Физико-химическая геотехнология процессы сжигания и газификация угля в подземных условиях. Сборник задач и заданий для практических занятий и самостоя

–– методике, разработанной Шаком и подробно рассмотренной в [6]; Оценить погрешность расчета αи по второй методике относитель-

но первой.

Все необходимые для выполнения задания исходные данные взять из Приложения 1 и табл. 2.5 в соответствии с заданным преподавателем вариантом.

Таблица 2.5

Усредненные данные по составу и результатам технического анализа углей ряда бассейнов

21

Задание 30. Определить теоретически возможный, т.е. не учитывающий возможные потери воздуха и продуктов газификации в окружающую среду, относительный (относительно Qir угля) вклад в формирование расходной части теплового баланса процесса подземной газификации угля на выходе из зоны газификации физического и химического тепла продуктов газификации и скрытой теплоты испарения находящихся в них паров воды. Температура продуктов газификации на выходе из зоны газификации угольного канала порядка

Т = 800 К.

Необходимые исходные данные для выполнения задания, а именно состав продуктов газификации и их влагосодержание, а также состав газифицируемого угля взять из Приложения 4 в соответствии с заданным преподавателем вариантом.

2.3. Технологические показатели

Задание 31. Определить среднюю за рассматриваемый период газификации реальную массовую скорость Gур газификации угля в подземных условиях при следующих определенных экспериментально исходных данных:

––элементный состав газифицируемого угля на рабочее состояние;

––состав продуктов газификации на сухое состояние и их влагосодержание;

––отнесенные к нормальным физическим условиям: средний объ-

емный расход Qв и общий объем Vвоб поданного на газификацию воздуха (замерены на входе в воздухоподводящую скважину); общий

объем полученных сухих продуктов газификации Vсоб.г (замерен после осушки продуктов газификации).

Расчет средней за рассматриваемый период газификации теоретической массовой скорости газификации угля Gу осуществить двумя методами, в основу которых должны быть положены объемные расходы подаваемого на газификацию воздуха и получаемых при этом продуктов газификации.

Необходимые для выполнения задания исходные данные взять из Приложения 4 и табл. 2.1 в соответствии с заданным преподавателем вариантом.

Задание 32. Определить приведенные к нормальным физическим условиям средние за рассматриваемый период реальные объемные расходы участвующего в газификации угля воздуха Qвр и получаемых

22

при этом влажных продуктов газификации Qгр при следующих определенных экспериментально исходных данных:

––природный вид и элементный состав газифицируемого угля на рабочее состояние;

––состав продуктов газификации на сухое состояние и их влагосодержание;

––отнесенные к нормальным физическим условиям: средний рас-

ход Qв и общий объем Vвоб поданного на газификацию воздуха (замерены на входе в воздухоподающую скважину); общий объем полученных сухих продуктов газификации – Vсоб.г (замерен после осушки продуктов газификации).

Приведенный к нормальным физическим условиям теоретический объемный расход сухих продуктов газификации определить двумя методами, в основу которых должны быть положены соответственно данные элементного состава угля и приведенные характеристики угля.

Необходимые для выполнения задания исходные данные взять из Приложения 4 и табл. 2.1 в соответствии с заданным преподавателем вариантом.

Задание 33. Определить теоретический химический КПД процесса подземной газификации угля при следующих экспериментально определенных исходных данных:

––элементный состав газифицируемого угля на рабочее состояние;

––состав продуктов газификации на сухое состояние. Газифицируемый уголь и подаваемый на газификацию воздух

предварительному нагреву не подвергались, поэтому вкладом их физического тепла в процесс газификации пренебречь.

Необходимые для выполнения задания исходные данные взять из Приложения 4 в соответствии с заданным преподавателем вариантом.

