CC BY
19
Запуск программы
Ввод параметров рентгеновской трубки
Ввод фильтров
Вывод спектра на экран
Выход из программы
Рисунок 1. Алгоритм работы программы
Ввод геометрических параметров
Расчет спектра излучения трубки
После ввода данных пользователем, программа начинает их обработку и расчет спектров. Сначала входные данные проверяются на наличие ошибок (к примеру, длина пробега электронов в мишени не может быть больше ее толщины). Затем программа моделирует спектр рентгеновской трубки по вышеописанным формулам и выводит на экран график. Программа позволяет изменять масштаб графика, его границы с помощью вращения колеса мыши по горизонтальной и вертикальной осям, более подробно рассматривать отдельные участки полученных зависимостей.
Упрощенный алгоритм разработанной программы представлен на рис. 1. Вывод полученных результатов осуществляется непосредственно в рабочем окне программы, представленном на рис. 2.
1.37377«. и
1.27199«-10
6.27443«* 10 1.074««-10 5.92681 fr-10
Рисунок 2. Рабочее окно программы и рассчитанный спектр излучения рентгеновской трубки.
Также в программе реализованы возможности вывода спектра на печать и сохранения спектров излучения в основных графических форматах (bmp, jpeg, png). При построении двух зависимостей при различных условиях появляется возможность производить над ними различные операции: сложения, вычитания, умножения, деления и интегрирования.
Разработанная программа позволяет определить оптимальные физико-технические условия работы рентгеновского аппарата и, тем самым, повысить эффективность проводимых исследований.
Список использованной литературы
1. Грязнов А.Ю., Потрахов Е.Н., Потрахов Н.Н. Цифровая микрофокусная рентгенография в клинической практике // Петербургский журнал электроники. 2008. № 23. С. 163-166.
2. Грязнов А.Ю., Потрохов Н.Н. Метод расчета поглощенной дозы // Медицинская техника. 2006. № 4. С. 23-27.
3. Грязнов А.Ю., Жамова К.К., Бессонов В.Б. Метод формирования псевдообъемных изображений в микрофокусной рентгенографии // Биотехносфера. 2013. № 4 (28). С. 51-55.
4. Е.М. Лукьянченко, А.Ю. Грязнов. Моделирование спектра первичного рентгеновского излучения в энергодисперсионном рентгеноспектральном анализе. // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 1/2003. С. 10-14.
СЛАНЦЕВЫЙ ГАЗ И УГОЛЬ.
Игумнов Валерий Сергеевич
канд. т. наук, научный сотрудник Объединённого института высоких температур РАН
SHALE GAS AND COAL.
Igumnov Valery, Candidate of Science, research worker of Joint Institute for High Temperatures of Russian Academy of Sciences (JIHT),
АННОТАЦИЯ
В статье рассмотрены недостатки производства сланцевого газа. Выделена сложность доведения сланцевого до реального использования в энергетике и безопасной доставки к потребителю. Главным недостатком считается полное разрушение геоструктуры как в толще, так и на поверхности земли. Как альтернатива предлагается полная переработка и утилизация бурого угля. Технологическая схема переработки основывается на использовании ядерной энергетической установки с газовом теплоносителем.
ABSTRACT
The article discusses the shortcomings of shale gas production. Highlighted the difficulty of bringing shale before actual use in the energy and safe delivery to the consumer. The main drawback is the complete destruction of geostructure as in the bulk and on the surface of the earth. As an alternative to a full utilization of brown coal. Technological scheme ofprocessing is based on the use of nuclear power plants with gas coolant.
Ключевые слова: сланцевый газ, уголь, углеродная пыль, рекуперативный теплообмен, ядерный реактор с газовым охлаждением.
Keywords: shale gas and coal, carbon dust, recuperative heat exchange, nuclear gas-cooled reactor
Введение: На сегодняшний день пропагандируется, лоббируется и под воздействием сложившейся протекционистской системы предлагается добывать для энергетического использования сланцевый газ в качестве замены природного газа при его энергетическом использовании. Однако за редким исключением, когда сланцевый газ находится в прочных пустотных слоях заполненных сланцевым газом аналогично природному газу. Даже в этом удобном случае для добычи (в отличие от природного газа) подготовка сланцевого газа к условиям транспортировки к потребителю имеет много проблем. 1. Содержание метана в (СГ) не превышает 70%. 2. В разрабатываемом слое более 30% углесодержащей органики (кероген). 3. До 15% весовых серы связанной с летучей и жидкой органикой добываемого СГ. От названных негативных особенностей необходимо избавится до любого использования СГ. Затраты дороги, поэтому рентабельное использование СГ весьма сомнительно. Существует более опасная проблема при реализации добычи СГ. Это гидровзрывы внутри слоёв залегания СГ. Такие мероприятия приводят к полному разрушению геологической структуры толщи месторождения СГ. Причем объём разрушений геологической структуры превышает объём собственно месторождения в более чем 5 раз. После полной выработки СГ захваченная территория выпадает из хозяйственного использования на многие десятки лет. Это несравнимо с нарушением землепользования при добыче ископаемого угля. После консервации угольных шахт затраты на рекультивацию во много раз меньше. Из рассмотренного выше предлагается использовать технологию полной переработки и утилизации угля для энергетических и промышленных целей.
