Основные направления исследований в области ПГУ
Факторы, влияющие на подземную газификацию
На характер и течение технологического процесса подземной газификации оказывают влияние и многие другие факторы, определяющие егодве основные стороны: собственно химический гетерогенный процессобразования газа и гидродинамический характер взаимодействия дутья среагирующей поверхностью топлива. Из них наибольшее значение имеютследующие:
Температура в канале газификации. Высокая температура приводит квозрастанию скорости химического взаимодействия между реагирующими веществами (способствует удержанию суммарного процесса газообразования в диффузионной области).
Интенсивность нагнетания дутья и аэродинамика газовых потоков.B значительной степени оказывают влияние на увеличение скорости диффузии и содействует удержанию суммарного процесса в диффузионнойобласти. Однако опыты показывают, что после определенного пределадальнейшая интенсификация нагнетания дутья ведет к ухудшению качества газа (повышается концентрация СО2 и неразложившегося пара). Этоуказывает на переход процесса из диффузионной области вкинетическую(к реакционной поверхности подводится больше углекислоты и пара, чемэто требуется по скорости химического взаимодействия между углекислотой и углем).
Состав дутья. Одним из наиболее легких способов повышения температуры в канале газификации, а следовательно, улучшения качествагаза, является повышение концентрации кислорода в дутье. Подземнаягазификация угля на воздушном дутье обладает тем недостатком, что в подземные газогенераторы подается 79 % балласта в виде азота, которыйприходится выводить из подземного газогенератора вместе с горючимикомпонентами и направлять потребителям.
|
|
|
Увеличение давления в подземном газогенераторе приводит к улучшению качества газа и снижению его влажности. Это объясняется вытеснением воды из канала газификации, а также тем, что пропорциональнодавлению увеличивается скорость массообменных процессов. Кроме тогоактивизируется реакция метанообразования.
Увеличение зольности угля вызывает значительное снижение теплотысгорания газа, снижение качества газа и уменьшение выхода газа c 1 кгугля.Мощность угольного пласта существенно влияет на результаты подземной газификации. При ее увеличении уменьшаются потери тепла вокружающий горный массив.
Увеличение длины канала газификации при постоянном дутьевом режиме и неизменной степени выгазовывания угля часто приводит к снижению качества газа за счет реакции С0 + H2O = СО2 + H2.
Для предотвращения провалов земной поверхности и прорывов газапри ПГУ крутопадающих пластов оставляются верхние охранные целики.
|
|
|
Гидрогеологические особенности ПГУ
Как правило, на месторождениях, где проводилась подземная газификация, угольные пласты залегали ниже уровня подземных вод, поэтому в канал газификации поступало то или иное количество воды.
Подземные воды - один изглавным факторов, от которого зависиттеплота сгорания газа и другие показатели процесса газификации. Избыточный приток подземных вод в реакционный канал снижает температуру, замедляя процесс газификации вплоть до его прекращения.
Степень обводненности месторождения обычно определяется рядомфакторов, которые можно разделить на естественные, обусловленные природными условиями месторождения, и искусственные, обусловленные частичным изменением этих природных условий в результате проведенияПГУ.
К естественным факторам относятся: количество выпадающих атмосферных осадков, обнаженность коренных пород, наличие покровных слабопроницаемых отложений, геологическое строение и цитология пород,наличие водоносных горизонтов и их взаимосвязь с угольным пластом,а также с поверхностными водотоками, проницаемость, мощность и изолированность самого угольного пласта.
|
|
|
Наиболее благоприятны условия, когда угольный пласт изолированот вышележащих водоносных горизонтов и они удалены от угольного пласта на расстояние, находящееся за пределами зоны нарушения сплошности пород при их сдвижении над выгазованным пространством; уровеньвод залегает ниже почвы угольного пласта или отделен от него надежнымводоупором.
Гидрогеологические условия осложняются, когда на участках газификации угольный пласт недостаточно изолирован от выше и нижележащих водоносных горизонтов.
При сдвижении горных пород нарушается их сплошность, образуютсядополнительные водопроводящие трещины, по которым подземные водымогут поступать в газогенератор.Наибольшую опасность, как источник обводнения, представляют надугольные водоносные горизонты, залегающие в пределах зоны обрушения.
Высокая температура в газогенераторах, достигающая 1200°С, так-же нарушает сплошность пород почвы и кровли. Установлено, что породы почвы прогреваются до 100°С на глубину 2-3 м. B связи с этим, приналичии в почве пласта угля водоупорных пород, мощность которых незначительна, последние под действием высокой температуры теряют своиводоупорные свойства.
|
|
|
Искусственным фактором, препятствующим поступлению подземныхвод в газогенераторы, в какой-то мере является избыточное давление газов в газогенераторе. С другой стороны, избыточное давление в газогенераторах способствует увеличению утечек газа и тем самым снижает выходгаза и КПД газификации.
