автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Разработка технологии получения тепловой энергии из отработанных подземных газогенераторов

Министерство науки, высшей школы и технической политики Российской Федерации

Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт

На правах рукописи

МАКРИДИН Владимир Михайлович

УДК 622 г- -8

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРП1' ИЗ ОТРАБОТАННЫХ ПОДЗЕМНЫХ ГЛЗО °АТ0Р0В

Специальность 05.15.02 — «Подземна>. месторождений полезных нскопае

отка

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена в ассоциации «Киселевскуголь» Министерства топлива и'энергетики Российской Федерации.

Научный руководитель акад. РАЕН, докг. техн. наук, шроф. БУРЧАКОВ А. С.

Ведущая организация—ордена «Знак Почета» научно-исследовательский и «роектно-.конструкторский угольный институт (КузНИУИ).

в . . . час. на заседании специализированного совета 'K-Q53.12.02 в Московском ордена Трудового Красного Знамени горном институте по адресу: 117935, Москва, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « » СЛ^/г? А¿^ЭЯ 1992 г. Ученый секретарь специализированного совета

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, лроф. АЙРУНИ А. Т., (канд. техн. наук ЗВЯГИНЦЕВ К. Н.

Защита диссертация состоится

жанд. техн. наук, с. н. с. КОРОЛЕВА В. Н.

у. к-.....■ . •

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Растущие потребности народного хозяйства в топливе нецелесообразно покрывать за счет наращивания добычи угля существующей технологией .подземной разработки, месторождений, особенно с переходом на большие глубины, в сложных горно-геологических условиях, а также ©ри отработке высокозольных, низкокалорийных, некондиционных запасов угля и т. л. с обязательным транспортированием, складированием и сжиганием угля на поверхности у потребителя, особенно в условиях резкого увеличения расходов на охрану окружающей среды.

С другой стороны, традиционная технология добычи угля в конечном '»тоге обеспечивает полезную передачу в народное хозяйство не более 15% заключенной в угле энергии, не позволяет рационально использовать энергоресурсы, ухудшает социальные условия труда.

Широко известно направление нетрадиционной отработки угольных месторождений — подземная газификация углей (ПГУ), которое предусматривает получение горючего газа, используемого для преобразования его в другие виды энергии у »потребителя. При невозможности* обеспечить герметичность газогенераторов «и стабилыное количество горючего газа целесообразно .производить доработку оставленных запасов угля, являющихся к тому же в газогенераторах аккумуляторами тепла, с использованием .разработанной в Московском горнам институте технологи» подземного сжигания угля -(ПСУ) для ¡получения на поверхности тепловой энергии в виде горячей воды. Объектом -применения разрабатываемой технологии являются отработанные методом ЛГУ газогенераторы, в пределах которых имеются эксплуатационные потери в оставленные запасы. угля в'М'ежгенерагорных целиках. Поэтому разработка технологии ПСУ для доработки запасов в газогенераторах действующих станций «Подземгаз» является актуальной научной .задачей.

Целью работы является установление зависимостей температуры, состава и расхода газа-теплоносителя от времени сжигания оставленных в отработанных газогенераторах за.па-

сов угля для разработки взаимоувязанных параметров технологии эффективного (получения тепловой энергии.

Идея работы заключается в использовании всасывающего или нагнетательно-воасывающего способа поступления воздуха и отвода продуктов горения для ¡получения тепловой энер- , гии из отработанных методом ПГУ подземных газогенераторов.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна-:

оставленные в подземных газогенераторах запасы угля и аккумулированной «о вмещающих породах тепловой энергии могут быть эффективно извлечены с применением -всасывающего и н"агнегательно;Бсасывающего способа поступления воздуха в очаг горения ¡по скважинам;

требуемая тепловая ¡мощность достигается оптимальными параметрами .канала горения и количеством подаваемого воздуха, при этом до 50% тепловой мощности выделяется на последних 10—25% длины ¡канала;-

последовательное ведение процессов газификации и сжигания обеспечивает извлечение до 40% тепловой энергии аккумулированной во вмещающих ¡породах отработанных газогенераторов.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждаются:

удовлетворительной сходимостью результатов аналитических и лабораторных исследований с фактическими парамет-: рами .процессов (относительное отклонение полученных результатов ме ¡превышает 10—Щ%);

- "стабильными ¡показателями работы в течение длительного ¡периода' времени участка технологии ПСУ на отработанном 15-1М .газогенераторе станции «Подземгаз» в Кузбассе и получением тепловой энергии в виде горячей воды с параметра-ми, отвечающими требованиям теплофикации.

