книги из ГПНТБ / Варанкин, Ю. В. Газовое хозяйство заводов учеб. пособие

конструктивно все узлы более совершенны. Повышенные требования предъявляются к организации циркуляции воды и к водоподготовке.

Как следует из материалов XI Международного газо­ вого конгресса, проходившего в Москве в июне 1970 г., в ряде стран за рубежом, в том числе в ГДР, ЧССР, ФРГ, Англии и США, газификация твердых топлив в плотном слое с парокислородным дутьем под давлением продолжает развиваться. Согласно данным конгресса, производительность генераторов по газу доведена до 20 000—25 000 м3/ч.

В Советском Союзе в период интенсивной разведки и бурного развития добычи природного газа, использова­ ние которого в народном хозяйстве лимитируется сейчас в основном только его транспортированием, работы по развитию газогенераторов с целью производства и даль­ ней передачи генераторного газа ныне прежней актуаль­ ности не имеют. Однако газификация твердых топлив под давлением может-вновь стать перспективной, если ее

осуществлять как углубленную предварительную подго­ товку этих топлив к сжиганию на крупных электростан­ циях с обессериванием газа перед сжиганием. Для этого производительность генераторов должна быть доведена до 1 0 0 0 0 0 или 2 0 0 0 0 0 м3 газа в час.

В этом отношении несомненный интерес представляет примене­ ние парокислородного дутья под давлением в газогенераторах с псевдоожиженным («кипящим») слоем, когда повышению теплотвор­ ности газа сопутствует увеличение интенсивности процессов газооб­ разования. В некоторых странах за рубежом (ГДР, Болгарии, Япо­ нии, Югославии) генераторы с «кипящим» слоем уже достигли про­

конструктивной разработки. Конструкция такого генератора произ­ водительностью 100 000—200 000 м3 /ч, разработанная Ленгипрогазом совместно с ИГИ, представлена на рис. 4.4 [36].

Мелкозернистое топливо непрерывно подается тремя шнеками в «кипящий» слой на высоте примерно 0 , 6 м от дутьевой колоснико­ вой решетки с малым живым сечением (3—5%). Для уменьшения уноса верхняя часть генератора расширена до 3 м (в нее подается вторичное дутье), а для улавливания иепрореапировавших частиц топлива газ перед выходом из генератора проходит последовательно через два встроенных циклона.

Интенсивность работы такого генератора, т. е. напряжение пло­ щади поперечного сечения шахты генератора, может быть доведена

70

•72

до 1 0 0 0 0 — 1 2 0 0 0 кг топлива на 1 м2/ч [36], что в 2 0 раз превышает интенсивность газификатора сланцевых генераторов, показанных на рис. 4.3, и в 40—50 раз — простых слоевых генераторов, схема, которых была приведена на рис. 4.1.

В заключение приведем сводную таблицу, в которой даны значения состава, теплотворности и жаропроизво­ дительности основных видов искусственных горючих га­ зов, получаемых из твердого топлива (табл. 4.5). Для сопоставления здесь приведены также характеристики природного газа и газа, получаемого на нефтеперераба­ тывающих заводах (крекинг-грза), схема производства которого дана в гл. 5.

§ 4.5. Получение горючих газов при подземной газификации твердых топлив

Идея газификации углей непосредственно в пластах без их разработки под землей и без выемки угля на по­ верхность земли была впервые выдвинута еще в 1888 г. Д. И. Менделеевым. Социально-техническое значение этой проблемы высоко оценил В. И. Ленин в статье «Одна из великих побед техники» (Поли. собр. соч.,

т.23, стр. 93—95).

В20-е годы Б. И. Боккий, а затем И. П. Кириченко, В. А. Матвеев, В. С. Тон и другие предложили различ­ ные схемы подземной газификации. Разработка и испы­ тание схем осуществлялись в СССР в 30-х годах. В 1935 г. в Донбассе впервые в мире были проведены опы­ ты подземной газификации в промышленном масштабе, давшие весьма обнадеживающие результаты.

Способ, по которому был осуществлен процесс, назы­ вается методом потока или шахтным методом. Положи­ тельные результаты получены по этому методу на вер­ тикальных или круто расположенных пластах спекаю­ щихся углей. Именно для таких условий метод потока и может получить дальнейшее развитие.

Сущность его состоит в следующем (рис. 4.5). С по­ верхности земли до угольного пласта делаются две вер­ тикальные или хрутонаклонные шахты. Эти шахты про­ ходят сквозь угольный пласт до его подошвы с накло­ ном, соответствующим наклону пласта. В штреке, сое­ диняющем шахты, разжигается костер, и при подаче в штрек (канал) в надлежащем количестве воздуха в нем

73

происходит газификация угля по всей толщине слоя. Воздух подается по одной шахте, а генераторный газ отводится по другой. Естественно, что порода, окружаю­ щая выделенную угольную панель, должна быть газоне­ проницаемой во избежание чрезмерной утечки газа. Ос­ тающиеся в процессе газификации зола и шлаки запол­ няют нижнюю часть канала, а сам канал как бы посто-

V янно перемещается вверх по высоте пласта по мере его газификации.

Рис. 4.5. Схема подземной газификации углей шахтным методом.

Попытки перенесения этого метода (еще до войны) в Подмосковный бассейн на бурые многозольные плохо спекающиеся угли, расположенные к тому же в слабо­ наклонных или даже в горизонтальных пластах, не увен­ чались успехом. Своды канала, где происходили горение и газификация пласта угля, обрушивались, и процесс прекращался.

