5.2. Розрахунок основних параметрів підземної газифікації вугілля

5.2.1. Інтенсивність процесу газифікації

При подземной газификации угля основным параметром процесса является интенсивность процесса газификации. Она зависит от ряда влияющих факторов, большинство из которых определяются опытным путем.

Расчет ведется в такой последовательности.

При отсутствии данных об элементарном составе газифицируемого угля теоретический удельный объем сухого воздуха, т.е. без паров воды, подаваемого в блок сжигания для полного сгорания угля рассчитывается по формуле:

, нм³/кг (5.1)

где — низшая теплота сгорания рабочей массы угля, Дж/кг;

W^r— влажность рабочей массы угля, %;

а'— опытный коэффициент, зависящий от марки угля, принимается в диапазоне значений 1,08—1,11.

Коэффициент избытка воздуха определяется по формуле:

, (5.2)

где х'— опытный коэффициент, определяемый в зависимости от типа угля в диапазоне значений 18,2—19,9;

О₂' — содержание в сухом газе ПГУ по объему О₂, %;

СО' - то же СО, %;

Н₂' — то же Н₂, %;

H₂S' — то же H₂S , %;

СН₄' - то же СН₄, %;

С₂Н₄'— то же С₂Н₄, %.

Коэффициент, учитывающий утечки газа в подземном газогенераторе определяется по формуле:

, (5.3)

где U_у – утечки газа, %.

Реальный выход сухого газа ПГУ с газифицируемого угля:

, нм³/кг. (5.4)

Химический КПД процесса газификации:

, (5.5)

где Q_нг – теплота сгорания газа газификации, Дж/м³.

Скорость выгазовывания угольного пласта:

, т/ч (5.6)

где ν – абсолютный водоприток в зоны газификации, м³/ч;

m— мощность угольного пласта, м.

Пример.Рассчитать интенсивность выгазовывания угольного пласта для следующих условий:

1) низшая теплота сгорания рабочей массы угля:

Q_н^у= 30∙10⁶Дж/кг;

2) влажность рабочей массы угля W^r= 10%;

3) содержание горючих газов в продукте в %:

О₂= 0,2; СО = 9,06; Н₂= 14,45; H₂S = 0,07; СН₄= 2,72; С₂Н₄= 1,02;

4) утечки газаU_у= 5,5%;

5) теплота сгорания газа газификации Q_нг= 3,8∙10⁶Дж/м³;

6) абсолютный водоприток в зоны газификации v= 9 м³/ч;

7) мощность пласта m = 4,0 м.

Решение.1. Теоретическийобъем сухого воздуха на полное сгорание угля:

.

2. Коэффициент избытка воздуха:

3. Коэффициент, учитывающий утечки газа:

4. Реальный выход сухого газа ПГУ:

5. Химический к.п.д.:

6. Скорость выгазовывания угольного пласта:

Завдання 2: Рассчитать интенсивность выгазовывания угольного пласта длязаданныхусловий (Приложение А).

5.2.2. Виробництво дуття

Производство дутья имеет первостепенное техническое и экономическое значение при подземной газификации углей. Мощность станции Подземгаз по газу при прочих равных условиях определяется ее мощностью по производству дутья.

На выработку воздушного дутья идет около 80% всей энергии, расходуемой на производство газа. Стоимость воздушного дутья себестоимости энергетического газа составляет около 30%.

Все это говорит о чрезвычайно большом значении правильного выбора давления и расхода дутья, а также типа воздуходувок.

Количество воздушного дутья, вырабатываемого в единицу времени, выбирается, исходя из заданной мощности станции Подземгаз по газу.

Удельный расход дутья, теоретически необходимый для выработки 1 нм³газа, определяется, исходя из содержания азотав газе и дутье, по уравнению:

, (5.7)

где Д'_т – удельный теоретический расход дутья для выработки 1 нм³газа, м³/м³;

N_г, N_д – содержание азота в газе и дутье, % об.

Но практически расход дутья на выработку газа всегда выше теоретического расхода. Некоторое количество дутья теряется при транспортировке по воздухопроводам и скважинам вскрытия до подхода к огневому забою, а также при движении дутья по каналу газификации. Часть кислорода дутья расходуется на образование твердых и жидких веществ, а не компонентов газа.

Кроме того, количество валового газа меньше количеств теоретического газа, так как часть газа, образовавшегося приреагированиидутья с углем, теряется как в подземном газогенераторе, так и при его транспортировке и охлаждении. Поэтому практический удельный расход дутья(Д_п, м³/м³) определяется по уравнению:

, (5.8)

где К – коэффициент, величина которого в основном характеризует потери дутья и газа при газификации угольного пласта (К=1,18).

Значения этого коэффициента зависят главным образом от проницаемости горных пород, вмещающих угольный пласт, характера обрушения этих пород над выгазованным пространством, давления газовой фазы в подземном газогенераторе, системы огневых работ и других факторов.

Отсюда для газификации 1т угля требуется воздуха:

V'_в=V'_сг ·Д_п·1000, м³/т. (5.9)

Тогда расход нагнетаемого воздуха составит:

V_в= V'_в·J, м³/ч. (5.10)

Рациональное давление дутья выбирается на основе ряда технических и экономических расчетов. На практике приходится учитывать технические характеристики дутьевых машин, изготавливаемых машиностроительными заводами, и выбирать рациональные гидравлические сопротивления трубопроводов, скважин и аппаратуры.

Выбор рациональной мощности дутьевой машины определяется главным образом исходя из мощности станции Подземгаз и колебаний мощности за сутки, месяц, год.

Этот выбор не должен приводить к установке большого числа машин, и в то же время число машин должно быть таким, чтобы позволяло изменением режима их работы (остановкой или пуском отдельных машин) обеспечивать необходимые колебания мощности станции Подземгаз, вызванные неравномерностью потребления газа. Все это корректируется экономическими данными о себестоимости дутья при применении различных машин.

В табл. 5.1приведены некоторые технические данные воздуходувок, изготовляемых Невским машиностроительным заводом им. Ленина, которые могут найти применение при подземной газификации.

Таблица 5.1

Технические данные воздуходувок, изготовляемых Невским машиностроительным заводом им. Ленина

Завдання 3: Рассчитать расход дутья на выработку газа, выбратьрациональнуюмощностьдутьевой машины и определить их необходимое количество длязаданныхусловий (Приложение А).