Научное значение работы заключается в установлении зависимостей изменения температуры, состава и дебита газа1 теплоносителя от времени для 'выбора (параметров технологи» сжигания оставшихся в теплогазогенераторах запасов угля.

Практическое значение работы заключается в разработке и выборе (параметров технологических схем и параметров доработки оставленных после ПГУ запасов угля с получением ¡в виде конечного продукта горячей воды для бытовых нужд для условий Южно-Абинской станции «Подземгаз».

Реализация выводов и рекомендаций. Результаты работы попользованы в «Рекомендациях .по разработке комбинированной технологийлодземного сжигашия угля в условиях Южно-Абинской станции «¡Подземгаз» (1989 г.) и в «Типовых решениях для составления проекта подземного сжигания оставленных в недрах запасов угля с получением тепловой энергии

для бытовых и производственных нужд» (1991 г.), которые внедрены яри* дожигании угля в отработанных газогенераторах.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались в составе научно-технических отчетов на секции ученого совета ИГД и<м. А. А. Окочинского (Люберцы, 1989—1991 гг.), НТС б. Минуглешрома (Москва, 1990—1991 гг.), НТС ПО «Киселевскуголь» (Киселевск,- 1989—Ь991 гг.), семинаре ИУ СО РАН (Кемерово, 1992 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 статей.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, изложена на Мб страницах машинописного текста и содержит 45 рисунков, 14 таблиц, список использованной литературы из 72 наименований.

Автор выражает глубокую признательность ¡проф. А. В. Лебедеву, Г. И. Селиванову за методическую помощь, канд. говутехн. наук И. М. Затсоршменновду, Г. А. Янченко, инж. А. И. Ворогову, сотрудникам НИЛ «Подземное сжигание угля» МГИ н ст. «Подземгаз» за- ¡помощь в 'Проведении' экспериментов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В нашей стране имеется 60-летний положительный опыт применения ПГУ в различных угольных регионах. Эксперименты, 'преимущественно-¡повторяющие отечественный опыт, проводились в США, Франции, Бельгии, Германии, Великобритании и. ряде другжх стран. Значительный вклад в разработку способа внесли советские ученые 3. Ф. Чуланов, П. В. Скафа, Е. Б. .Крейнин, В. Ж. Арене, А. Т. Айруни, К. Н. Звягинцев, В. Н. Казак, A.A. Мясников и др. Однако технология ПГУ в силу присущих ей особенностей, таких, как дорогостоящие поверхностный ¡комплекс, бурение на нетронутых участках месторождений через сравнительно небольшое расстояние (15—25 im) ряда вертикальных и наклонных сква-жи.н, низкая калорийность газа (до 1000 шал/м3) и невысокая управляемость процессом ставят новые задачи ло ее совершенствованию. В дальнейшем реализация только ¡нагнетательной схемы подачи воздуха даже с переходом на парокис-лородное дутье и бурение вертикально-наклонных скважин так же, как и ранее часть заласов останется негазифицирован-ными и будет безвозвратно ¡потеряна. Нерешенным остается вопрос утилизации тепловой энергии, аккумулированной в подземных газогенераторах.

В Московском горном институте разрабатывается новая нетрадиционная технология подземного сжигания оставленных в недрах запасов угля (ПСУ).

Основной отличительной особенностью этого способа является использование всасывающего или нагнетательно-вса-сывающего способов поступления воздуха в очаг горения. ПСУ— технология, предусматривающая доработку оставленных в недрах после традиционной технологии запасов угля и получение на поверхности различных видов энергоносителей: газа, .горячей воды, пара, а на. их основе и электроэнергии, химического сырья лр» всасывающей или нагнетателыга-вса-сывающей схемах поступления воздуха в очаг горения. Последние исключают утенку подаваемого воздуха в горные выработки, вмещающие шороды и на поверхность за счет развиваемой депрессии вытяжных вентиляторов или дымососов, которые обеспечивают направленность -и темп движения газоот-водящия потоков в подземный теплогазогенератор (ПТГГ).

