Труды МЭФ-т-1-Версия_5

К настоящему моменту отсутствует полное понимание картины физических процессов, сопровождающих образование газовых гидратов в пористой среде и необходимое для технологического использования газогидратов. Это в первую очередь объясняется значительными трудностями, которые возникают как при математическом моделировании данных процессов, так и их экспериментальном исследовании. Как показывают эксперименты по получению гидрата в лабораторных условиях, технологическое производство гидрата, сталкивается со значительными трудностями, и, в первую очередь, с чрезвычайно большими временными масштабами протекания процесса. Это обусловлено тем, что в самом начале процесса образования гидрата, на поверхности воды возникает гидратная корка, которая, как правило, имеет крайне низкую проницаемость для газа. Одним из перспективных способов решения данной проблемы, предагаемых в настоящей конкурсной работе, является синтез газогидрата в пористой среде, поскольку в такой среде за счет огромной поверхности контакта газа и воды достигается малая толщина водогидратного слоя.

В данной работе исследуется математическая модель образования газогидрата в результате нагнетания газа в природный пласт, насыщенный газом и водой. Предполагается, что полубесконечный пористый пласт в начальный момент времени насыщен газом и водой, давление и температура которых в исходном состоянии соответствуют термодинамическим условиям существования их в свободном состоянии. Через границу пласта закачивается такой же газ, причем его давление и температура соответствуют условиям образования газогидрата и поддерживаются на границе области постоянными. При постановке данной задачи полагается, что в результате закачки газа образуется три характерные области: ближняя, где поры заполнены газом и гидратом, промежуточная, в которой газ, вода и гидрат находятся в равновесии, и дальняя, которая заполнена газом и водой. В промежуточной зоне происходит образование гидрата.

Система основных уравнений, представляющая собой законы сохранения масс, энергии и закон Дарси, при допущениях о несжимаемости и неподвижности скелета пористой среды, гидрата и воды, а также пренебрежении баротермическим эффектом имеет вид:

g mSg hmShG div g mSg g 0 ,t

m l Sl m(1 G) hSh 0 ,t

190

где m – пористость; G – массовая концентрация газа в гидрате; j и Sj (j = sk, h, l, g) – истинные плотности и насыщенности пор j – ой фазы; g , kg , cg и g – соответственно скорость, проницаемость, удельная теплоем-

кость и динамическая вязкость газовой фазы; p – давление; T – температура; Lh – удельная теплота гидратообразования; с и – удельная объем-

ная теплоемкость и коэффициент теплопроводности системы; индексы sk, h, l и g относятся к параметрам скелета, гидрата, воды и газа соответственно.

Газ принят калорически совершенным:

p g RgT .

При образовании или разложении газогидрата в пористом пласте возникают зоны, в которых газ, вода и гидрат могут находиться в различных состояниях. На поверхностях разрыва между этими зонами, где терпят скачки насыщенности фаз, а также потоки массы и тепла, выполняются соотношения, следующие из условий баланса массы и тепла:

скорость движения этой границы. Температура и давление на этих границах полагаются непрерывными.

В трехфазной области, где одновременно присутствуют газ, вода и гидрат и происходит процесс образования или разложения газогидрата, принимается условие равновесия фаз:

где T0 – исходная температура системы, ps0 – равновесное давление, соответствующее исходной температуре, T* – эмпирический параметр, зависящий от вида газогидрата

В работе получены решения, описывающие распределения основных параметров в каждой из трех областей пласта. В результате анализа полученных рданых установлены основные закономерности образования газогидратов в пористых пластах в зависимости от давления, температуры и

191

водонасыщенности пласта, а также в зависимости от интенсивности закачки газа. Показано, что образование газогидрата может происходить как на фронтальной поверхности, так и в протяженной области. Получены критические условия, разделяющие эти два режима образования газогидрата. Установлено, что протяженность объемной области увеличивается с ростом давления, под которым нагнетается газ и величины проницаемости пласта, а температура этой области вследствие выделяющегося при гидратообразовании тепла поднимается выше исходной температуры пласта даже при подаче холодного газа.

Список литературы

1.Jadhawar P., Mohammadi A.H., Yang J., Tohidi B. Subsurface carbon dioxide storage through clathrate hydrate formation // Advances in the Geological Storage of Carbon Dioxide. – Springer. Printed in the Netherlands. – 2006. – P. 111-126.

2.Бык С.Ш., Макогон Ю.Ф., Фомина В.И. Газовые гидраты. М.: Хи-

мия, 1980.

3.Истомин В.А., Якушев В.С. Газовые гидраты в природных услови-

ях. М.: Недра, 1992.