Схема и технология полной утилизация угля из месторождения.
На схеме, представленной, на рис. 1 показан в общем виде проект использования энергетического обеспечения полной утилизации бурых углей с использованием ядерной энергетической установки с газовым теплоносителем (ЯЭУГТ). Известно, что ядерные энергетические установки с газовым теплоносителем наиболее безопасны в сравнении с ядерными установоками использующие другие известные теплоносители [1]. Газ, нагретый в ЯЭУГТ(1) до температуры 1050К вдувается через форсунки в камеру рекуператора (2), где обогревает трубу (3) по которой под собственным весом двигается вниз гранулированный уголь. Снизу трубы в слой угля подаётся смесь водяного пара и воздуха нагретого до 500К. Эта смесь для расхода водяного пара ^20 (м3/с) определяется эмпирической формулой:
a^TFG т ( ч
VH2O = -ехр ^ 1 -£ ) где а - коэф-
Q Р т
фициент теплоотдачи, ЛТ - градиент температуры от обо-
греваемой внутренней стенки к оси трубы, F - площадь поверхности внутренней стенки, G - массовый расход угля, т - время нахождения
отдельной гранулы угля в одной трубе, Q - суммарный тепловой эффект взаимодействия воды и кислорода воздуха с углеродом угля, р - плотность угля, т -масса отдельной гранулы угля, е - микро порозность массива угля (не более 0,05).
Объёмный расход воздуха Vвoзд определяется из условия ^20 / Увозд = К < 3. В свою очередь К является функцией содержания воды в угле - минеральной и молекулярной и и соответственно их соотношению между ними. Эта газовая смесь подымается по трубе, где полчая тепло от теплоносителя ЯЭУГТ через стенку трубы. Эта смесь газов, проходя через слой гранул угля. Эквивалентный диаметр угольных гранул 10 < DЭкВ < 20 мм. На рис.2 показан выделенный нано участок угольного монолита. Размер выделенного участка составляет 50 * 80 нм. На этом участке изображены углеродный массив и минеральный массив. Они разделены условной линией. В направлении градиента давления двигаются молекулы воды и кислорода воздуха, молекулы азота воздуха условно исключены, т.к. считаются инертными.
Углерод и минералы (по отдельности) связаны между собой межатомными связями, все остальные компоненты угля в т.ч. сера, органическая сера, спектр керо-генов удерживаются только межмолекулярными связями, которые значительно слабее межатомных связей. Однако в контакте углерод-минерал межатомные связи углерода ослаблены и поэтому по границе углерод минерал проникают молекулы кислорода и воды, которые реагируют с углеродом образуя окись углерода и водорода. В зависимости от режима продувания слоя сила контакта между углеродом уменьшается, и расстояние в системе минерал-углерод увеличивается. В таких условиях вода и кислород легко связывают серу и органическую серу, и соответственно уносится общим потоком газ к выходу из обогреваемой трубы. Тоже самое происходит и с керогенами. В этих условиях высокомолекулярные соединения подвергаются деструкции и взаимодействуют с водой и кислородом, образуя окись углерода и водород. Выйдя из трубы смесь газов (условно обозначаемая - коксовый газ) проходит в систему аппаратов для отделения твердых унесённых загрязнений - 8 на рис. 1. Далее очищенный газ проходит в систему аппаратов по специальной методике перерабатывающий полученную смесь газов в полезную продукцию. На рис.1 в низу трубы шнеком выводятся разрыхленные гранулы угля и направляются на дробление в систему механизмов 5. Далее в механизмах 6 ультра диспергированные угольные частицы размалываются в микро пыль. В 7 группа разделителей отделяет активированную углеродную пыль от минеральной составляющей.
Рис. 1 Общая схема утилизации бурого угля с целью получения активированной углеродной пыли для энергетического сжигания. 1 - ядерная энергетическая установка с газовым теплоносителем, 2 - камера рекуперативного теплообменника, 3 - труба обогреваемая газовым теплоносителем, 4 - система подготовки гранул угля, 5 - подготовка для диспергирования гранул угля с удаленными газо-жидкостными составляющими, 6 - микро дробления угольных гранул, 7 - отделение минеральной составляющей от активированного углерода. 8 - очистка газа прошедшего трубу от твердожидкостной массы, 9 - специальное химическое разделение газа.