Наибольший вклад в становление и разработку нового направления нетрадиционной отработки угля ©несли ученые В. В. Ржевский, А. С. Бурчаков, Ю. Ф. Васючков, Е. И. Глуз-берг, И. М. За«оршменнын, А. Б. Ковальчук, Г. И. Селиванов, К. 3. Ушаков, Г. А. Янчевко, С. А. Ярунин и др.

В 1985—1991 гг. были проведены 'первые промышленные испытания технологии. Сжиганию подверглись оставленные после подземной разработки запасы в целиках мощного пласта бурого 'угля в районе недействующего околоствольного двора б. шахты «Киреевская» ПО «Тулауголь» в Подмосковном 'бассейне и краевая 'часть отработанного блока тонкого дласта каменного угля между наклонными выработками на ш. Острый № 1 ПО «Селидовуголь» в Донецком бассейне. В результате была подтверждена 'принципиальная возможность вовлечения "оставленных по экономическим и технологическим причинам запасов в сферу производства для нужд теплофикации. Объем выгоревшего угля -в Донецком бассейне составил 4,2 тыс. т при средней скорости выгорания 8—>10 т/оут, в Подмосковном —6,5 тыс. т при средней скорости выгорания 5—7 т/сут. Тепловая энергия «продуктов горения использовалась для иагрева воды в системах теплоснабжения.

В МГИ Г. И. Селивановым высказана идея комбинированной технологии сжигания оставленного угля в отработанных методом ПГУ газогенераторах, а работами И. М. Закоршмен-ного и М. В. Каркашадзе доказана принципиальная возможность реализаций такой технологии на отработанном 15-м газогенераторе Южно-Абинской станции «Подземгаз».

Однако »первые эксперименты (показали направления ее совершенствования. Поэтому для достижения ¡поставленной цели и реализации идеи работы автором решаются следующие задачи:

Определение возможных объемов применения разрабатываемой технологии и установление взаимозависимости тепловой мощности »длины канала горения, разработка методики

расчета тепловой мощности канала горения »длины зоны .горения, обеспечивающей получение этой мощности;

установление количества аккумулированной и извлекаемой тепловой .мощности из отработанных .подземных газогенераторов в зависимости от параметров предлагаемой технологии;

установление взаимосвязи .параметров троцесса горения применительно к технологическим схемам .подготовки подземных газогенераторов;

разработка технологической схемы, обеспечивающей эффективное использование тепловой энергии, высокие экономические доказатели, а также рекомендации по применению технологии ПСУ.

Южно-Абинская станция «Подземгаз» газифицирует свиту мощных крутых пластов с ¡подачей воздуха в газогенераторы иод давлением, что предопределяет оставление .межгенераторных целиков, а несовершенность технологии—оставление в недрах 30% запасов угля после газификации.

Выполненный анализ показал, что оставленные в недрах угольные запасы в количестве 3,5 млн. т практически в 1,5 рае а превышают сгазифшдарованные запасы угля за весь период работы станции. Основная часть оставленных в недрах запасов (¡более 1,6 .млн. т) располагается в верхних ^предохранительных целиках, т. е. на сравнительно небольших глубинах (до 100 <м). Запасы угля в предохранительных верхних ».межгенераторных целиках с большей эффективностью, чем при, существующей технологии ПТУ, могут быть отработаны на режимах либо чистого отсоса, газа из гавоогводящих скважин, либо одновременного нагнетания воздуха в воздухоподающую и отсоса газа из .продуктивной скважины. В последнем случае необходимо увязьг.вать режимы нагнетания воздуха и отсоса газа. Принципиально на этих режимах можно осуществлять ■процессы как газификации угля, так и его сжигания. Последнее наиболее 'предпочтительно, так как трудно ожидать при газификации этих угольных запасов стабильного (Получения газа с требуемыми, параметрами. Требования, предъявляемые к качеству продуктов сгорания, позволяют их использование в широком диапазоне температур, например, для нагрева воды, циркулирующей в системах горячего водоснабжения, как самой станции «Подземгаз», так к других потребителей (бытовой сектор). Поэтому отработка запасов угля верхних предохранительных целиков лег.ко осуществима, хотя и требует определенного объема, буровых работ. Отработка* -межгенераторных целиков порядка 1,2 млн. т требует бурения новых скважин, причем в 'каждый целик индивидуально. Угольные запасы в отработанных газогенераторах порядка 750 тыс. т могут быть отработаны с использованием в основном имеющихся газоотводящих и воздухоподагощих скважин с попут-