УДК 621.43.016

В. Н. ДОПШАК, к.т.н., доцент, Т.Ф. МАЛАХОВА, к.т.н., доцент, КузГТУ, г. Кемерово

РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА КУЗБАССА

Кемеровская область является крупнейшим индустриальным регионом. Сегодня на долю Кемеровской области приходится более 56% добычи каменных углей в России, большая часть которого используется в теплоэнергетике. Значительное место в общем энергетическом балансе занимает коммунальная теплоэнергетика. Это наиболее затратная часть хозяйствования, финансируется за счет бюджетов различного уровня. С каждым годом объем финансирования и капиталовложений для поддержания в рабочем состоянии этой отрасли возрастает. Причиной является физический и моральный износ основного, вспомогательного оборудования и отсутствие комплексного подхода к решению существующих технических, экономических, экологических проблем. Это положение, как правило, усугубляется недостатком средств на реализацию эффективных технических, организационных решений. Выбор направления выхода отрасли из сложившейся ситуации должен быть направлен не только на обновление технического парка,

192

Качественные характеристики топлива влияют на основные показатели работы ТЭС и котельных. Технология использования поставляемого для сжигания угля, определяется его теплотехническими, физико-химическими и экологическими характеристиками. На постоянство и уровень этих характеристик влияют условия углеобразования в разных бассейнах, способы добычи (подземная или открытая), технология обогащения и переработки (промпродукт, шламы и т.д.), условия поставки (смена поставщиков, ритмичность поставки) [1]:

от элементного состава зависит калорийность топлива, устойчивость горения, экологическая характеристика, содержание балласта в летучих, сернокислотная коррозия;

от калорийности топлива зависит расход топлива, производительность всех технологических устройств, общее количество валовых вредных выбросов;

от реакционной способности зависит устойчивость воспламенения, выбор схемы пылеприготовления и пылесжигания, устойчивость горения, экономичность сжигания;

от содержания балласта зависит калорийность топлива, разгрузка транспорта по тракту топливоподачи и пылеприготовления, производительность дробильных устройств по условиям размола, экономичность сжигания, хранение топлива, надежность относительно износа, уровень валовых выбросов, работа золоулавливающих устройств, выбор схемы дробления и сжигания, производительность золошлакоудаляющих устройств.

КПД котлоагрегатов и условия их функционирования зависят от всех вышеуказанных факторов, но учитывая практическое состояние теплоэнергетики, в первую очередь следует контролировать качество угля по таким параметрам, как содержание влаги, зольность, фракционный состав (при отсутствии пылесжигание) калорийность, т.к. влага снижает теплоту сгорания, ухудшает процесс воспламенения топлива, приводит к увеличению объема дымовых газов, потерь с уходящими газами, повышается окисляемость углей. Большое количество мелочи и повышение зольности приводят к увеличению потерь теплоты от механической неполноты сгорания в связи с тем, что часть топлива попадает в очаговые остатки (шлак, провал), другая же в виде мелочи уносится газами из топки и через дымовую трубу выбрасывается в атмосферу (содержание в углях мелочи более 25 - 30% при слоевом сжигании приводит к ряду затруднений в работе, а свыше 50 - 55% - вызывает значительное ухудшение топочного процесса). Крупные фракции тоже нежелательны. Для стандартных слоевых топок наиболее целесообразна крупность - 13-25 и 25-50 мм). Для коммунально-бытовых нужд необходимо использовать грохоченые и малозольные угли практически всех марок и групп. Для бытовых нужд населения должен использоваться также сортовой каменный уголь с наибольшим выходом летучих веществ и с ограниченным содержанием золы, серы и мелочи. Неспекающиеся и слабоспека-

194

ющиеся угли должны быть грохочеными, а спекающиеся могут поставляться рядовыми.

Потери теплоты с физической теплотой шлаков обычно невелики, но могут возникнуть проблемы с золоудалением в зависимости от элементного состава минеральной части топлива. Наличие в золе таких элементов, как кремний, алюминий и др. обуславливает ее высокую тугоплавкость, что затрудняет работу устройств с мокрым золоудалением; присутствие абразивных материалов приводит к сильному абразивному износу конвективных поверхностей нагрева. Серьезной проблемой является обеспылевание дымовых газов. Из-за высокой абразивности золы снижается степень ее улавливания золоулавливающими устройствами. Высокая зольность угля и наличие в его минеральной части гидратной влаги и сидерита обуславливают завышение выхода летучих веществ, поэтому для обеспечения устойчивого зажигания пылеугольного факела и высокой экономичности сжигания необходим тонкий помол угля[1]. Высокая зольность угля, его пониженный коэффициент размолоспособности и необходимость сильного измельчения приводят к значительному износу мельничного оборудования. Наличие в золе щелочей ведет в процессе нагрева к их возгонке и последующей конденсации на поверхности нагрева и на золовых частицах, что снижает теплопроводность оборудования. Это ухудшает состояние окружающей среды. Возрастают платежи за негативное воздействие на окружающую среду.

Угли Кузбасса отличаются резкими колебаниями свойств и петрографической неоднородностью. При пылесжигании этих углей наблюдаются значительные колебания по экономичности, в условиях полной идентичности режимных факторов, при поступлении угля различного петрографического состава при близких теплотехнических характеристиках. Это приводит к необходимости увязывать (классифицировать) качественные теплотехнические характеристики угля с его петрографическим составом по содержанию первично окисленных (группа фюзинита) и первично неокисленных (группа витринита, липтинита) микроэлементов[1].