Условная граница между углеродным и минеральном монолитами
^^ НАПРАВЛЕНИЕ ГРАДИЕНТА ДАВЛЕНИЯ СМЕСИ ГАЗОВТЕКУЩИХ ЧЕРЕЗ СЛОЙ ГРАНУЛ УГЛЯ
Рис2 Условное эскизное изображение выделенной^1ано области внутри гранулы угля. Элементы составляющие монолит угля: ^^ атом углерода, ЩИ -элемент минеральной части, - органическая сера, - молекула воды,
- кислород/ уЕЯ - молекула образовавшегося газа СО, Н2 и т.д.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .
В выше изложенном тексте показан один из методов полной утилизации бурого угля с использованием ядерной энергетической установки с газовом теплоносителем. Ясно, что рассмотренная кратко технологическая схема требует значительных трудовых затрат, но все методы использованные в представленной технологической цепочки - известны. Процессы, аппараты и механизмы известны и используются в настоящее время. Экологическая безопасность выше представленной схеме адекватна полезному использованию окружающего ландшафта. Метод
(причём любой) добычи сланцевого газа не адекватен целям его извлечения из геологической структуры. Из уже известной и осуществлённой практики извлечения сланцевого газа из выбранной структуры приводит к непоправимым последствиям. И это только начальная стадия. Дальнейшая подготовка сланцевого газа для реального использования весьма сложный технологический процесс и возможно не осуществимый.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Нигматулин И.Н., Нигматулин Б.И. Ядерные энергетические установки, - М.: Энергоатомиздат, 1986
ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОГО МЕТОДА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ УГЛЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДНО-УГОЛЬНОЙ СУСПЕНЗИИ
Дубровский Виталий Алексеевич
Доктор технических наук, профессор кафедры «Тепловые электрические станции», г. Красноярск
Исаков Юрий Владимирович
Аспирант ФГАОУ ВПО «Сибирского федерального университета» Инженер-конструктор ОАО «ЦКБ «Геофизика»
Потапов Игорь Иванович Ведущий инженер ОАО «ЦКБ «Геофизика»
объектами. Позитивным решением для угольной энергетики должен стать переход от прямого сжигания угля в различных топочных устройствах на приготовление водно-угольной суспензии (ВУС) из углей различного качества. [1]
ВУС должна обладать характеристиками, представленными в таблице 1, для обеспечения стабильности горения, по данным компаний ЗАО «Компомаш-ТЭК», ЗАО «НПП «Сибэкотехника».
Таблица 1
Характеристики ВУС
В Энергетической стратегии России до 2030 г., утвержденной правительством страны в 2009 г., декларируется необходимость увеличения добычи угля к 2030 г. по сравнению с 2008 г. на 31-44% (326 и 427-470 млн. тонн в год). В Энергетической стратегии декларируется необходимость развития экологически чистых технологий сжигания угля как условие реализации прогнозов его потребления электростанциями и другими промышленными
Параметр Ед. изм. ВУС
Содержание угля % >65
Содержание воды % <35
Частицы менее 100 мкм % <25
Частицы до 10 мкм % >75
Современное оборудование приготовления ВУС: кавитатор Мозгового, вибрационные мельницы, дисперга-торы предусматривают механический способ измельчения угольного сырья и отличаются повышенными энергетическими затратами, механическим износом рабочих элементов оборудования.
Л.А. Юткин открыл новые закономерности в области электрогидравлических эффектов (ЭГЭ), обеспечивающих высокий К.П.Д. процесса в технологиях измельчения минеральных веществ. Применение электрогидравлического оборудования позволило повысить производительность оборудования и эффективность технологических процессов при измельчении горных пород. [2]
В электрогидравлических установках при формировании ЭГЭ, способных совершать механическую работу, происходит измельчение угля и его перемешивание с водой. В настоящее время отсутствуют системные комплексные исследования по применению ЭГЭ в технологиях измельчения углей при приготовлении ВУС, что ограничивает использование электрогидравлического оборудования в технологии получения ВУС.
Проведены экспериментальные работы по измельчению углей в жидкой среде с использованием электрогидравлического способа для исследования эффективности данного метода при получении ВУС. [3]
Исследования проводились на сконструированном макетном образце электрогидравлической дробилки (ЭГД) измельчения угля. Технические характеристики макета ЭГД измельчения угля показаны в таблице 2.