Задание 34. Определить длину угольного канала при подземном сжигании угля, обеспечивающую получение на выходе из канала продуктов полного сгорания угля в воздухе αв = 1, при следующих известных и ожидаемых исходных данных процесса:

––состав сжигаемого в подземных условиях угля;

––мощность сжигаемого горизонтального угольного пласта m;

––удельный массовый водоприток в угольный канал qвод;

––приведенный к нормальным физическим условиям объемный

расход подаваемого в блок сжигания воздуха Qв;

23

––температура воздуха на входе в угольный канал Тв;

––температура продуктов сгорания на выходе из угольного кана-

ла Тг.

Подача воздуха в блок сжигания осуществляется в режиме отсоса из него продуктов сгорания. Подсосами воздуха в сеть воздухоподводящих выработок блока сжигания и в угольный канал пренебречь.

Состав сжигаемого угля взять из Приложения 1, а числовые значения других исходных величин из табл. 2.6 в соответствии с заданным преподавателем вариантом.

Таблица 2.6

Усредненные данные по составу и результатам технического анализа углей ряда бассейнов

24

3. ПРИМЕРЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЙ

(Вариант 30)

Пример 1

1. Исходные данные В соответствии с заданным вариантом исходным углем является

донецкий полуантрацит, имеющий следующий элементный состав на сухое безвольное состояние: Сdaf =91%, Hdaf =3,5%, Sdaf =2,7%, Ndaf =3,1%, Ddaf =1,5% и следующие показатели его технического анализа: Wtr =5% , Ad =17,0% .

2. Решение

1. Найдем состав полуантрацита на рабочее состояние. Учитывая рекомендации [1] по переходу от сухого и сухого беззольного состояния к рабочему, получаем:

Or = 0,7885 1,5 ≈1,19%.

2.Проверим полученные результаты:

Cсr +Hr +Scr + Nr +Or +Wtr + Ar =

= 71,75 + 2,76 + 2,13 +1,02 +1,19 +5,0 +16,15 =100%.

Следовательно, состав полуантрацита на рабочее состояние определен правильно.

Пример 2

1.Исходные данные (см. пример 1)

2.Решение

1. Найдем элементный состав полуантрацита на рабочее состояние. Состав полуантрацита на рабочее состояние был найден в при-

25

По формуле Д.И. Менделеева [2]

Qir =399,0Cr +1030Hr −108,8(Or ‡Scr ) −24,62Wtr =

=399,0 71,75 +1030 2,76 −108,8(1,19 −2,13) −24,62 5 =

=27129,36 кДжкг ;

по формуле ВТИ [2]

при использовании формулы ВТИ

δ =100 27094, 21 −26920 = 0,65%. 26920

Анализ обеих величин δ показывает, что точность расчетов Qir по обеим формулам довольно высока и практически одинакова. Следовательно, обе эти формулы можно использовать на практике для расчетов Qir при известных составах угля.

Пример 3

1. Исходные данные В соответствии с заданным вариантом исходным углем является

донецкий полуантрацит, имеющий следующие показатели его технического анализа: Wtr =5% , Ad =17,0% , V daf = 7,5% .

26

2. Решение

1. Определим величину Qidaf . Для этого, как указано в задании

воспользуемся полиномами Qidaf = f (V daf ) 2-й и 4-й степени, рекомендованными для этих целей в [1].

Для полуантрацитов данные полиномы имеют следующий вид: 2-й степени

Qidaf = 2530 + 231,5V daf −8,8(V daf )2 ;

4-й степени

Qidaf =32257 +365V daf −25,1936(V daf )2 + + 0,62302(V daf )3 −0,00555(V daf )4 ,

где Qidaf = кДжкг ; V daf = %.

Подставляя значениеV daf , получаем:

Qidaf =32530 + 231,5 7,5 −8,8 7,52 =33771, 25 кДжкг ;

Qidaf =32257 +365 7,5 −25,1936 7,52 +

+0,62302 7,53 −0,00555 7,54 =33822,63 кДжкг

2.Найдем величину Qir . Согласно [1] это можно сделать следующим образом:

Qir =Qidaf 1 −0,01(Wtr + Ar ) −24,62Wtr ,

где Qir ,Qidaf = кДжкг ; Wtr , Ar = %.