Степень и характер влияния петрографических компонентов на теплоту сгорания неоднозначны и изменяются в зависимости от стадии метаморфизма углей.

Естественно, даже совершенные котельные агрегаты не в состоянии сжигать кузнецкие угли без значительных отклонений в технологическом процессе, а что говорить о малых котельных со старым котельным парком. Но даже в этом случае, если бы качество угля соответствовало сертификатам при его поставке, то можно было бы корректировать тепловой режим котельных агрегатов и тем самым компенсировать колебания качества угля. На практике сертификаты на качество угля поступают чаще всего после его сжигания и не всегда данные сертификата соответствуют анализу качества угля независимой лаборатории. Это заставляет производителей тепловой энергии вести корректировку технологического процес

195

гания и бытовых нужд населения, а также смеси разных марок, получаемых при обогащении и рассортировке, с указанием их долевого участия и размерами кусков по ГОСТ 19242 [2].

Современное состояние дел в коммунальной теплоэнергетике требует установления более жесткого контроля за количеством и качеством поступающего потребителю топлива. С этой целью необходимо потребителям угля создать условия для выполнения входного весового и качественного контроля угля. Данные мероприятия должны быть унифицированы, учитываться при заключении договоров на поставку угля между поставщиком и потребителем.

Для создания этих условий необходимо:

-регулярное проведение энергоаудита (теплотехнического, экологического, финансового и др.) коммунальной энергетики;

-унифицировать, на базе существующих нормативов и правил, общие требования к углю (приемка по количеству и качеству, путем разработки единых методик на потребление твердого топлива);

-повысить уровень квалификации специалистов в коммунальной теплоэнергетике всех уровней.

Частично это стало возможным с созданием пакета нормативных документов, регламентирующих взаимоотношения между поставщиком твердого топлива и потребителями. Эффективность его исполнения в полной мере будет зависеть от реальной оценки состояния теплоэнергетики, и проведения вышеназванных мероприятий.

Список литературы

1.Пугач Л. И. Энергетика и экология: учеб. пособие. – Новосибирск:

НГТУ, 2003. – 502 с.

2.Михайлов, Ю. В. Горнопромышленная экология / Ю. В. Михайлов, В. В. Коворова, В. Н. Морозов. – М.: Академия, 2011. – 336 с.

УДК 631.52 : 633.111.1

И. В. ЕГОРОВА, ведущий специалист, ТОО «КазИнКонсалт», г. Астана, Республика Казахстан, Е. П. КОНДРАТЕНКО, д.с.-х.н., профессор,

О. М. СОБОЛЕВА, к.с.-х.н., доцент КГСХИ, г. Кемерово

ПОСЕВНЫЕ КАЧЕСТВА СЕМЯН ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ СОРТОВ КАЗАХСКОЙ СЕЛЕКЦИИ И ВОЗМОЖНОСТИ ИХ УЛУЧШЕНИЯ

Проблема получения не только высоких урожаев, но и качественного посевного материала стоит перед производителями продовольственного зерна всех стран мира. Особенно остро недостаток семян с высокими по

197

Объектом исследований служили 6 районированных сортов яровой мягкой пшеницы разных групп спелости, выращиваемых на сортоиспытательном участке Акмолинской области Республики Казахстан. К раннеспелой группе относится сорт Целина 50, к среднеспелой – сорта Астана, Акмола 2, Целинная 3 С, к среднепоздней группе – сорта Карабалыкская 90, Целинная Юбилейная. Лабораторные испытания проводились в 2010-

2012 гг.

Показано, что исследуемые семена пшеницы обладают довольно высоким уровнем энергии прорастания – в пределах от 88,5 % до 96 % (рис.).

Рис. – Изменение энергии прорастания семян пшеницы влажностью 14 и 18 % под влиянием ЭМП СВЧ, %

К – контроль, без облучения; 5, 10, 15 – соответствующая экспозиция при воздействии ЭМП СВЧ, сек.

Данные сравнения для контрольных, необлученных образцов зерна, показывают, что изучаемые сорта имеют примерно одинаковую энергию прорастания – разница между отдельными сортами не превышает 4,5 % для сухого зерна (14 %) и 5,2 % – для увлажненного (18 %). При этом налицо улучшение посевных характеристик при предварительном намачивании зерна: средний уровень энергии прорастания семян с начальной влажностью 14 % несколько ниже, чем для увлажненных семян (90,2 и 92,8 % соответственно).

Воздействие ЭМП при минимальной экспозиции 5 сек. приводит к увеличению изучаемого параметра у всех сортов – в среднем, на 4,4-4,5 %, независимо от вида используемого зерна (сухое или увлажненное). Однако при более детальном подходе можно заметить небольшие сортовые особенности. Так, например, семена сорта Целина 50 с влажностью 14 % от-

199