ным- извлечением тепла/аккумулированного в процессе ПГУ во вмещающих'Породах. В целом же оставленные запасы позволяют стабильно обеспечивать .получение необходимой тепловой мощности в течение нескольких десятилетий.

В качестве объекта исследования выбраны отработанные -методом ПГУ 'газогенераторы станции «Подземгаз» по ¡пласту Горелый и IV Внутренний, мощность которых соответственно 3,8 к 8 м.

■Физической -основой ПСУ является получение на выходе из блока сжигания газа, содержащего только продукты полного сгорания угля в воздухе. Это в основном достигается количеством подаваемого воздуха и длиной канала .горения. Длина канала горения и его поперечные размеры определяются мощностью пласта и начальным» размерами скважин.

'Проведенные в работе аналитические исследования процесса 'получения тепловой энергии при отработке угольных зала-сов после выгазовыванш угольных «пластов в пределах каждого газогенератора .путем их надземного сжигания позволили выявить ряд особенностей и закономерностей данного процесса и наметить наиболее эффективные и утл' его реализации.

Установлено, что оптимальная тепловая мощйость угольного .канала горения имеет место при /к = /г, где /к,/г — длина соответственно угольного канала и зоны -горения в нем. В этом 'случае «процесс сгорания угля в «канале осуществляется при а = 1,0, а— коэффициент избытка- воздуха, и вся тепл'о-вая энергия на выходе из угольного канала« представлена -в виде физического тепла .продуктов сгорания. При этом тепловая мощность на выходе из угольного канала Nк и длина зоны горения, обеспечивающая (Получение этой мощности, 1Г могут быть определены из следующих выражений: в цилиндрическом угольном -канале

ММО'^-^Г, /гв......' ( )

■в канале .прямоугольной формы с одной угольной стенкой (наиболее важнььм для практик» подземного сжигания угля)

к 2-10в/га3'87 УС°ТГ ; 27,7/га0'54 ■( ЫКУ*ТГ у-»

где [Л/к] = ,кВт; [1К, /г] =1м; V—.коэффициент кинематической вязкости продуктов сгорания на выходе из угольного

канала, м21с\-~Р — абсолютное давление в :угольном канале, Па; <3/ — низшая теплота сгорания 1 «г-рабочей массы угля, «Дж/кг; ¿ — диаметр угольного .канала, м; V/ — объем продуктов с 1 кг рабочей массы угля, отнесенный к нормальным •условиям, нм3/кг угля; Тг — температура продуктов сгорания на выходе из угольного канала; ки к2 — опытные'коэффициенты, учитывающие наличие слоя разрыхленного горящего, угля на дне каналов «1>1,0; к2<1,0; тп— мощность сжигаемых угольных запасов, м.

Из этих уравнений следует, что величина- Ык очень сильно зависит от величин 1К и т ..(зависимости, .степенные,, причем показатели степени значительно больше единицы). При этом основная часть тепловой 'мощности (до 50%) выделяется на последних 25-^-10% длины канала горения. Значительно влияет на величину А'к и наличие горячих ®уоков угля на дне угольного канала, резко увеличивающих площадь соприкосновения горящего угля с движущимся в угольном канале воздухом. Другие (показатели,, такие, как V, Р, <2Л Уг°, Тг влияют на величину значительно меньше.

.Также значительно зависит от; величины коэффициентов К\ и к2 длина зоны,.горения. Остальные же факторы влияют на величину. 1Г довольно слабо. Так, при увеличении Тг.с 400 до 1200 К /г уменьшается шорядка 10-ь15%. Увеличение тп с 2 до 8 .м (т.. е. в 4 раза) .приводит к росту 1Т почти в 2 раза (рис. 2).

