CC BY
49
© Б.И. Кондырсв, А.В. Белов, Д.Ш. Маннанголов, 2007
УДК 662.74
Б.И. Кондырев, А.В. Белов, Д.Ш. Маннанголов
РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЯ. ПЕРСПЕКТИВЫ ОСВОЕНИЯ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА
Семинар № 18
В настоящее время в связи со значительной выработкой основных месторождений и истощением нефти и газа, а так же ростом цен на них как на мировом, так и на внутреннем рынке начинается период снижения добычи этих видов энергоресурсов и, как следствие, возрастание твердого топлива в топливно-энергетическом балансе страны. При этом необходимо отметить мировую тенденцию в росте для нужд ТЭК доли топливно-энергетических ресурсов органического происхождения. К 2015 г. доля топливноэнергетических ресурсов органического происхождения составит 96 %, доля АЭС, ГЭС и др. возобновляемых источников не превысит 4 %.
Уголь в большинстве индустриально развитых странах мира, в том числе обладающих запасами нефти и природного газа, продолжает оставаться одним из основных и наиболее надежных энергоресурсов. Он остается единственным энергоносителем, который в течение ближайших столетий может удовлетворять мировые потребности в энергии и является дополнительным источником получения ценных химических продуктов.
Переход к рыночной экономике с особой остротой обнаружил отставание угольной отрасли как по технико-
технологическому уровню, так и в области экономического и организационного управления. Интенсивная эксплуатация недр ставит проблему развития направления комплексного их освоения и разработку ресурсосберегающих технологий, позволяющих экономить минеральные ресурсы при одновременном снижении трудовых, энергетических и экономических затрат.
Этим требованиям полностью удовлетворяет технология подземной газификации угля (ПГУ).
ПГУ исключает тяжелый труд горняков под землей и практически не имеет ограничений для создания экологически чистого предприятия.
Идея ПГУ была впервые высказана Д.И. Менделеевым в 1888 г.: «Настанет, вероятно, со временем даже такая эпоха, что уголь из земли вынимать не будут, а там в земле, его сумеют превращать в горючие газы и их по трубам будут распределять на далекие расстояния».
Советскому Союзу с 30-х годов принадлежал приоритет и ведущая роль в разработке технологии подземной газификации угля. В СССР были построены и в течение многих лет успешно работали промышленные станции ПГУ, подтверждая устойчивость процесса подземной газификации и его эффективность.
В настоящий момент исследования по ПГУ ведутся во многих странах мира. Работая в опытно-промышленном режиме станции «Подземгаз» достигли проектной мощности и низкой себестоимости газа. Себестоимость газа в 1989-1990 гг. на Ангренской станции в пересчете на уголь была в 2 раза дешевле, чем на Ангренском разрезе. Более 40 лет и в настоящее время, станция работает стабильно, снабжая газом потребителей.
Южгипрогазом СССР в 60-80 гг. были выполнены технико-экономические обоснования строительства ряда станций ПГУ в европейской части бывшего Союза. Мощность проектируемых станций измерялась от 1,4 до 5,92 млрд м газа в год, теплота сгорания от 3,56 до 5,44 МДж/м3 производительность труда по выработке газа т у. т. на рабочего в месяц от 33,9 до 74,9, капитальные вложения от 78,34 до 142,0 млн руб. Следует отметить, что это был период бурного развития нефтегазовой промышленности Союза и наличия дешевых энергоносителей, где затраты на 1 т у. т. были значительно ниже чем на запроектированных станциях ПГУ. Это явилось основной причиной, что все основные проекты из запроектированных предприятий ПГУ реализованы не были.
Таким образом в период 19501980 гг. в бывшем Союзе были запроектированы, построены и освоены промышленностью станции «Подземгаз» первого поколения, где подтверждены правильность принятых технических решений. При значительно меньшей мощности, технико-экономические показатели станции были на уровне средних шахт Кузбасса мощностью 800 - 1000 т у.т.
В настоящий момент ситуация изменилась, стоимость высококачественного газа ПГУ с высокой тепло-
той сгорания значительно снизилась но сравнению с предыдущими годами, с каждым годом за счет новых технологий теплота сгорания газа ПГУ возрастает, при этом стало возможным обходиться без дорогостоящего кислородного дутья, оказывавшего большое влияние на себестоимость конечной продукции.
За рубежом опытные работы по подземной газификации угля после второй мировой войны были осуществлены в ряде стран: США, Бельгии, Англии, Франции, КНР, КНДР, Австралии. Особенно возрос объем исследований после энергетического кризиса 1974 года, когда в скаженной технологии специалисты увидели реальную возможность получения продуктов заменителей нефти и газа. В этот же период у СССР США была приобретена лицензия на способ ПГУ более чем за 2 млн долл. США.
Разработанная за рубежом технология позволяет решать следующие задачи: производить энергетический и синтез-газы; конкурировать с при-родным газом при использовании в производстве синтез-газов; получать жидкое топливо (метанол, диметиловый эфир).
Большие работы по ПГУ проводятся в КНР. В стране работает 6 станций «Подземгаз». В настоящее время вводится в действие еще 4 крупные станции. В целом в КНР наметилась тенденция ввода в эксплуатацию 1-2 станций подземной газификации каждый год. Отличительной особенностью технологии ПГУ в КНР является то, что при строительстве станций применяется комбинированный способ подготовки подземного газогенератора - шахтная подготовка и бурение технологических скважин. В КНР получен газ ПГУ на паровоздушном дутье с теплотой сгорания 12,0-14,0 МДж/м3 (2900-3300
ккал/м3). Правительство КНР вклады-
вает значительные финансовые ресурсы в исследование технологии ПГУ и развитие лабораторной базы.
