Термодинамические основы газофикации угля

Свойства угля как сырья для подземной газификации. Газификацией угля называется процесс получения из не­го горючих газов. Подземную газификацию угля производят непо­средственно в недрах Земли на месте ее залегания. Горючие газы возможно получать не только в результате гази­фикации угля, но и других твердых горючих ископаемых (торф, горючие сланцы). В настоящее время подземную газификацию твердых видов топлива производят только на базе угольных ме­сторождений. Мужская кожаная куртка Краснодар, купить Мужские кожаные куртки хочукуртку.рф.

При подземной газификации угля (ПГУ) в процессе принима­ют участие горючая масса угля и влага, содержащаяся в нем. Состав горючей массы и ее содержание в угле характеризуют его теплотворную способность (теплоту сгорания). Теплота сгорания может относиться к 1 кг горючей массы или 1 кг рабочей массы. Различают высшую Qв и низшую Qн теплоту сгорания угля. Выс­шая теплота сгорания учитывает тепло, выделяющееся при конденсации водяных паров, образующихся в результате сжигания водорода, содержащегося в угле в виде газа и влаги. Низшая теплота сгорания всегда меньше высшей на величину тепло­ты конденсации водяных паров продуктов сгорания. Так как на практике тепло конденсации не используют, то для оценки количе­ства тепла, образующегося при сгорании угля, применяют низшую теплоту сгорания. При нагревании без доступа воздуха происходит удаление из горючей массы угля летучих веществ (газов и паров). Удаление летучих веществ начинается при Т=130—140 °С (в зависимости от типа угля) и завершается при температуре 1100—1200 °С. При этом в качестве твердого остатка образуется кокс. В процессе подземной газификации угля существенное влияние оказывают такие его свойства, как спекаемость, термическая стой­кость, температура воспламенения, шлакуемость и др. Спекаемость характеризуется способностью измельченного угля образовывать сплошную массу при нагреве без доступа воз­духа, термическая стойкость — устойчивостью против из­мельчения при нагреве. Температура воспламенения соответствует темпера­туре, при которой химическая реакция углерода угля с кислоро­дом начинает протекать за счет собственного тепловыделения. Для бурых углей эта температура равна 180—200 °С, для древес­ного угля 252 °С, для каменного угля 300—350 °С, для полукокса 395 °С, для кокса 460 °С. Шлакуемость характеризуется отношением массы шлака к массе золы, образующихся при сгорании угля. Активность процесса газификации угля харак­теризуется отношением максимального содержания окиси углеро­да в полученном газе к содержанию окиси углерода в воздушном дутье (34,7%). Из геолого-петрографических характеристик угольного пласта на процесс газификации угля оказывают влияние мощность пла­ста, его строение, проницаемость и особенности строения.

Частичная и полная газификация угля Частичной или неполной газификацией угля на­зывается процесс его нагрева без доступа воздуха, при котором в газ превращаются только летучие составляющие (СО, Н2, СН4 и др.). При этом в тепло газа переходит от 10 до 50% теплоты сгорания угля. Процесс частичной газификации угля разделяется на три этапа разложения. 1. Низкотемпературное разложение (полукоксование) происхо­дит при 550—600 °С. В качестве твердого остатка при этом обра­зуется полукокс. Выход газов составляет около 60 м3/т, теплота сгорания газов достигает (24—32) . 103 кДж/м3. 2. Среднетемпературное разложение (среднетемпературное кок­сование) происходит при Т=700—800 °С. Твердым остатком при этом является среднетемпературный кокс. Выход газов составляет около 200 м3/т. Теплотворность газов среднетемпературного коксо­вания составляет (20—24) . 103 кДж/м3. 3. Высокотемпературное разложение (коксование) осуществля­ется при Т = 900—1100°С с образованием в качестве твердого остатка кокса. Выход коксового газа составляет 320 м3/т, теплота сгорания его составляет (16—20) . 103 кДж/м3. При указанных трех этапах разложения угля только неболь­шая часть его теплоты сгорания переходит в газообразные про­дукты летучих веществ, основная же часть теплоты сгорания угля остается в коксовом остатке. Частичная газификация углей производится в наземных усло­виях в специальных печах, которые называют коксовыми батарея­ми, в которых получают полукокс, среднетемпературный кокс или кокс. Полной газификацией угля называется такой процесс, при котором горючий газ образуется не только за счет удаления летучих компонентов из угля, но и за счет его коксового остатка. Полная газификация угля основана на химических реакциях углерода угля с кислородом, при которых образуются двуокись углерода (СО2) и окись углерода (СО). В качестве источника кислорода может быть кислород воздуш­ного дутья или кислород водяных паров. Возможные химические реакции этих процессов следующие: Полная газификация угля может производиться в наземных и подземных условиях.