Величина внешнего удельного водопритока <7В приводит .к увеличению /г, правда незначительному, и .довольно резко снижает Мк, .переводя физическое тепло продуктов сгорания в скрытую теплоту испарения .воды. Так, при увеличении с 0 до 5 кг воды/кг угля, (.последнее-значение <7 „ близко к,.максимально возможной величине дв .при додземном-сжигании.угля) 1Г возрастает примерно на 8-*-10%, аснижается в 2 : о раз. - ;

Выполненные исследования позволили, установить взаимосвязи между объемным расходом подаваемого в угольный .канал прямоугольной формы воздуха и величинами Ык и /г:

: д^ : , (5)

, - . (1 1,2'ШВ)

/ 27,7/п0,54

I _ .

Кп

0,14

(б)

(1+ 1,243а,) «Р

где [С?,,] = нм3/с;. г) — КПД выделения тепловой энергии в угольном канале; а„, с1г — вл аг.осодержа ние воздуха и .продуктов сгорания, отнесенное к сухому газу, кг гааров воды/нм3 сухого газа.

Анализ (5) и (6) 'Показал, что при увеличении <2„ возрастают Ык и /г, причем Мк возрастает значительно быстрее,

"чем /г. На скорость возрастания 1Т влияет и величина При более высоких значениях т скорость роста 1Г больше. Увеличение температуры продуктов сгорания приводит ж снижению ■величины /г для получения соответствующего N1 (см. рис. I, 2).

На практике очень часто возникает необходимость оценить характер'изменения реальных величин А^ и /г, т. е. Мк" и I/, относительно теоретически ¡предсказываемых 'При сгорании угля в канале са = 1,0, т. е. и 1Г'.

• Установлено, что взаимосвязи- между этими величинами в канале прямоугольной формы имеют вид

1вде индексы «два штриха» и. «штрих» соответствуют показателям реального и теоретического (т. е. при а = 1,0) процессов сгорания угля в канале.

Из (7) и (18) следует, что при осуществлении1 процесса сгорания угля в канале с а< 1,0 длина зоны горения К 'изменяется (увеличивается) «рМне незначительно, а ¡мощность N,1 довольно резко возрастает. Однако надо иметь в -виду, что эту дополнительно выделяемую в угольном ¡канале тепловую .мощностыможно будет извлекать из продуктов сгорания только в случае дожигамия находящихся в них горючих газов, т. е. после осуществления соответствующих .конструктивных изменений в оборудовании поверхностного теплоэнергетического комплекса.

.При сжигании угольных запасов, .остающихся в пределах каждого газогенератора после выгазовывания находящихся в ш границах пластов, необходимо учитывать, что вмещающие породы кровли и почвы, газогенераторов имеют определенный ■запас физического тепла, что-может существенно изменить .показатели процесса сжигания угольных »»пасов.

'Выполненный -в работе анализ процесса рассеивания тепла из прогретых вмещающих огород отработанных газогенераторов показал, ¡что при. отсутствии фильтрации подземных вод через эти породы относительное количество тепловой энергии, остающейся в слое прогретых пород, численно равно средней безразмерной температуре этого слоя, которая определяется из выражения

ЛГК' = ЛГК 'чЪ'аГ, " (1 + 1,2ШР')7уу

(7)

2 (—Л)"-1 егк

(2л — \)Н — х

2 1.

+ егк

(2п-\)Н + х

2 Уал

ЦН + х ]

У

(9)

где к, — критерий тепловой активности прогретого слоя вмещающих пород .по отношению к остальной части- массива горных пород, А, К^г/Аз]/^;*,,/^а,,а2 — соответственно коэффициенты теплопроводности и температуропроводности прогретых и нвпрогретых горных пород; к — (1 — /с£)/1 + Н — половина толщины шрогретого слоя горных пород; х — текущая координата, по оси координат, ориентированной перпендикулярно к слою 'прогретых ¡пород, х — 0 в середине ¡по толщине слоя прогретых ¡пород; х — текущее время, т = 0 в .момент начала ра-ссеивания тепла 'из ¡прогретых пород.

