Внз «донецький національний технічний університет» кафедра природоохоронної діяльності




НазваниеВнз «донецький національний технічний університет» кафедра природоохоронної діяльності
страница6/14
Дата13.11.2012
Размер2.08 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ШАХТНОГО МЕТАНА


Яковлева А.А., Ефимов В.Г.


Ресурсы природного газа в Украине не достаточны для удовлетворения собственных потребностей. В то же время страна имеет богатые газо-насыщенные угольные месторождения. По оценкам специалистов ГРГП «Донбассгеология», запасы метана в угольных пластах и вмещающих породах составляют 15 трлн. м3.

Известны случаи извлечения из закрытых шахт значительных объемов газа, пригодного для использования.

Анализ зарубежного опыта показывает, что получение газа из ликвидированной шахты, пригодного для утилизации по количеству и качеству, возможно далеко не всегда. Так, в Германии из 24 закрытых шахт в 17 дебит метана составлял 1-8 м3/мин и только в семи высокопроизводительных к моменту засыпки стволов выделялось от 13 до 112 м3/мин. Остановленные предприятия с высоким дебитом газа отличались: высокой (более 15 м3/т с.б.м.) газоносностью угля; минимальным количеством выработок, связывающих шахту с земной поверхностью; значительной производительностью очистных забоев перед остановкой; отсутствием притока воды в выработки. В Донбассе нет ликвидируемых шахт, удовлетворяющих всем этим условиям. Большинство из ранее закрытых шахт (до 90-х годов) связано с земной поверхностью многочисленными шурфами, стволами и наклонными выработками, пройденными до глубоких горизонтов.

Один из способов улучшения качества шахтного метана и увеличения объема извлечения-дегазация подработанного углепородного массива скважинами, пробуренными с поверхности, хотя этот способ еще не доведен до совершенства. Экспериментально установлено, что при выемке угольного пласта с дегазацией кровли подземными скважинами из подработанного углепородного массива, разгруженного от горного давления, выделяется 70% десорбированного метана. Необходимость обеспечения энергетической безопасности Украины вызвала интерес к « угольному метану», чему способствует и ратифицированное Украиной Киотское соглашение, инициировавшее покупку квот на сокращение выбросов метана в атмосферу.

Весь метан, выделяющийся в шахте Донбасса, составляет 1,6% потребности страны в газе, но используется только часть его, так как существующие технологии не позволяют применять для прямого сжигания смесь, содержащую менее 25% метана. Примерно 55% шахт имеет низкие нагрузки на очистной забой (до 150 т/сут), а каптируемая смесь содержит менее 255 метана, что затрудняет его использование. Дебиты метана, каптированного в этих шахтах дегазационными системами, как правило, не превышают 10 м3/мин. Известно также, что при бурении скважин с поверхности степень дегазации породной толщи увеличивается до 90%.

Совсем недавно, 21 ноября, в Донецкой области в Красноармейске на шахте «Покровская» начата промышленная эксплуатация когенерационной электростанции. Эта установка значительно снизит выбросы шахтного газа в атмосферу, направит его на выработку электроэнергии, которая должна обеспечить потребителей качественным теплом.

Установка введена в рамках проекта «Энергетические блоки на базе газопоршневых когенерационных модулей», который реализуется на шахте «Покровская» с 2008 года.

В рамках проекта сооружена первая очередь когенерацонной электростанции (КГЭС), которая предназначена для утилизации шахтного метана и производства электрической и тепловой энергии. Первая очередь электростанции состоит из шести когенерационных модулей с общей электрической мощностью 18,2 МВт, тепловой мощностью 18 МВт и факельной установки HOFGAS. Основное топливо для станции - шахтный газ от подземной дегазации и газ метан от буровых скважин, пробуренных с поверхности.

Общая стоимость Проекта ПАО «Ш/У «Покровское» оценивается в сумму более 240 млн. грн. Реализация Проекта в полном объеме разрешит изымать и перерабатывать около 53,1 млн. м3 газа метана в год. Себестоимость такой энергии в 7 раз меньше, чем государственные тарифы, и 100% тепловой энергии с себестоимостью в 10 раз ниже, чем коммунальные тарифы.