Физико-химические основы полной газификации угля. Реагирование углерода с кислородом протекает с выделением тепла (экзотермические реакции) по следующим схемам: С+О2 СО2+4,09 . 104 кДж/(кг . моль), (15.3) 2С+О2 2СО+24,6 . 104 кДж/(кг . моль). (15.4) Рис. 15.1. Зависимость интенсивно- сти восстановления двуокиси углеро- да до окиси углерода от темпера- туры: 1 — торфяной кокс; 2 — древесный уголь; 3 — кокс; 4 — антрацит При наличии избытка кислорода окись углерода может при горении прореагировать до двуокиси:

2СО+О2→2СО2+57,2×104 кДж/(кг∙моль) (15.5) Одновременно с этим при высоких температурах и наличии контакта двуокиси углерода с углем может происходить ее восстановление до окиси углерода по схеме

СО2+С→2СО2-16,25×104 кДж/(кг∙моль) (15.6) Эта реакция эндотермична (поглощение тепла). Скорость восстановительной реакции (15.6) зависит от температуры, что можно проследить по графикам на рис.15.1, где по оси ординат отложена величина, характеризующая процент выхода СО2 в зависимости от температуры. В процессе ПГУ тепло, выделяющееся в результате реакции по схемам (15.3.), (15.4.) и (15.5), способствует повышению температуры угольного пласта и тем самым протеканию эндотермической реакции по схеме (15.6). При взаимодействии паров воды, содержащиеся в пласте, с углеродом угля протекают экзотермические реакции с образованием горючих компонентов – СО и Н2 по следующим схемам: Реакции в соответствии с (15.7) и (15.8) протекает при температуре свыше 900-1000 ОС, при чем скорость реакции очень сильно зависит от температуры. Таким образом, за счет теплоты реакции по схемам (15.3), (15.4) и (15.5) происходит повышение температуры угля, что обеспечивает его сушку, выделение летучих веществ, содержащих горючие компоненты (СО, Н2, СН4, Н2S), а также способствует протеканию реакции по схемам (15.7) и (15.8).

При подземной газификации кислород воздушного угля вступает также в реакцию с горючими компонентами летучих веществ и серой. Эти реакции протекают по схемам Процесс химической реакции кислорода с горючими компонен­тами летучих веществ угля называется гомогенным, в отличие от реакций кислорода с углеродом на твердой поверхности угля, ко­торые относятся к гетерогенным процессам.

Скорость химической реакции кислорода с углеродом на твер­дой поверхности угля зависит в основном от температуры и удель­ной реагирующей поверхности. Удельная реагирующая поверх­ность характеризуется площадью угля в единице его объема, на которой протекает гетерогенный процесс химической реакции кис­лорода с углеродом. Скорость этой реакции с увеличением тем­пературы возрастает значительно быстрее, чем скорость диффузии кислорода в угле. Например, при увеличении температуры угля на 10°С скорость гетерогенной реакции кислорода с углеродом увеличивается в 2—3 раза, в то время как коэффициент диффу­зии воздуха в угле увеличивается всего лишь на 20—30%. Таким образом, скорость подземной газификации угля будет зависеть от скорости химической реакции горения углерода и скорости диф­фузии воздуха в угле. На основании изложенного процесс горения угля при его под­земной газификации можно разделить на три режима. 1. Диффузионный режим, когда скорость диффузии кислорода к углеродной поверхности значительно меньше скорости химиче­ской реакции кислорода с углеродом угля. Для интенсификации процесса подземной газификации угля в этом случае необходимо увеличить скорость диффузии кислорода к углеродной поверх­ности. 2. Кинетический режим, когда скорость диффузии кислорода к углеродной поверхности значительно выше скорости химической реакции кислорода с углеродом. В этом случае для интенсифи­кации процесса подземной газификации угля необходимо увели­чить его температуру. 3. Промежуточный режим, когда скорость горения соизмерима со скоростью диффузии и скоростью химической реакции кислорода с углеродом.