Расчеты (9) -показывают, ¡что рассеивание тепла из слоя прогретых вмещающих пород отработанных газогенераторов -происходит довольно ¿медленно, причем значительное влияние на этот процесс оказывает толщина, прогретого слоя пород. Отработанные газогенераторы на мощных угольных пластах, что характерно для Южно-Абинской станции. «¡Подземгаз» (Кузбасс), сохраняют оставленное в 'Их вмещающих ¡породах тепло в течение нескольких лег, причем по нашим ¡расчетам через 1 год после отработки газогенератора в его ¡прогретых породах будет сохраняться -порядка 40% от начального запа,-са тепла, через 2 года —¡порядка 25%, а через 3 года — 15%.

Выполненные исследования -влияния предварительного прогрева воздуха :иа величину температуры продуктов сгорания показали, что даже три. относительно невысокой температуре подогрева воздуха, .порядка 50 К, имеет место повышение Тг ¡примерно на 8-М5%. Следовательно, изменяя соответствующим образом схемы .подачи воздуха для сжигания угольных запасов, находящихся в пределах отработанных газогенераторов, ¡можно варьировать и .показателями эффективности этого процесса, таких, как Тт и а.

При физическом моделировании ¡процесса сжигания угля на. отработанных газогенераторах учитывались следующие основные требования: -геометрическое подобие модели и «натуры» с соблюдением постоянного линейного ¡масштаба. 1 : 50; химическая тождественность сжигаемого в модели. :и- «натуре» угля; .приближенное физическое .подобие -модели и «натуры» в отношении газопроницаемости, -скорости! движения воздушных и газовых потоков, величины депрессии1. На основашии этого были выполнены исследования ряда технологических схем подачи воздуха и. отвода ¡продуктов сгорания (рис. 3). Сжигание блоков проводилось с поддержанием расхода ¡подаваемого воздуха ¡в течение всего времени эксперимента ¡постоянным. .

С целью интенсификации процесса моделировались налне-тательно-всасывающая схема поступления воздуха в очаг ¡го* рения ¡и отвода ¡газа-телло,носителя ¡на поверхность. При этом аэродинамические сопротивления реакционных .капа-лов (скважин) преодолеваются в основном за счет давления нагнетае-

i м ого - в оз д у х а, • -чт о дозволяет получить в •этщ.кауалах .значительно большие расходы воздуха ишродуктов сжигания. Такой-способ подачи воздуха обеспечивает уменьшение потерь несгораемого угля между- скважинами.

В. процессе эксперимента ¡фиксировались температура ¡продуктов сгорания Тг, состав газа-, расход подаваемого в модель 'воздуха, температура горящего угля. 'После равных для -всех .экспериментов промежутков времени модель вскрывалась и проводился ее визуальный осмотр. При этом анализировалось к оценивалось формирование » развитие очага горения, а также определялась эффективность извлечения тепловой энергии. . Блок I характеризуется П-образным расположением сква-.?к'ин, определяющих всасывающую схему поступления воздуха. Аналогом в натурных условиях является включение в процесс дожигания оставленных участков только продуктивных скваж,ин_

Блок II имеет Г-образное расположение выработок с на-гнетательно-всасывающей схемой поступления воздуха. В на-.турных условиях ¡для этого используются имеющиеся воздухо-¡подающие "скважины. . . - -

■ Блок III аналогичен/блоку I, ¡поступление воздуха осуществляют в. нижнюю его'¡часть. При этом объем подаваемого воздуха равномерно, распределяется по каждой из скважин.

