Загальна характеристика роботи - Обгрунтування технологічних параметрів підземної газифікації та спалювання бурого вугілля з використанням підземних вод

Актуальність теми. Для України енергетичне питання є одним з головних у зв'язку з недостатністю вітчизняних природних енергоносіїв, що потребує пошуків альтернативних джерел енергії та змін в підході до використання традиційних. Вугілля залишається головним паливо-енергетичним ресурсом України, який протягом наступних століть зможе задовільнити також потреби в хімічній сировині. Проблема раціонального видобудку вугілля з одночасним захистом навколишнього середовища для України є одною з приоритетних і соціально важливих. Особливо гостро вона стоїть в районах інтенсивного антропогенного і техногенного впливу, пов'язаного з переробкою та використанням твердих горючих корисних копалин. Підземна газифікація вугілля (ПГВ) і підземне спалювання вугілля (ПСВ), які поєднують розробку корисних копалин з їх одночасною підземною переробкою в єдиному технологічному процесі, здатні вирішити ці проблеми, але їх впровадженню перешкоджає низка принципових недоліків. По-перше, це недосконалість управління процесом підземного горіння та термохімічного перетворення вугілля, питання концентрації і транспортування продуктів спалювання на значні відстані, а також труднощі з забезпеченням оптимального гідродинамічного режиму.

У зв'язку з цим, в дисертаційній роботі була сформульована актуальна науково-практична задача розробки принципів функціонування енергетичних модулів підземного спалювання вугілля з використанням за проміжний рухомий теплоносій підземних вод у термічній зоні генератора на основі закономірностей термодинаміки газової і рідкої фаз в процесі керованої фільтрації теплоносія.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в рамках досліджень кафедри гідрогеології та інженерної геології Національного гірничого університету і є складовою частиною міжнародних проектів "Стан і перспективи розвитку підземної газифікації вугілля (ПГВ) в Україні" (ВФ-3) і "Стійкість геотехнічних систем", договір № М/319 - 2007 ОБ - 36, Дніпропетровськ, НГУ України, 2000 і 2007 рр. Напрям досліджень відповідає Постанові Кабінету Міністрів України від 28.03.1997 р. № 280 "Про хід перебудови вугільної галузі".

Мета роботи полягає в обгрунтуванні технологічних принципів та параметрів функціонування енергетичних модулів ПГВ і ПСВ з використанням підземних вод як теплоносія.

Задачі, вирішені в дисертаційній роботі, полягають в наступному.

    1. Виконати аналіз і математичне моделювання газо-, гідро - і термо - динамічних процесів ПГВ і ПСВ з визначенням їх режимів. 2. Обгрунтувати можливість використання підземних вод як теплоносія енергомодулів ПГВ і ПСВ. 3. Визначити на підставі закономірностей руху рідкої і газової фаз параметри управління фільтраційними потоками теплоносія. 4. Обгрунтувати технологічну схему енергетичного модуля ПСВ для конкретних умов вугільного родовища.

Ідея роботи полягає у використанні закономірностей руху газової і рідкої фаз в процесі керованої фільтрації підземних вод в підземній та наземній частинах технологічних модулів ПГВ і ПСВ.

Об'єкт досліджень - природні та технологічні фактори формування режиму ПГВ і ПСВ в складних гідрогеологічних умовах вугільних родовищ з використанням проміжного рухомого теплоносієм.

Предмет досліджень - закономірності фазового руху підземних вод у зоні ПГВ і ПСВ, а також параметри управління їх гідродинамічним режимом як теплоносія.

Методи досліджень. Для досягнення мети і вирішення задач, поставлених у дисертаційній роботі, виконаний комплекс досліджень, серед яких аналіз експериментальних даних, математичне моделювання теплофізичних процесів навколо підземного джерела горіння вугілля, кількісна оцінка газо - , гідро - і термодинамічних параметрів стану фазових перетворень у водоносних породах, порівняльний аналіз параметрів різних енергоустановок модуля ПСВ для конкретних умов Дніпровського буровугільного басейну.

Наукові положення, що виносяться на захист:

    1. Термодинамічний режим теплогенератора при підземному горінні вугілля формується трьохфазною системою "вода - газована рідина - водяний пар" з радіусом впливу до 8 м, який є близьким до розмірів зони газогідродинамічного впливу. Це надає можливість встановити раціональний режим експлуатації енергетичних модулів ПГВ і ПСВ без відбору холодної води в єдиному технологічному циклі з горінням вугілля. 2. Основна втрата енергії теплових модулів ПГВ і ПСВ відбувається в поверхневих трубопроводах, а стабілізація об'єму кондиційних підземних вод відбувається протягом першого року експлуатації родовища бурого вугілля, причому водовідбір комбінується вертикальними свердловинами з надвугільного і підвугільного горизонтів і каналом ПСВ зі зміщенням інтенсивності водовідбору з каналу в кінці циклу відробки ділянки.