Технологические основы подземной газификации угля. Отличительной технологической особенностью подземной гази­фикации угля является направление движения огневого забоя, дутья и газовых продуктов газификации. В зависимости от этого по технологическому признаку выделяют четыре метода подзем­ной газификации угля: прямой, обращенный, фронтальный и по­точный. Эти методы отличаются друг от друга направлением дви­жения огневого забоя, дутья и газовых продуктов газификации (табл. 15.1, рис. 15.2). При прямом и обращенном методах подземной га­зификации движение окислителя к огневому забою или газообраз­ных продуктов газификации происходит за счет их фильтрации в порах и трещинах угольного пласта. Поэтому эти методы соответственно могут называться прямым фильтрационным или обра­щенным фильтрационным. Рис. 15.2. Расположение химико-технологических зон и путь газов в результа­тивный газ при различных методах подземной газификации угля: а —прямой метод; б — обращенный метод; в —фронтальный метод; г — поточный метод; 1— дутьевая скважина; 2 — дутьевой коллектор; 3 — газоотводящая скважина; 4 — газо­сборный коллектор Фронтальный метод подземной газификации угля воз­можно обеспечить в том случае, когда будет предотвращено сме­шивание окислителя, подаваемого на забой, и газообразных про­дуктов газификации, отводимых от забоя. Практически это можно сделать только при газификации из шахтных выработок, поэтому этот метод -пока не применяется. Для обеспечения поточного метода газификации необходимо соединить концы газифицируемого участка пласта каналом, ко­торый называется каналом газификации. В этом случае газифи­кация угля осуществляется по всей длине канала газификации, который во времени увеличивается в диаметре. Огневой забой при Таблица 15.1 Метод ПГУ Направление движения дутья газовых про­дуктов газифи­кации огневого забоя Прямой Обращенный Фронтальный Поточный поточной газификации движется перпендикулярно к направлению движения окислителя и газообразных продуктов газификации. Прямой и обращенный методы газификации угля можно рас­сматривать как поточные в том случае, если считать каждую пору и трещину пласта отдельным каналом газификации. Сумму отдельных пор и трещин при прямом и обращенном методах под­земной газификации угля можно представить как систему при­мерно параллельных каналов газификации. Газификация угля в его порах и трещинах при прямом и обращенном методах может получить превалирующее развитие по одной или нескольким тре­щинам. В этом случае прямой и обращенный методы переходят в процесс газификации в канале. С учетом изложенного главной отличительной особенностью газификации угля в порах и трещи­нах при прямом и обращенном методах от газификации в канале является то, что в первых двух случаях движение огневого забоя перпендикулярно к направлению движения дутья и газообразных продуктов газификации весьма ограниченно, а при газификации в канале это направление является преобладающим. В каждом из вышеперечисленных методов подземной газифи­кации угля происходит реагирование кислорода, углекислоты и водяного пара с горючими компонентами угля и продуктов его газификации. Превалирующим является гетерогенный процесс реагирования кислорода дутья с углеродом угля. Так как удель­ная реагирующая поверхность угля велика, то газификация его в порах и трещинах в направлении движения дутья заканчивается на небольшой длине реакционной зоны. При подземной газификации в канале длина кислородной зоны значительно больше, чем при других методах, что позволяет по­лучить максимально возможную общую поверхность реагирования. Для всех методов подземной газификации угля характерно на­личие различных зон, в каждой из которых доминирующим явля­ется один из процессов (см. рис. 15.2). К таким зонам относятся зона окисления или кислородная зона (ЗО), зона восстановления (3В), зона термического разложения (ЗТ), зона частичного тер­мического разложения (ЗЧТ), зона сушки (ЗС) и зона шла­ков (ЗШ). При прямом методе подземной газификации угля кислород воздушного дутья реагирует с коксовым остатком, образовавшим­ся в процессе нагрева газообразными продуктами газификации участков пласта, расположенных между огневым забоем и газоот-водящей скважиной. При этом методе кислород воздушного дутья расходуется на газификацию только коксового остатка, который другим способом газифицировать невозможно. Кроме этого, при прямом методе тепло шлаков используется на нагрев воздушного дутья, а тепло газообразных продуктов газификации, получен­ных в предыдущих зонах, расходуется на реализацию процессов в последующих зонах, так как в направлении движения газа зоне сушки предшествует зона термического разложения, а ей, в свою очередь, предшествует зона восстановления и т. д.