Проект зарегистрирован в РКИК ООН. Правительство Нидерландов дало согласие на зачисление в Национальный реестр единиц сокращения выбросов по Проекту. Расчетное количество сокращенных выбросов будет составлять до 1 млн. тонн СО2 в год.

По объему используемого шахтного метана для производства электрической энергии Проект на сегодня второй в Украине.

Украина занимает четвертое место в мире по запасам шахтного метана и пятое — по выбросам его в атмосферу.

Первый вариант использования сепаратора СЦВ-7 в целях обеспечения безопасности шахтеров, находящихся в забое, производится интенсивная вентиляция. Концентрация метана (горючих газов) в данном газовом потоке составляет не более 0,75% на выходе из шахты, что делает непригодным этот газ для дальнейшего использования. В данном случае сепаратор СЦВ-7 необходимо устанавливать на выходе вентиляционной шахты, для очистки выходящего воздуха от угольной пыли, что предотвращает загрязнение окружающей среды.

Второй вариант использования сепаратора СЦВ-7 в системе дегазационного трубопровода, когда метан по трубам подается на поверхность. Таким образом, происходит утилизация метана.

Такое решение вопроса позволяет: уменьшить количество метана в местах, где работают шахтеры; попутно добывать метан из угольных шахт.

Концентрация метана в дегазационном трубопроводе составляет порядка 25-40%, что делает возможным его дальнейшее использование в качестве топлива для газо-поршневых, газотурбинных установок, теплоэлектростанций. В данном случае также возникает проблема в работе вакуумного насоса и кроме того после вакуумного насоса газ необходимо подать в ГТУ, ГПУ, ТЭЦ, поэтому необходима его дальнейшая очистка. Данный вариант добычи горючих газов из шахт может применяться также на законсервированных угольных шахтах.

Под заказ СЦВ могут исполняться на любое давление и производительность, в нержавеющей стали, а также комплектоваться автоматикой или механикой слива.

Преимущества:

• очистка как воздушного (газового), так и газожидкостного потоков, способен осуществлять разгазирование жидких фаз;

• высокая эффективность очистки;

• степень сепарации – 99,99% при любом давлении и производительности;

• отсутствие сменных фильтрующих элементов;

• широкий диапазон нагрузок;

• устойчивая работа в пробковом режиме;

• низкая металлоемкость;

• малые размеры и вес;

• гарантийный срок эксплуатации составляет 10 лет.

Так, сепараторы СЦВ-7 используются в схеме утилизации шахтного газа – газа с различной концентрацией метана, который образуется в угольных пластах и концентрируется в стволах шахт при добыче угля, а также, выделяется законсервированными угольными шахтами. Выброс метана в атмосферу оказывает губительное влияние на окружающую среду и является одной из причин возникновения явления глобального потепления на планете (его воздействие на окружающую среду в 21 раз выше чем у СО2). В настоящее время внедряется масштабная программа по конверсии шахтного газа, проводимой Донецкой шахтой им. А.Ф. Засядько, которая стала одной из первых в Украине по дегазации горных массивов и последующей безвредной утилизации спутника угля – метана. Шахтный газ будет служить источником энергии для 22-х когенерационных систем с суммарной тепловой и электрической мощностью 131 МВт. Вырабатываемое тепло и электроэнергию предполагается использовать для нужд производственных комплексов шахты и жилых массивов Донецка. Данный проект стал возможным благодаря оборудованию, установленному:

  • на обводной ветви вентиляционного ствола в разрыв существующего дегазационного трубопровода для очистки природного шахтного газа от влаги и угольной пыли, с целью обеспечения бесперебойной дегазации шахты;

  • на поверхности перед вакуумно-насосной станцией, с целью снижения концентрации угольной пыли в газовой смеси для увеличения срока службы вакуумных насосов.

Одной из перспективных программ использования сепараторов СЦВ-7, является их применение в нефтегазовой отрасли. При разработке новых нефтегазовых месторождений выделяемый попутный нефтяной газ (ПНГ), как правило, утилизируется путем сжигания из-за отсутствия оборудования, способного качественно отделить имеющийся в газе газоконденсат, что наносит значительный вред экологии. Очищенный газ может быть использован как продукт для реализации или в качестве топлива для газо-поршневых или газотурбинных электростанций, в целях его дальнейшей генерации в электроэнергию.


РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТАНА В УСЛОВИЯХ

ШАХТЫ ИМЕНИ А.А. СКОЧИНСКОГО


Гутник Д., Кравчук Е., Артамонов В. Н.


По количеству выбросов метана угольных шахт в атмосферу Украина занимает пятое место в мире. В результате работы угольной промышленности страны выделяется около 1,2 миллиарда кубометров метана в год. Примерно 15 процентов объема каптируется (то есть улавливается) системами дегазации шахт, а используется не более половины каптированного количества. Таким образом, большая часть шахтного газа выбрасывается в атмосферу. Согласно рамочной конвенции ООН по изменению климата метан принадлежит к газам, которые, по мнению специалистов, существенно влияют на создание парникового эффекта, т. е. удержанию тепла в атмосфере Земли. Объем удержания тепла тем или иным «парниковым газом» измеряется относительно двуокиси углерода (СО2). Считается, что за 100 лет метан способен удержать в 21 раз больше тепла в атмосфере, чем то же количество СО2. Метан и «парниковые газы» выделяются в атмосферу в результате естественных процессов, а также деятельности человека, в том числе при добыче угля.

Объект исследования – шахта им. А.А. Скочинского и выделяемый ею газ метан. Предмет исследования – технологии по рациональному использованию метана согласно его характеристикам на данной шахте.

Промышленная добыча и использование шахтного метана положительно повлияет на экономику Украины, состояние окружающей среды и работу угольной промышленности, что очень актуально в настоящее время. Идея утилизации метана, в изобилии присутствующего в угольных пластах страны, возникла около 50 лет назад. Однако до недавнего времени эта идея не получила практического воплощения в промышленных масштабах, которая принесла бы следующие результаты:

  • будет освоен альтернативный вид топлива, которое уменьшит зависимость Украины от импорта энергоносителей, прежде всего природного газа из России и других стран СНГ;

  • снизится объем выбросов метана (одного из наиболее сильных «парниковых газов») в атмосферу угольными предприятиями Украины;

  • работа шахт станет более продуктивной и безопасной.

Но как показал опыт шахты им. Засядько, себестоимость шахтного метана — с учетом затрат на обслуживание многочисленных дренажных скважин и компьютерной системы управления заслонками, а также амортизации уникального оборудования — втрое превышает цену импортного природного газа.

Цель работы – осуществление дегазации угольных пластов для безопасности труда шахтеров, использование добытого газа для обеспечения определенной экономии затрат на эти жизненно необходимые мероприятия, а также можно обеспечивать газом энергетические потребности только самой шахты, что принесет ощутимый экономический эффект.

Одной из шахт, где целесообразно разработать и внедрить проект извлечения и утилизации метана, является шахта имени А.А. Скочинского. Это обусловлено наличием значительных запасов метана, высокой удельной газоносностью угольных пластов в пределах горного отвода шахты, а также значительным уровнем годовой добычи угля. Размер площади земельного отвода шахты составляет 80 км2 с запасами метана около 6,8 млрд. м3. Шахтное поле содержит 30 угольных пластов общей мощностью 12,25 м; газоносность угольных пластов колеблется от 16 до 21м3/т.

Шахта им. А.А.Скочинского разрабатывает опасный по внезапным выбросам угля и газа угольный пласт h₆¹. На данный момент дегазируется 1-я западная лава центральной панели пла­ста h₆¹ и 5-я западная лава западной панели пласта h₆¹. Концентрация метана на выходе из дегазационной скважины равна примерно 9%. С момента начала работы дегазационной скважины метан ничем не улавливался и не использовался в хозяйстве шахты. Проект по дегазации осуществляется для соблюдения техники безопасности, т. к. пласт h₆¹ считается газообильным (табл. 1). Схема проветривания выемочного участка - возвратноточная с выдачей исходящей струи на выработанное пространство.

Наиболее рациональный способ использования извлеченного метана – подача его на котельные и использование для получения энергии. В настоящее время котельные на шахте работают от угля, что ведет к необходимости их переоборудования для работы с газом.

