Когенерация в Украине

КОГЕНЕРАЦИЯ В УКРАИНЕ

...наш опыт строительства газовых электростанций на базе газопоршневых мини-ТЭЦ*
карта сайта | контакты
О нас Оборудование GE JENBACHER Проектирование и сервис Аналитика Коммерческая информация
 

Справка по поиску


Главная / Аналитика / Утилизация особых газов / Мировой и отечественный опыт утилизации сбросного потенциала шахтного газа

Мировой и отечественный опыт утилизации сбросного потенциала шахтного газа

Свойства и происхождение шахтного газа

Процессы добычи угля приводят к высвобождению метана, который содержится в угольном пласте и окружающих породах. Этот шахтный газ несет опасность для шахтеров, поскольку метано-воздушная смесь может взорваться, если концентрация метана в метано-воздушной смеси составляет от 5 до 15%.

Традиционно, для удаления метана из атмосферы действующих подземных выработок, они вентилируются большим объемом чистого воздуха, что позволяет поддерживать безопасную концентрацию метана (до 2% в подземной выработке и до 0,75% в стволе шахты).

Помимо этого, применяются методы дегазации угольных пластов до начала их разработки, путем бурения вертикальных скважин с поверхности, а также горизонтальных и наклонных подземных скважин.
Через вертикальные скважины с поверхности самопроизвольно высвобождается практически чистый метан (CH4>90%), т.к. в пласте он находится под высоким давлением.

Через горизонтальные и наклонные подземные скважины, а также через специальные «газовые горизонты» метан откачивается вакуумнасосными станциями, которые находятся на поверхности. В этом случае на выходе водокольцевых насосов концентрация метана более низкая и составляет 15-55%, восновном из-за подсоса воздуха от действующих выработок. Помимо этого, метановоздушная смесь, как правило, очень запылена и имеет практически 100% влажность. На выходе водокольцевых насосов может присутсвовать и капельная влага. После окончания горных работ, концентрация метана повышается и стабилизируется.

Кроме содержания метана, шахтный газ содержит инертные компоненты, такие как углекислый газ (CO2) и азот (N2), которые оказывают существенное влияние на работу газопоршневого двигателя. Их содержание зависит от степени метаморфизма и геологической истории пласта. 
 

Происхождение метана
Концентрация CH4, %
Примечания
Метан из системы вентиляции действующей шахты
0.1÷0.75%
концентрация метана очень низкая и нестабильная
Из вертикальных дегазационных скважин поверхностного бурения
более 85%
концентрация стабильная, влажность низкая
Из подземных горизонтальных и наклонных дегазационных скважин действующих шахт, а также через специальные «газовые» горизонты
15÷60%
концентрация метана и давление газа не стабильные, высокая влажность (100%) из-за применения водокольцевых насосов. Возможны очень быстрые флуктуации концентрации метана из-за выбросов метана из полостей с высоким давлением; высокое содержание кислорода и пыли. Есть опасность достижения диапазона взрывоопасной концентрации (5÷15% CH4 в смеси с воздухом).
Из подземных горизонтальных и наклонных дегазационных скважин закрытых шахт
более 85%
стабильная концентрация метана и давление

Шахтный газ из вертикальных дегазационных скважин по своему химическому составу аналогичен природному газу. После несложной системы газоподготовки (стабилизация давления, приведение в допустимый диапазон температуры, влажности и очистка от пыли) он может сжигаться в газопоршневых двигателях как и природный газ, поэтому в дальнейшем шахтный газ из скважин поверхностного бурения не рассматривается.

Шахтный газ, который содержится в потоке вентиляционного воздуха с очень низкой концентрацией (из соображений безопасности, концентрация метана не дожна превышать 0.75%) непосредственно сжигаться в газопоршневых двигателях не может. Тем не менее, он также может быть полезно утилизирован, если будет подаваться в газопоршневой двигатель вместо воздуха, который необходим для сжигания основного топлива. При содержании в вентиляционном воздухе 0.5% метана, можно экономить до 9.5% природного газа, если использовать эту смесь вместо воздуха. В дальнейшем, шахтный газ этого происхождения (из вентилляционных стволов) также не рассматривается, поскольку он не оказывает существенного влияния на процесс сжигания основного топлива в газопоршневом двигателе.

Шахтный газ (метан) из горизонтальных и наклонных скважин («газовых горизонтов») систем дегазации действующих шахт

Как упоминалось выше, в зависимости от глубины залегания угольного пласта, степени метаморфизма и геологической истории, а также используемых технологий дегазации и герметичности трубопроводов, химический состав шахтного метана может изменяться в широких пределах.
В таблице №2 приведен химический состав шахтного метана некоторых шахт, на которых работают газопоршневые двигатели GE Jenbacher.

Таблица №2.Усредненный химический состав шахтного газа некоторых шахт

Компонент
Mont-Cenis, Herne / Германия (закрытая шахта)
Shirebrook Colliery / Англия (закрытая шахта)
Lohberg Dinslaken / Германия (активная шахта)
Tahmoor Colliery / Австралия (активная шахта)
CH4
68,6 %
76,0 %
43,8 %
31,5 %
CnHm
0,9 %
2,6 %
0,4 %
-
CO2
11,3 %
10,6 ´%
2,2 %
31,7 %
N2
18,9 %
10,7 %
43,7 %
31,0 %
O2
0,5 %
0,1 %
9,8 %
5,8 %
LHV (низшая теплота сгорания), ккал/нм³
6,9
8,2
4,5
3,1
MN (метановое число)
110
110
100
140
ламинарная скорость пламени, см/с
34
36
37
15

Неравномерный характер работы системы дегазации создает предпосылки к весьма нестабильному составу шахтного газа. Такие операции, как, например включение/выключение вакуумнасосов или изменение режима их работы, а также подземные работы могут приводить к очень быстрым изменениям концентрации метана и, соответсвенно, теплотворной способности газа.
На рис.№1 показаны характерные колебания концентрации метана на шахте им.А.Ф.Засядько, зафиксированные системой управления двигателями GE Jenbacher. На рис.№2 – колебания давления и концентрации метана на других активных и закрытых шахтах.


не окончена...

 

 

Трегуб Евгений, руководитель проектов ЧНПП "СИНАПС".
Использованы материалы компании GE Jenbacher GmBH & Co OHG (Dr.Gunter Herdin).

Перепечатка материалов только с письменного разрешения автора.





     
  ©  ЧНПП "СИНАПС". Все права защищены.
©  Разработка сайта  Студия РОМАрт 2006
03055 Киев, В.Василевской 7, ЧНПП "СИНАПС", т/ф +38 (044)238-09-67
ссылка на e-mail,  корпоративный сайт:  http://sinapse.ua
 
  *публикуемые материалы (кроме форума) отражают точку зрения компании "СИНАПС". Мы отвечаем за объективность и достоверность всей информации.
Перепечатка материалов только с разрешения редакции, ссылка на
ресурс о когенерации www.cogeneration.com.ua обязательна.