Прямой метод подземной газификации угля имеет самый вы­сокий к. п. д., однако он может применяться при сравнительно высокой начальной проницаемости угольного пласта. При обращенном методе подземной газификации угля кисло­род дутья расходуется на реагирование не только с коксовым остатком, но и с газообразными горючими компонентами. Обра­щенный метод обладает недостатками по сравнению с прямым методом, которые заключаются в том, что расход дутья на еди­ницу тепла в образующемся газе выше, теплота сгорания этого газа ниже, нерационально используется тепло, выделяющееся в процессе газификации.

Если при прямом методе проницаемость пласта в процессе его разогрева и газификации постоянно возрастает, то при обращен­ном методе она остается постоянной. При поточном методе подземной газификации угля, так же как и при обращенном, кислород дутья расходуется на реагиро­вание с коксовым остатком и с горючими газообразными продук­тами газификации. Однако большая часть кислорода все же рас­ходуется на реагирование с коксовым остатком. По тепловым и химико-технологическим особенностям поточный метод занимает промежуточное положение между прямым и обращенным. Если при прямом методе в результативном газе практически полностью сохранились летучие горючие компоненты, образовавшиеся на стадии коксования угля без доступа воздуха в последующих зо­нах газификации, то при обращенном методе они в большей части прореагировали с кислородом. При поточном методе в результа­тивном газе находятся как /летучие газы коксования, так и газо­вые продукты реакции кислорода с коксом. Одним из преимуществ поточного метода является возмож­ность реверсирования воздушного дутья без изменения химико-технологической сущности процесса газификации.

Распределение температуры по длине канала газификации.

Основным процессом при подземной газификации является взаимодействие дутья и газов с твердой поверхностью угля. Про­текающие при этом реакции также являются основными по срав­нению с другими. В связи с этим температурный режим пласта по длине канала газификации определяется главным образом температурой воздушного дутья и газов. По длине канала газификации можно выделить восемь участ­ков (рис. 15.3). Температура каждого из них характеризуется про­цессом, протекающим на длине этого участка. На участке дутья (ОА) температура дутья и пласта прак­тически не изменяется, так как при низких температурах терми­ческое разложение угля и его реагирование с кислородом дутья происходит очень медленно. Участок дутьевой сушки (АБ) характеризуется повы­шением температуры дутья от начальной естественной температуры пласта Тп До температуры Т1 , при которой происходит ис­парение влаги в угле (Т1 ≈ 110°С). На участке подготов­ки воспламенения угля (БВ) происходит его нагрев от температуры сушки Т1 до температуры воспламенения Т2 (Т2 ≈200°С для бурых углей и 300 — 350 °С для каменных уг­лей). Повышение температуры угля и дутья на участке ОВ объясняется в основном тепло­передачей от более нагретых участков, расположенных пра­вее, за счет теплопроводно­сти. Максимальный рост температуры имеет место на участке экзотермических реакций (BE), где протекают основные процессы, тепловыделение которых значительно перекрывает теплопотери в окружающую среду и на эндотермические реакции. Вправо от этого участка температуры газовой и твердой фаз понижаются. Температура Т3 примерно равна 900 — 1000 °С. Участок ЕИ характеризуется эндотермическими реак­циями. На этом участке ранее выделившееся тепло поглощает­ся окружающей средой и расходуется на эндотермические реак­ции. Снижение температуры на участке ИМ с Т4 (Т4 ≈580÷6300С) до Т5 происходит в результате теплопотерь в окружающую среду и на поддержание процесса термического разложения угля. В пределах участка газовой сушки МН происходит по­нижение температуры с Т5(Т5 ≈110 ÷ ÷130 °С) .до температуры пла­ста Тп в результате расхода тепла на сушку угля. На участке правее точки Н температура газообразной и твер­дой фаз остается практически постоянной, равной температуре пласта. Этот участок называется газовым.