В первом цикле эксперимента после достижения максимальной температуры 84-0° С отмечено резкое снижение температуры (менее 200°С). При вскрытии модели установлено, ■что 40% угля в ¡модели не выгорело. Это обусловлено прекращением развития калал.а горения ло восстанию за счет ¡потерь воздуха во вновь образовавшихся каналах. Интерпретация полученных данных" на имеющуюся реальную обстановку отработанного газогенератора подтверждает положение о невозможности использован™ только продуктивных скважин. ' ' "-Второй цикл характеризуется тем, что, как ¡и в первом цикле, после прогрева; вмещающих пород температура исходящего газа резко ¡увеличивается; достигая тех же значений, но .процесс происходил более стабильно'за счет подвода воздуха в нижнюю часть блока через воздухоподающую скважину то нагнетательно-Есасывающей схеме. Затем вследствие большего количества подаваемого воздуха по одной скважине ¡происходит развитие очага горения! по восстанию ; блока и как следствие — расширение диаметра канала с проскальзыванием кислорода и постепенным снижением температуры газа-теплоносителя. В натурных условиях ¡полнота извлечения запасов может быть обеспечена подключением ряда продуктивных скважин. - '. . .■...■ " .1 •. 1 В третьем цикле после прогрева -вмещающих ¡пород температура-исходящего «газа на' 15—20% "ниже, чем'при вторам, однако наличие двух скважин обусловливает снижение кОли-

чества воздуха в каждый из них. Последнее обеспечивает равномерность сжигания запасов, а также стабильность получения- тепловой энергии.

Обобщенные результаты лабораторных исследований приведены в .таблице.

Результаты моделирования сжигания угля

блока Кол-то 'падапа--емого воздуха, нм3/ч Температура ,газа-тепло. носит. 0 С Состав газа-сителя теплоно- % Выход тепла, ■% Тепловая 'МОЩНОСТЬ, ОДж/ч

о2 ;СОч СО+ + нг+ +сн4 химического физического

I 7.0 " 350 12—15 2-9 0,8-1.0 21 24 2,1

11 7,0 450 10-13 3-7 2-3 24 2!) 3.0

III 7,0 540 8—1° 7-11 1,5-2,5 15 35 3,9-

Установлено, что практически полтое выгорание угольных блоков достигается использованием имеющихся продуктивных скважин, оптимальное количество которых обеспечивает стабильность процесса горения и его эффективность, что связано с изменением скорости движения парогазовой омеси. Степень выгорания, в зависимости от расположения скважин изменялась от 50 до 95 %; образующийся .при сгорании угля и извлекаемый дымососом газ имеет высокую температуру 300— 600° С; получаемая на выходе из блока энергия составила 33% заключенной в сжигаемом угле; получение кратной мощности обеспечивается соответствующим увеличением оптимальных блоков продуктивных и воздухоподающих скважин с автономной .подачей воздуха.

В результате моделирования доказана работоспособность технологии дожигания оставленных ш газогенераторах запасов угля. Теоретические и лабораторные исследования были положены в основу разработки параметров технологической схемы дожигания запасов угля «а 15-м газогенераторе. Для реализации технологической схемы выполнен анализ, тепловых потерь при различных способах изоляции сети теплоснабжения от газогенератора до потребителя, в результате чего установлена возможность использования для имеющихся трубопроводов подачи воды орошения и дутья высокого давления. , ,

Натурные эксперименты проведены в 1989—1991 гг. Установлено, что через месяц .после включения дымососа темпера^ тура газа стабилизируется и в дальнейшем * повышается на .1° С в течение 5—7 суг; каждая 'продуктивная скважина, оборудованная дымососом.с депрессией до 600 ДаЛа,, обеспечивает тепловую 'мощность на устье скважины 0,56 МВт, что почти в 10 раз 'превышает (Мощность, затраченную, на отсос про-

Дуктов горения й перемещение воды >в трубопроводах. "При этом следует учесть, что запас дымососа по производительности обеспечивает количество подключаемых скважин до 10.

Полученная при экспериментах тепловая энергия , в виде горючей 'воды (9—10 м3/'ч с температурой 35—60° С с одной скважины) использовалась для обогрева теплиц и на подпитку системы теплоснабжения поселка Южно-Абинской станции «Подземгаз». Содержание фенолов в конденсате в 2 раза ниже, чем при ЛГУ. Анализ состава газа « .конденсата показал, что использование предложенной технологии обеспечивает выброс вредных веществ в окружающую среду ниже уровня ПДВ и ЛДК. ;

•В результате проведенных теоретических, лабораторных и натурных исследований с участием автора разработана технологическая схема поверхностного теплоэнергетического комплекса (ЛТТК), обеспечивающего получение тепловой .мощности не менее 3,0 .Г,кал/ч и подачу горячей воды потребителю с температурой не менее'70° С (рис. 4). В (качестве «отла-ути-лизатора газообразных продуктов подземного сжигания угля использован котел типа. ТО-ЛСУ с применением модулей на тепловых ■ трубах, расположённых па устьях продуктивных скважин. Данный теплообменник обеспечивает устойчивость работы ПТТК. предотвращает необходимость отключения тя-годутьесого оборудования и оперативного ремонта при выходе из строя части тепловых труб.

