С.Н. Лазаренко, Е.В.Крейнин. - Новосибирск: ВО «Наука», Сибирская изд. Фирма, 1994. - 118с.
4. Ржевский В.В., Селиванов Г.И. Комплексное извлечение угля, газа и тепловой энергии на шахтах./ Получение различных видов
энергии при подземном сжигании угля по технологии «Углегаз». Сб.научн.тр./ М., МГИ, 1988.
5. Закоршменный ИМ., Янченко Г.А. О повышении экологической чистоты продуктов подземного сжигания угля // Экологические проблемы горного производства: Труды научной конф. - М.: МГГУ, 1995. - С.199-202.
6. Патент РФ 1760787, МКИ3 Е21 В43/295. Способ подземной газификации твердых полезных ископаемых и устройство для его осуществления / И.М.Закоршменный, Г.И. Селиванов, Г.А. Янченко и др. - / Заявлено 08.06.1990г.
7. Техническое описание ГТД-350. - М.: Маширостроение.-1978.
Закорешменный Иосиф Михайлович доцент, кандидат технических наук, Московский юсударсшсннмй юрный университет.
Антонов, Виталий Борисович аспиран1, Московский тсударстенный юрный университет.
' ^
- 3