Технологические параметры канала газификации. Основными технологическими параметрами канала газифика­ции являются мощность, продуктивность, эффективность и гидрав­лическое сопротивление. Мощность канала газификации N характеризуется количеством газа, выдаваемого в единицу времени (м3/ч), или ко­личеством тепла, выделившимся в результате сгорания этого газа (Дж/ч): где т — выход газа с единицы дутья, м3 газа/м3 дутья; Д — коли­чество дутья, подаваемого в канал газификации, м3/ч. Мощность канала газификации на станциях подземной газифи­кации угля достигает 1500 м3/ч или 58,7 МгДж/ч при работе на воздушном дутье. Удельная теплота сгорания получаемого газа зависит от мощ­ности дутья. Максимальная удельная теплота сгорания газа равна (3,5—4)∙103 кДж/м3 при мощности воздушного дутья 4000— 5000 м3/ч. П р о д у к т и в н о с т ь к а н а л а г а з и ф и к а ц и и (П) харак­теризуется количеством газифицированного угля за все время ра­боты канала или количеством тепла, выделившегося при сгорании полученного газа (кг или Дж). Продуктивность канала газификации зависит от геологических факторов и технологии газификации. К геологическим факторам относятся мощность пласта, влажность угля, свойства вмещающих пород. К технологическим факторам относятся место расположе­ния канала газификации относительно уровня почвы пласта, ре­жим дутья, система выгазовывания пласта. Например, при распо­ложении канала газификации у почвы пласта увеличивается его продуктивность в несколько раз по сравнению с расположением канала у кровли пласта. Отношение продуктивности канала газификации П к мощности угольного пласта h (м) называется относительной про­дуктивностью П()(кг/м или Дж/м): По =П/h. (15.14) Эта характеристика позволяет оценить эффективность подземной газификации пластов различной мощности. Продуктивность, отнесенная к длине канала l, называется удельной продуктивностью канала газификации Пу(Дж/м): П У=ГQ / l, (15.15) где Г—количество полученного газа за время работы канала га­зификации, кг; Q — удельная теплота сгорания газа, Дж/кг. Удельная эффективность работы канала газификации характеризуется площадью угольного пласта F (м2) выгазованной при отработке единицы его длины l (м) Эу = F/ l. (15.16) Эта характеристика показывает значение ширины выгазованного пространства пласта данным каналом газификации. Чем выше удельная эффективность работы канала, тем при большем расстоя­нии между ними можно отрабатывать угольный пласт при его под­земной газификации.

Удельная эффективность работы канала газификации зависит от геологических факторов и свойств угля. В среднем эта величи­на равна 20—25м. Гидравлическое сопротивление канала гази­фикации характеризует давление дутья, необходимое для веде­ния процесса газификации. Эта величина уменьшается в процессе газификации, и в среднем она равна 500—700 Па.

Для оценки экономической целесообразности подземной гази­фикации угля применяют показатель общего термического к. п. д. процесса т, который равен отношению суммы физического (Qф.пг) и химического (Qх.пг) тепла всех продуктов газификации к сумме физического (Qф.у) и химического (Qx.y) тепла израсходо­ванного угля и дутья (Qф.д): ηт=(Qф.пг+Qх.пг) / (Qф.у+Qx.y+Qф.д), (15.17), Кроме указанного к. п. д. существует еще химический к. п. д. ( ηх), который равен отношению химического тепла продук­тов газификации к химическому теплу сгазифицированного угля: ηx=Qx.пг/Qx.y. (15.18) Величина химического к. п. д. зависит от многих факторов и на практике изменяется от 40 до 70%.