Следует отметить, что требования к осушению подземных газогенераторов более жесткие, чем к осушению горных выработок. Если на шахтахводопритоки в горные выработки в количестве 200-500 м3/час не являются опасными и легко удаляются путем водоотлива, то при подземной газификации водопритокив газогенератор в количестве 20-50 м3/ час могутсущественно ухудшить технологический процесс, а нередко привести егок полному прекращению. Практикой показано, что водопритоки не должны превышать 0‚5-1,5 м3/т угля. Причем для углей с высоким содержанием золы и влаги водоприток в газогенератор вообще не допустим.
В связи с этим к гидрогеологическим исследованиям на участкахугольных месторождений, предназначенных для подземной газификациипластов углей, должны быть предъявлены повышенные требования. Пригидрогеологических исследованиях на угольных месторождениях кромевыполнения общепринятых видов работ (гидрогеологическая съемка, откачки, условия питания и производительность водоносных горизонтов ит.д.) необходимо определить:
· водопроводимость угольного пласта, а также покрывающих и подстилающих пород;
· водные свойства (максимальную водоотдачу и влагоемкость) угольного пласта и вмещающих пород;
· изменение режима подземных вод на участках действующих подземных газогенераторов.
Основным источником обводнения газогенераторов являются гравитационные веды, заключенные в трещинах и порах водоносных пород исвободно передвигающиеся под действием силы тяжести. Поступлениесвободных гравитационных вод зависит от водопроницаемости угольного пласта и боковых пород, от их мощности, напора подземных вод, гидравлической связи с ближайшими водоносными горизонтами, от условий питания и ряда других природных, а также и искусственных факторов(предварительное осушение, сдвижение пор0д над выгазованным пространством, наличие высокой температуры и давления).
Помимо гравитационных вод в процессе подземной газификациипринимают участие и связанные воды, находящиеся в тесном взаимодействии с породами. Это химически связанные (конституционные и кристаллизационные), прочно связанные (гигроскопические), рыхло связанные (пленочные) и капиллярные воды.
Как гравитационные, так и связанные воды принимают участие в процессе ПГУ и поэтому существенным образом влияют на тепловой балансгазогенератора. Расчетами установлено, что расход тепла на испарениеподземных вод составляет 6-9 % на хорошо дренированных участках и30-37 % на обводненных участках с залеганием пластов небольшой мощности.
B подземный газогенератор вода поступает также вместе с дутьем. Количество влаги, находящееся в воздушном дутье, обусловлено влажностьювоздуха, а при парокислородном дутье - количеством поданного пара.
При охлаждении газа на выходе из газоотводящих скважин в балансевлаги необходимо учитывать количество воды, поданной в скважину дляохлаждения газа.
Перечисленные выше виды воды: приточные (гравитационные) воды,связанные воды угольного пласта и пород почвы и кровли, влага дутья,пирогенетическая и вода для охлаждения составляют приходную частьводного баланса.
Количество испаренной и разложенной влаги зависит от общего теплового состояния газогенератора и от количества поступающей воды вканал газификации. Влажность газа при газификации может изменяться вшироких пределах, как правило, она не превышает 200-500 г/м3 газа. Припрорывах воды или при недостаточном осушении участков она достигает1000 г/м3 и более. Как правило, при таком поступления воды в газогенератор процесс газификации расстраивается.
Основные направления исследований в области ПГУ
К основным направлениям исследований в области ПГУ следует отнести:
· оценку запасов угля под разработку методом ПГУ;
· поиск путей повышения энергетического и химического к.п.д. процесса подземной газификации углей;
· разработку технологии и технико-экономической оценки комплексного использования газов ПГУ в энергетике и химической промышленности;
· получение газа заданного состава, удовлетворяющего требованиямпереработки его на химическую продукцию, разработку методов очисткии обогащения газов для обеспечения более экономичного его использования в химической технологии;
· разработку методов управления и контроля состава газов ПГУ;
· технико-экономическое обоснование целесообразности переработки газов ПГУ на химическую продукцию с учетом роста дефицита и стоимости природного газа и нефти;
· разработку методов очистки, обогащения, а также утилизации теплагазов ПГУ.
Для решения названных проблем уже сейчас необходимо определитьперспективные угольные месторождения под разработку, провести исследования по усовершенствованию технологии (выбор оптимальной сеткискважин, методов сбойки, интенсивности и состава дутья и т.д.), определить пригодность существующих схем технологической переработки газовПГУ, осуществить выбор и конструирование оборудования для скважини наземного перерабатывающего комплекса, в том числе подбор термо-и коррозионностойких материалов и покрытий для скважин и наземныхкоммуникаций.
Стратегически газ ПГУ может использоваться как местный промышленный энергоисточник.
Исключительно перспективен метод ПГУ для снабжения энергиейПриморья, где целесообразно в районе ряда закрытых шахт строительствостанций ПГУ.
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 289; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!