Начиная с 80-х годов выполнены проекты и проведено большое число опытов по технологии ПГУ нового технико-экономического уровня с получением технологического газа с последующей выработкой заменителя природного газа и жидкого топлива, а так же других химических продуктов. Очистка газа с извлечением попутных компонентов с дальнейшей реализацией их как товарных продуктов повышает рентабельность станций; при получении электроэнергии и аммиака стоимость полученной продукции больше чем основная; появляется возможность получения химических продуктов (сера), которая ввозится в настоящее время из стран СНГ.
Постановлением бывшего Г осу-дарственного комитета по науке и технике (ГКНТ) СССР №559 от 3.10.83 г. «О развитии работ в области подземной газификации угля» признана актуальность и перспективность метода ПГУ и отмечено, что развитие научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области ПГУ является важной научной и народнохозяйственной проблемой.
ГКНТ СССР в 1989 г. объявил конкурс на разработку концепции создания экологически чистого предприятия по производству новых видов энергоносителей на базе подземной газификации угля. Концепция сотрудников Дальневосточного технического университета стала лидером конкурса и по его условиям станция нового технического уровня должна была построена в области, от куда пришла концепция. Это право завоевал Приморский край, но экономико-политическая ситуация в стране стала препятствием для ведения дальнейших работ.
В этот период решены следующие вопросы технологии ПГУ:
- разработан и опробован способ КРИМ(США), позволяющий получить газ заданного состава.
- Разработаны схемы подземных газогенераторов в 2-3 раза снижающие объем бурения скважин.
- Разработаны буровые станки
для проведения вертикально-
горизонтальных скважин.
В 1990-2005 гг. продолжается процесс совершенствования технологии ПГУ:
- Для получения электроэнергии газ используется на газотурбинных и дизельных установках.
- На паровоздушном дутье получен газ с теплотой сгорания 12,014,0 Мдж/м3.
- На поверхности комплекса из газа получены метанол, диметиловый эфир, аммиак с меньшими затратами, чем на основном химическом производстве.
- Газ ПГУ применяется для бытовых целей.
- Осуществлена управляемость, автоматизация и компьютеризация производственного процесса.
Современные станции ПГУ это уже не те предприятия, которые работали в 60-е, 80-е годы. Это современные энергетические комплексы с надежным, эффективным оборудованием. Многочисленные исследования и опыт промышленного использования подтверждают, что станции «Подземгаз» значительно меньше оказывают влияния на окружающую среду в сравнении с традиционными технологиями разработки угольных месторождений; объем вредных выбросов в атмосферу от сжигания газа ПГУ на порядок отличается от сжигания угля потребителями, газ ПГУ применяется в быту, заменяя природный газ, имея меньшую стоимость. Газ используется
и как конечный продукт, и как энергоресурс для получения электроэнергии как на самой станции ПГУ на газотурбинной установке, так и на расположенных вблизи электростанциях.
Весь процесс на предприятиях полностью автоматизирован и осуществляется с общего компьютеризированного пульта управления. Это позволяет в режиме реального времени контролировать состав газа, состав дутья, объемы получаемой продукции, управлять огненным забоем. Также необходимо добавить о минимальных площадях земной поверхности, используемых для строительства предприятий, так как весь процесс происходит под землей. При этом отсутствуют терриконики и золоотвалы, поверхность шахтного поля может использоваться для сельхознужд.
В результате комплексной оценки горно-геологических условий в ДВФО нами выявлено 22 первоочередных угольных месторождения и имеется возможность производства газа в регионе в объеме около 60 млрд. м в год (на шельфе о. Сахалина в 2004 г. добыто 2 млрд. м газа). Реализация этого направления позволяет ликвидировать дефицит топлива в регионе с возможностью экспорта химических продуктов и энергоносителей без угрозы для экономической безопасности государства.
Специалистами ДВГТУ за период 1985-2005 гг. рассмотрены вопросы технико-экономического обоснования строительства станций «Подземгаза» в Дальневосточном регионе. Выполнены ТЭО Вахрушевской (Сахалинская
обл.), Хабаровской (Хабаровский край), Артемовской (Чернешевской и Банивуровской (Приморский край) станций «Подземгаз».
Газ ПГУ намечалось использовать на ГРЭС и котельных установках для выработки электроэнергии и тепла. На Банивуровской станции предусматривалась паротурбинная установка с выработкой электроэнергии. На станции Чернышевской запланирована газотурбинная установка с выработкой электроэнергии, метанола и аммиака. Расчетная теплота сгорания при применении парокислородного дутья составляет от 1260 до 2000 ккал/м3 (5,27 - 8,38 МДж/м3). Мощность предприятия изменялась от 2,5 до 0,25 млрд м3 газа в год.
Проведенные исследования и сравнения позволяют говорить о полной конкурентоспособности предприятий ПГУ и действующих разрезов и шахт.
По оценкам экспертов в период 2010-2015 гг. газовая промышленность выходит из зоны эффективного извлечения запасов и уголь станет основным источником первичных энергоресурсов для внутреннего энергоснабжения страны.
В новых экономических условиях, реализуя программу по глубокой переработке угля субъекты ДВ региона и Сахалинская область в частности, может являться не источником сырья для развитых стран, а партнером строящим на основе новейших технологий современные экологически чистые высокорентабельные предприятия по глубокой переработке минерально-сырьевых ресурсов.
— Коротко об авторах-----------------------------------------------------
Кондырев Б.И., Белов А.В., Маннанголов Д.Ш. - Дальневосточный государственный технический университет.