Проходка канала газификации. Проходку канала газификации производят прожигом, электросйбойкой и бурением. Проходка канала газификации прожигом основана на вы­жигании (выгазовывании) угля в узком, вытянутом вдоль пласта, объеме за счет использования его природной газопроницаемости. Этот способ проходки канала газификации называют также филь­трационной, воздушной или огневой сбойкой. При фильтрационной сбойке главная задача заключается в уве­личении пористости угли за счет выгазовывания его только в объе­ме канала газификации между скважиной истока и скважиной стока. Розжиг в устье одной из скважин производят с помощью специальных зажигательных патронов. Если розжиг образуют в устье скважины истока дутья, то сбойка называется прямой, а если в скважине стока газов —обратной. При прямой сбойке кислород дутья реагирует с огневым забоем канала газификации, и образующиеся при этом газы распространяются по порам и трещи­нам к скважине стока за счет депрессии, создаваемой в ней. В этом случае между скважиной истока дутья и скважиной сто­ка газа происходит выгазовывание угля в объеме, напоминающем форму груши (рис. 15.4). Чем больше газопроницаемость пласта в направлении между скважинами по сравнению с газопроницае­мостью в других направлениях, тем выгазованный объем становит­ся более вытянутым. При обратной сбойке дутье подается в скважину истока 1, а розжиг организуют в устье скважины стока 2 (рис. 15.5). Горе­ние в устье скважины стока поддерживается за счет притока части дутья в направлении от скважины истока. В связи с этим и огневой забой распространяется от скважины стока к скважине истока сравнительно узким и равномерным сечением канала газификации. За счет выгазовывания угля в канале газификации увеличивается сечение природных каналов, представленных порами и трещинами. Так как газопроницаемость угля неравномерная, то прожиг канала газификации происходит наиболее интенсивно в тех местах уголь­ного пласта, где выход дутья максимальный. В связи с этим канал газификации имеет неправильную форму, особенно при прямой сбойке. Обратная сбойка скважин применяется в абсолютном большин­стве случаев, так как прямой сбойке присущи существенные недо­статки: 1) объем газов и паров воды в канале больше, чем объем дутья, израсходованного на их получение. В связи с этим при прочих равных условиях количество дутья, проходящее через канал гази­фикации при прямой сбойке, меньше, чем при обратной; 2) так как при прямой сбойке выгазовывание начинает проис­ходить в призабойных участках скважины истока, то при этом обнажается кровля пласта, что приводит к ее обрушению и в результате к дополнительным потерям дутья в непродуктивную тол­щу покрывающих пород; 3) при прямой сбойке выгазовывание происходит на сравни­тельно широких участках, а это сопровождается значительно большими, чем при обратной сбойке, расходами дутья на единицу ка­нала газификации. Электросбойкой называют процесс создания канала гази­фикации путем разогрева угля в объеме этого канала с помощью электрического тока. Нагрев угля в канале газификации под дей­ствием электрического тока возможен в том случае, когда выделе­ние тепла в канале будет превышать его потери в окружающую среду и на испарение влаги. Уголь при обычных температурах является диэлектриком. Диэлектрики в электрическом поле нагреваются за счет диэлектри­ческих потерь в том случае, если эти потери будут больше, чем коли­чество тепла, которое отводится в окружающую среду. При выпол­нении этого условия диэлектрик будет нагреваться, а его электрическое сопротивление падать. Наконец, при некоторой температуре он станет проводником. Это явление называется тепловым про­боем диэлектрика. Температура, при которой диэлектрик теряет свою электрическую прочность и переходит в разряд про­водников, называется температурой теплового пробоя диэлектрика. Для угля напряжение теплового пробоя сравнительно низкое по сравнению с другими диэлектриками и исчисляется несколькими тысячами вольт. Это объясняется тем, что в электрическом поле уменьшение электрического сопротивления угля происходит не только в связи с повышением температуры, но и в связи с корен­ным изменением его структуры и свойств. При обычной температуре удельное электрическое сопротивле­ние, например для угля типа антрацита, примерно равно 5÷10 Ом∙м, а при температуре 900°С, когда он превращается в кокс, его удельное электрическое сопротивление в миллионы раз меньше. Процесс нагрева угля и уменьшения его электрического сопро­тивления в канале газификации носит лавинообразный характер. При повышении температуры увеличивается электропроводность угля, а это, в свою очередь, приводит к большему выделению теп­ла и большему росту температуры. Начальное напряжение электрического тока, при котором про­исходит тепловой пробой, называется критическим напря­жением Uк. Для подмосковных углей Uк =1500 В, для лисичан­ского угля Uк =3000 В, для углей Южно-Абинской станции Подземгаз Uк = 5000 В. Для создания канала газификации с помощью электросбойки в скважины истока дутья и стока газа вставляют электроды. По всей длине скважины электроды изолируются от обсадной трубы и входят в контакт с углем только у устья скважины. При подклю­чении электродов к источнику высокого напряжения обычной ча­стоты начинает постепенно разогреваться канал газификации. Так как наибольшая напряженность электрического поля имеет место в непосредственной близости от электродов, то и наибольший про­грев угля наблюдается на участках, прилегающих к электродам.

При температуре угля около 200 °С происходит его тепловой пробой, т. е. он из диэлектрика переходит в проводник. В этом слу­чае на участке канала газификации, где температура превысила 200°С, уголь будет интенсивно нагреваться и превращаться в кокс, который является хорошим проводником. Это, в свою очередь, по­зволяет условно сблизить расстояние между электродами и тем самым интенсифицировать процесс электросбойки.