Для таких углей и пластов еще ранее в Энергетиче­ ском институте им. Г. М. Кржижановского был теорети­ чески обоснован, тщательно исследован и разработан другой способ, получивший название фильтрационного

[4 5 ].

Этот метод основан на газификации угольного пласта воздухом, фильтрующимся через всю его толщу. Чтобы можно было осуществлять «продавливание» воздуха че­ рез уголь, последний должен быть газопроницаемым. В естественном виде угли (особенно бурые) обладают не-

74

которой трещиноватостью, усиливающейся во время ра­ зогревания и газификации. Однако для увеличения этой начальной трещиноватости необходимо предварительно создать повышенную проницаемость угля. Это может осуществляться несколькими способами.

Один из них заимствован из практики нефтеразработок и называется методом гидравлического разрыва.

В угольный пласт через скважины закачивается вязкая жидкость, например соляной раствор. За счет давления в забое, повышенного .в два-три раза по сравнению с гид­ равлическим напором на глубине залегания пласта, в угле образуются трещины радиусом до 50 м и шириной до 0,5—0,8 мм. Жидкость, заполняющая эти трещины, благодаря своей повышенной вязкости удерживает во взвешенном состоянии песчинки и заносит их в трещины, обеспечивая их сохранение там после снятия давления и откачки этой жидкости. Дальнейшее увеличение тре­ щиноватости осуществляется уже во время самого про­ цесса газификации.

Другой способ создания первоначальной повышенной трещиноватости угля в пласте, а значит, и его газопро­ ницаемости основан на методе термической подготовки участка угля, предназначенного для подземной газифи­ кации. Его принципиальная схема также разработана в Энергетическом институте им. Г. М. Кржижановского и представлена на рис. 4.6. При этом методе дутье подает­ ся в несколько скважин ряда I, а выдача генераторного газа осуществляется через скважины ряда II. Часть га­ за, однако, отсасывается и из скважин ряда III. Этот горячий газ, фильтруясь через пластемежду скважинами ряда I и III, термически подготавливает его, создавая необходимую повышенную трещиноватость угля в пла­ сте. Так, перемещая зону частичного отбора газа, ведут последовательную подготовку, а затем и газификацию всего пласта.

Состав и теплотворность любого генераторіного газа определяется прежде всего видом дутья. Так как при подземной газификации дутье обычно воздушное, то и состав газа, полученного из угля, аналогичен составу воздушного генераторного газа. Он примерно на 70% забалластирован азотом и углекислотой, теплотворность его обычно не превышает 3500—4000 кДж/нм3 (см. табл. 4.6).

75

Рис. -4.6. Схема подземной газификации углей фильтрационным методом:

а — вертикальный разрез; 6 — горизонтальный разрез по пласту.

подземного газа. Толщина угольных пластов была здесь 2—2,5 м. Именно на этой станции освоен и усовершен­ ствован бесшахтный фильтрационный метод газифика­ ции.

76

Таблица 4.6

глубина залегания их 100—200 м. На этой станции, при­ меняющей в общем фильтрационный метод газификации, с 1963 г. успешно проводятся работы также и по новому методу так называемого горизонтального бурения, когда из вертикальных или наклонных вначале скважин диа­ метром 150 мм бурение далее в самой толще угольного пласта переходит в почти горизонтальное на расстояние порядка до 100 м. Это значительно ускоряет работы по созданию подземных газогенераторов и способствует улучшению организации самого процесса газификации пласта [31].

Следует отметить, что работы по подземной газифи­ кации проводились в 50-х годах и применительно к слан­ цам. Выход газа был определен .в 1400 нм3 на тонну сламца; теплотворность газа немногим более 3000 кДж/нм3 [19].

Проводятся работы по подземной газификации топ­ лив и за рубежом, в частности в ЧССР.

Газ подземной газификации с теплотворностью 3100— 4200 кДж/нм3 преимущественно используется в промыш­ ленных печах и на электростанциях.

Наиболее перспективной представляется в будущем подземная газификация многозольных углей, находя­ щихся в тонких и лежащих глубоко под землей пластах. Работы по совершенствованию этого метода проводятся в направлении значительного сокращения удельных ка­ питаловложений и эксплуатационных расходов, а также

77

повышения к. п. д. газификации, определяемого в основ­ ном потерями угля и утечкой газа под землей.

§ 4.6. Гидрогазификация углей

Ресурсы высококалорийного газа могут быть увеличены путем осуществления гндрогазнфикацни углей, т. е. превращения органи­ ческого вещества угля й жидкие и газообразные компоненты в ре­ зультате взаимодействия с водородом при высокой температуре и давлении.

На рис. 4.7 показана компоновка различных устройств газового завода для получения заменителя природного газа методом гидро: газификации угля [12, 43]. Предварительно измельченный уголь частично окисляется и подогревается в реакторе /, а затем посту­ пает. в газогенератор высокого давления, где последовательно про­ ходит зону метанообразования 2 и зону газификации 3. В зоне ме-

Нг

Рнс. 4.7. Схема установки гидрогазификации углей.

танообразования при температуре 480—700°С в атмосфере водород­ содержащего газа под давлением до 10 000 кПа летучие угля прев­ ращаются в метай и другие газы, а в зоне газификации при более высокой температуре (до 940°) в результате взаимодействия угле­ рода с водяным паром образуются окись углерода, углекислота, водород и метан.

В газификаторе перерабатываемый уголь и получаемый газ дви­ жутся противотоком. Это позволяет использовать физическое тепло газа, полученного в зоне 3, для поддержания необходимого темпера­

78