Годовой экономический эффект от использования рекомендаций работы на Южно-Абинской станции «Подземгаз» составил 450 тыс. руб. в год.

, . . ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В .диссертации дано новое решение актуальной для угольной (промышленности научной задачи разработки параметров технологии лодвемного сжигания угля, оставленного после газификации, с получением на месте залегания тепловой энергии и виде горячей воды для бытовых нужд.

Основные результаты, положения и выводы, полученные в работе:

1, Доказано, -что аккумулированная в угольной толще тепловая энергия может быть получена на поверхности путем сжигания оставленных в газогенераторах запасов угля при всасывающей и нагнетацельно-всасывающей схеме поступления воздуха в очаг горения с обеспечением общей полноты извлечения 75—80%.

Моделирование процесса сжигания позволило установить, что направленность движения парогазовой смеои и тре-

-Поверхностный комплекс

Г-.!..

1.Д.-ыосос

2.Дымовая труба

3.Теплообменники

4.Продуктивные скважины

5.Насоси •

6.Водосборник

7.Теплицы

8.Газопровод

9.Водопровод

140 и

Шт

Рис.4Схема распределения тепловой энергии на поверхности

| Потребители |

буемая -полнота извлечения запасов достигается использованием имеющихся скважин газификации, при этом снижение скорости поступления воздуха (-на 40—45%) обеспечивает равномерность сжигания оставлен/ных заласов в газогенераторе.-

3. Установлены зависимости для инженерного расчета тепловой мощности теплогазогенератора с учетом изменяющихся параметров канала горения. Последовательное ведение процессов газификации и сжигания (без длительного разделения во времени) обеспечивает извлечение до 40% тепловой энергии, аккумулированной во вмещающих породах.

4. Разработана технологическая схема сжигания оставленных заласов в газогенераторах и определена тепловая -мощность натурного участка -ПСУ, которая составила 3,0 Гкал/ч. Установлено, что тепловая энергия в виде горячей воды с температурой 60—70" С в -количестве 10 -м3/ч с'каждой скважины пригодна для целей теплофикаци объектов станции «Подзем-газ». Кратная тепловая ¡мощность обеспечивается подключением соответствующего числа продуктивных скважин.

5. Экономический эффект от разработанных в диссертация рекомендаций на Южно-Абинской станции «Подземгаз» ассоциации «Киселевскуголь» за счет реализации тепловой энергии составил 450 тыс. руб. в год (три эксплуатации 2 продуктивных окважил).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Селиванов Г. И., Макридин В. М. и др. Типовые решения для -составления проекта подземного сжигания оставленных в недрах зал асов угля с получением тепловой энергии для бытовых непроизводственных нужд. М.: МГИ, 1901, с. 270.

2. Селиванов Г. И., Макридин В. М. я др. Комбинированная технология подземлого сжигания угля.М.: МГИ, 199 с. 60.

3. Селиванов Г. И., Макридин В. М. и др. Технологические схемы сжигания оставленных запасов угля/Уч. пособие.— М..: МГИ, 1992, с. 48.

4. Макридин В. М. Анализ рассеивания тепловой энергия из прогретых вмещающи-х пород отработанного газогенератора/Совершенствование технологических -процессов лри подземной разработке месторождений. Сб. научн. тр.— Кемерово; КузПИ, 1992, с. 16—19.

5. Закоршменный И. М., Макридин В. М. Технологическая схема утилизации тепловой энергии, при- дожигании запасов угля в отработанных газогенерато;рах/Механизированлая отработка угольных пластов Кузбасса. Сб. научн. тр.— Про-кольевск: КузНИУИ,1992, с. 21—23.