Отвод газов, образующихся при проходке канала газификации электросбойкой, производят через трубчатые электроды скважин. Для повышения проницаемости канала газификации после элек­тросбойки в скважину истока подают воздушное дутье повышен­ного давления. В результате реагирования кислорода воздуха с раскаленным углем канала газификации увеличивается его пористость, что позволяет при ведении непосредственно процесса га­зификации значительно снизить давление дутья. Скорость электросбойки канала газификации составляет 1,3 — 2 м/сут, расход электроэнергии на 1 м канала 300—380 кВт∙ч и воздуха 7000—7500 м3 при давлении его подачи (2—3)∙105 Па. Себестоимость образования канала газификации электросбой­кой на 25—30% ниже, чем прожигом. Проходка канала газификации бурением применяется сравни­тельно широко при отработке крутых пластов. Одной из основных трудностей при этом является управление движением забоя сква­жины. Задача заключается в том, чтобы скважина «пронизала» угольный пласт и не вышла во вмещающие породы на участке га­зификации. После окончания работ по проходке канала газифика­ции приступают собственно к газификации.

Технология и показатели подземной газификации угля. Подземная газификация угля может вестись одним или не­сколькими параллельными каналами. Многоканальная газифика­ция может вестись параллельно пли последовательно. При много­канальной газификации перемещение огневого забоя от скважины к скважине осуществляют путем изменения количества дутья в ту или иную скважину. Огневой забой при этом перемещается в сто­рону, где количество дутья максимальное. Выгазовывание пласта при подземной газификации угля проис­ходит в две стадии: первая стадия без обрушения кровли выгазованного пространства; вторая стадия — с обрушением. На первой стадии ширина выгазованного пространства сравнительно невели­ка и кровля, опираясь на пласт, находится в устойчивом состоя­нии. С увеличением ширины выгазованного пространства кровля прогибается и обрушается, заполняя выгазованное пространство. Обрушение кровли происходит не только в результате горного дав­ления, но и под действием температуры, когда породы расслаива­ются, растрескиваются, вспучиваются и оплавляются. Выгазованное пространство заполняется не только обрушенны­ми породами, но и шлаками, образовавшимися в результате гази­фикации угля. Существенную роль в подземной газификации угля играют под­земные воды. Расход тепла на испарение подземных вод изменяет­ся в широких пределах. На хорошо сдренированных участках он составляет 6—9%, а на неосушенных участках — до 30—40% тепла сгорания газифицируемого угля. Основной задачей дренажных ра­бот на участке подземной газификации является поддержание уровня подземных вод таким, который бы обеспечивал участие в процессе газификации необходимого количества воды. В процессе подземной газификации угля необходимо осущест­влять контроль за ходом этого процесса с целью максимальной eго продуктивности и эффективности. Контроль сводится к измерению количества и давления воздушного дутья: определению состава и измерению количества, давления и температуры продуктивных газов, определению содержания и примесей газовых вод, измерению уровня подземных вод в выгазованном пространстве, подземном газогенераторе и дренажных скважинах. Кроме этого, ведется кон­троль за герметичностью затрубного пространства, за изменением сечения скважин, за состоянием земной поверхности, а также за исправностью конструкций наземной и подземной частей газогене­ратора. Управление работой подземного газогенератора сводится к рас­пределению потоков дутья и газа по каналам газификации и свое­временному вводу в работу новых каналов газификации вместо отработанных. Распределение дутьевых и газовых потоков необходимо произ­водить таким образом, чтобы обеспечить процесс газификации с возможно высоким химическим к. п. д. при минимальных потерях дутья и обеспечении количественных и качественных показателей по продуктивному газу. Критерием для оценки необходимости изменения количества дутья является теплота сгорания и состав продуктивного газа на выходе из соответствующей газоотводящей скважины. Параметры дутья выбираются такими, чтобы удельный его рас­ход Д, необходимый для выработки 1 м3 газа, удовлетворял сле­дующему соотношению: Д=KNг / Nд (15.19) где Nг и Nд — содержание азота в газе и в дутье соответственно; К—коэффициент, численное значение которого больше единицы, характеризует потери дутья при газификации. Удельный расход дутья зависит от многих факторов геологиче­ского и технологического характера. Одним из эффективных способов управления процессом газифи­кации угля является реверсирование направлений движения дутья и продуктивного газа. Этот прием используется в том случае, когда изменение интенсивности дутья не приводит к положительному ре­зультату. Для обеспечения максимальной продуктивности и эффективно­сти процесса подземной газификации угля его необходимо осуще­ствлять при параллельной работе нескольких каналов.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.