Предварительно найдем Ar . Имеем (см. пример 1) Ar =16,15% . Окончательно получаем:

при применении Qidaf = f (V daf ) в виде полинома 2-й степени

Qir =33771, 25[1 −0,01(5 +16,15)]−24,62 5 = 26488,65 кДжкг ;

27

при применении Qidaf = f (V daf ) в виде полинома 4-й степени

Qir =33822,63[1 −0,01(5 +16,15)]−24,62 5 = 26529,13 кДжкг .

3. Учитывая, что у донецкого полуантрацитаQirэ =26920кДж/кг (см. приложение 1), оценим погрешность определения Qir по данным

технического анализа Wtr , Ad ,V daf и (см. пример 2). Имеем:

при использовании полинома Qidaf = f (V daf ) 2-й степени

δ =100 26488,65 −26920 =1,6%. 26920

при использовании полинома Qidaf = f (V daf ) 4-й степени

δ =100 26529,13 −26920 =1,5%. 26920

Анализ обеих величин δ показывает, что погрешность определения величины Qir полуантрацита с помощью обоих полиномов Qidaf = f (V daf ) практически одинакова. Она несколько выше, чем при определении Qir по формулам Д.И. Менделеева и ВТИ, однако остается вполне приемлемой для практических расчетов Qir по данным технического анализа угля.

Пример 4

1. Исходные данные В соответствии с заданным вариантом исходным углем является

донецкий полуантрацит, имеющий Qir = 26920кДж/кг , Wtr =5,0%

и Ad =17,0% . Величины Ad и Wtr увеличились соответственно на 2

и 4 %.

2. Решение

1. Определим новые показатели влажности (Wtr ) и зольности (Ad) полуантрацита. Получаем:

(Wtr )H =Wtr +Y =5 + 4 =9%; ( Ad )H = Ad + X =17 + 2 =19%.

28

2. Определим новую величину Qir . Согласно [1] это можно сделать следующим образом:

где (Qir )H ,Qir = кДжкг , Wtr ,( Ad )H = %.

Предварительно найдем величины Ar и ( Ad )H Имеем:

Аr = 16,15 % (см. пример 1);

Пример 5

1. Исходные данные В соответствии с заданным вариантом исходным углем является

донецкий полуантрацит, имеющий Qir = 26920кДж/кг , Wtr =5,0% . Величина Wtr полуантрацита увеличилась на 5%.

2. Решение

1. Определим новое значение Wtr полуантрацита в результате его дополнительного увлажнения

(Wtr )H =Wtr +Y =5 +5 =10%.

2.Определим величину Q полуантрацита при Wtr =10% . Согласно

[1]это можно сделать следующим образом:

29

3. Определим тепловые калорийные эквиваленты исходного и увлажненного до Wtr =10% полуантрацита. Согласно [1] получаем:

Найдем массы условного топлива в пределах оконтуренного газо-

генератора у исходного и увлажненного до Wtr =10% полуантрацита. Согласно [l] получаем:

Му.т =МуЭк =100000 0,919 =91900 т; (Му.т )H =Му (Эк )H =100000 0,87 =87000 т.

где Му – масса исходного угля.

Таким образом, увлажнение полуантрацита до Wtr =10% привело к потере в пределах оконтуренного газогенератора порядка 4900 тонн условного топлива.

Пример 6

1.Исходные данные (см. пример 1).

2.Решение

1. Найдем элементный состав полуантрацита на рабочее состояние.

Состав полуантрацита на рабочее состояние был найден в примере 1, поэтому воспользуемся этими результатами: Ccr = 71,75%,

Hr = 2,76%, Scr = 2,13%, Nr =1,02%, Or =1,19%.

2. Определим теоретический объем сухого воздуха VСo.В , необходимыйдляполногосгорания1кграбочеймассыполуантрацитасαв =1,0. Согласно [3] это можно сделать следующим образом:

VС.Вo = 0,0889Cr +0, 2676H r +0,0333(Scr −Or ) =

= 0,0889 71,75 +0, 2676 2,76 +0,0333(2,13 −1,19) = 7,15 нор.м3с.в .

кг угля

30