Наукова новизна отриманих результатів.

    1. Уточнені математичні моделі газо - , гідро - і термодинамічних режимів при підземній газифікації і спалюванні вугілля в умовах водонасичених родовищ, та вперше встановлено, що найбільш достовірні результати основані на урахуванні фазових переходів у підземних водах. 2. Вперше обгрунтовано, що в межах термічної зони генераторів ПГВ і ПСВ підземні води є кондиційним рухомим теплоносієм, який можливо використати для передавання теплової енергії горіння вугілля до поверхневої енергоустановки, а також проведена оцінка теплових втрат теплоносія, яка дозволяє визначити термічні і гідродинамічні параметри на вході в енергоустановку. 3. Показано, що управління фільтраційними потоками підземних вод як теплоносієм досягається комбінованим водовідбором з свердловин і каналу вигоряння, що складає параметричну основу технологічної схеми енергетичного модуля ПГВ і ПСВ в складних гідрогеологічних умовах. 4. На основі термодинамічного аналізу ефективності енергоустановок різних типів для модулів ПГВ і ПСВ при відомих параметрах підземних вод як теплоносія встановлено, що для температур близько 100 С доцільно використати турбокомпресорні станції, а понад 170 С паротурбінні установки з різним числом ступенів.

Обгрунтованість і вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджується коректним аналізом досвіду ПГВ і ПСВ, використанням фундаментальних положень та аналітичних методів термо - та гідрогазодинаміки; задовільною збіжністю (похибка менше 20 %) результатів досліджень і фактичних даних експлуатацій станції підземного спалювання і газифікації вугілля.

Наукове значення роботи Полягає у встановленні кількісних закономірностей фізичних процесів у водонасичених породах при підземному спалюванні і газифікації вугілля і визначенні параметрів управління гідрогазодинамічним і термодинамічним режимами стану підземних вод як теплоносія.

Практичне значення отриманих результатів полягає в наступному.

    1. Встановлені кількісні параметри режимів підземного спалювання і газифікації вугілля з використанням підземних вод як теплоносія, що дозволяє підвищити енергетичну ефективність генераторів. 2. Обгрунтована схема управління фільтрацією підземних вод з комплексом заходів вдосконалення гідродинамічних умов розробки водонасичених родовищ вугілля способами ПСВ і ПГВ. 3. Розроблена технологічна схема модуля на основі ПСВ, яка дозволяє підвищити ефективність енергетичного використання вугілля.

Практична цінність роботи полягає в розробці та обгрунтуванні технологічних параметрів енергетичних модулів ПСВ, що є базою для розробки технічних рішень відпрацювання вугільних родовищ України зі складними гідрогеологічними умовами та проектування компактних і екологічних енергоустановок для районів підвищеного техногенного впливу на геологічне середовище.

Реалізація роботи. Основні результати роботи використані при прийнятті технічних рішень щодо проектування експериментальної ділянки ПСВ на Тарнавському родовищі бурого вугілля, а також у заключному звіті з міжнародного проекту "Стійкість геотехнічних систем".

Особистий внесок автора. Автором сформульовані мета, ідея і наукові положення роботи. Проведені теоретичні дослідження, розроблені методики розрахунку термо-, гідро - та газодинамічних параметрів підземних теплогенераторів ПГВ і ПСВ. Обгрунтована можливість використання підземних вод як теплоносія. Проведений аналіз ефективності енергетичних установок та розроблені технологічні принципи роботи енергомодулів.

Апробація результатів досліджень. Основні результати досліджень доповідалися, обговорювалися й одержали позитивну оцінку на міжнародних науково-практичних конференціях "Виробництво синтетичного моторного палива з вугілля Донецького басейну, як складова енергетичної безпеки Європи" (Луганськ, 2005 р.), на 4-й всеукраїнській науково-технічній конференції "Фізичні процеси і поля технічних і біологічних об'єктів" (Кременчук, 2005 р.).

Публікації. За результатами виконаних досліджень надруковано 7 наукових робіт, в тому числі 4 статті у фахових виданнях, 2 статті в інших виданнях, 1 - в матеріалах конференції.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновку, списку використаних літературних джерел з 153 найменувань і містить 147 сторінок машинописного тексту, 51 малюнок, 1 таблицю, 2 додатки. Загальний обсяг роботи 187 сторінок.

Дана робота виконана на кафедрі гідрогеології та інженерної геології Національного гірничого університету під керівництвом заслуженого діяча в галузі науки і техніки України, д. т.н., професора І. О. Садовенка, якому автор глибоко і щиро вдячний.

Похожие статьи




Загальна характеристика роботи - Обгрунтування технологічних параметрів підземної газифікації та спалювання бурого вугілля з використанням підземних вод

Предыдущая | Следующая