Внедрение систем дегазации и утилизации шахтного метана в блочно-модульных котельных позволит:

  • обеспечить на шахтах взрывобезопасные условия труда (снижена угроза взрыва);

  • значительно увеличить объемы и темпы угледобычи;

  • эффективно использовать выведенный на поверхность метан для переработки его в электроэнергию;

  • сократить расходы на тепло- и электроэнергию;

  • сократить расход первичного топлива (угля) на внутренние нужды;

  • решить проблемы эколого-экономического характера, а именно: снизить загрязнения окружающей среды;

  • значительно снизить экологические платежи за выбросы метана в атмосферу.


Таблица 1 - Качественная характеристика пласта


Лава

Вынимае-мая мощность,

м

Мощность угольных пачек, м

Плотность угля, т/м3

Зольность угля, %

Влажность угля, %

Выход летучих, %

Природная метаноно-сность, м3/т с.б.м.

1-я западная УПЦП

1,75

1,55

1,35

35,2

2,1

31

19

5-я западная ЗП

1,45

1,4

1,35

29,5

2,1

32,1

19


На основе анализа технические характеристики работы некоторых котельных, работающих от газа, можно заметить, что большинство котельных требует концентрацию метана от 25% и выше. Условием рационального использования метана на шахте им. А.А. Скочинского является выбор более сложных технологий по работе с газом, где концентрация метана менее 25%. При утилизации шахтного метана данной концентрации необходимо учитывать возможные взрывоопасные свойства смеси.

Для более четкого понимания следует обратить внимание на то, что сжигание метана происходит во взрывоопасном диапазоне. При сжигании метановоздушной смеси необходимо наличие метана с процентным содержанием в смеси около 7 % для сжигания всех углеродных и водородных элементов составляющих в газах CH4, CO2, а также H2O. Сжигательные установки устроены таким образом, что диапазон горючей (взрывоопасной) смеси находится в контролируемой зоне на выходе из горелки, где процесс сжигания непрерывно контролируется через реле контроля горения.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14

Похожие:

Внз «донецький національний технічний університет» кафедра природоохоронної діяльності iconЗаконодавство щодо здійснення діяльності по реалізації арештованого майна 43
Міністерство освіти І науки україни донецький національний університет кафедра господарського права
Внз «донецький національний технічний університет» кафедра природоохоронної діяльності iconДержавний вищий навчальний заклад Донецький національний технічний університет
Спеціалізація: «Енергомеханічні комплекси гірничого та гірничо- збагачувального виробництва» (емк)
Внз «донецький національний технічний університет» кафедра природоохоронної діяльності iconДержавний вищий навчальний заклад «донецький національний технічний університет» в І с т І
Друкується за рішенням Вченої ради державного вищого навчального закладу
Внз «донецький національний технічний університет» кафедра природоохоронної діяльності iconСписок рукописів підручників для внз, що поступили на грифування в іітзо з 05. 07. 2010 по 09. 07. 2010р
Донецький національний університет економіки І торгівлі імені Михайла Туган-Барановського
Внз «донецький національний технічний університет» кафедра природоохоронної діяльності iconАртем Кравченко Донецький національний технічний університет (науковий напрям: Матеріалознавство, гірництво та металургія)
Разработка метода оптимизации технических параметров разливки стали в вертикальный кристаллизатор криволинейной слябовой мнлз
Внз «донецький національний технічний університет» кафедра природоохоронної діяльності iconМіністерство освіти І науки україни донецький національний університет економіки І торгівлі імені михайла туган-барановського інститут обліку І фінансів
Донецький національний університет економіки І торгівлі імені михайла туган-барановського
Внз «донецький національний технічний університет» кафедра природоохоронної діяльності iconМіністерство освіти І науки україни донецький національний університет економічний факультет кафедра маркетингу затверджено
Робочу програму ухвалено на засіданні навчально-методичної комісії економічного факультету ДонНУ, протокол №2 від «06» жовтня 2010...
Внз «донецький національний технічний університет» кафедра природоохоронної діяльності iconResearch Profiles of scientists of the ntuu “kpi” who would like to cooperate with scientists of Warsaw University of Technology
Національний технічний університет України «кпі», факультет менеджменту та маркетингу, кафедра менеджменту
Внз «донецький національний технічний університет» кафедра природоохоронної діяльності iconДонецький національний університет економіки І торгівлі імені Михайла Туган-Барановського

Внз «донецький національний технічний університет» кафедра природоохоронної діяльності iconСевастопольський національний технічний університет на правах рукопису Кокодей Тетяна Олександрівна
Вступ
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница