CC BY
76
УДК 622.74
Б.И. Кондырев, А. В. Белов
ОПЫТ ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЯ В КИТАЙСКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКЕ
Семинар № 13
~П настоящий момент во многих странах мира ведутся разработки в области создания современных горноэнергохимических предприятий по добыче и переработке угля на базе скважинных технологий. Одной из таких технологий, привлекающей все большее внимание ученых, инженеров и потенциальных инвесторов, является технология подземной газификации угля (ПГУ).
Технология ПГУ в настоящий момент получает широкое распространение в различных странах. Активные разработки ведутся в научных центрах Европейского Союза, Австралии, Китайской Народной Республики (КНР), Корейской народной республике (КНДР). В настоящий момент при поддержке Горного Совета при полномочном представителе Президента России в Дальневосточном федеральном округе создан Дальневосточный центр глубокой переработки угля. Центр работает на базе Дальневосточного государственного технического университета (ДВПИ им. В.В. Куйбышева), г. Владивосток. Одной из важных задач Центра является изучение и внедрение передового мирового опыта в области технологий глубокой переработки угля, в т.ч. ПГУ. Центром установлены тесные контакты с Китайским центром подземной газификации угля (г. Пекин), в настоящее время являющимся одним из основных мировых исследовательских институтов по изучению проблем ПГУ. В настоящее время в Дальневосточном государственном техническом университете проводятся регулярные международные научные мероприятия, касаю-
щиеся изучения технологий скважинной добычи и глубокой переработки угля, стали традиционными стажировки студентов и аспирантов в КНР, при содействии ведущих ученых Китайского центра подземной газификации угля проводится подготовка российских высококвалифицированных научных кадров в области ПГУ. Все это позволило подробно изучить и систематизировать опыт развития технологии ПГУ в КНР.
Несмотря на лидерство бывшего Советского Союза в использовании технологии подземной газификации, на территории России в настоящий момент не действует ни одна станция подземной газификации. В этой связи опыт стран, применяющих технологию ПГУ, и, прежде всего, опыт КНР, как страны, начавшей строительство станций по советской технологии с последующим ее усовершенствованием, особенно актуален.
В настоящий момент КНР бесспорно занимает первое место в мире по количеству действующих промышленных станций подземной газификации и по объемам производимого заменителя природного газа для энергетики и химической пройвнняанЕивтиолчок к развитию ПГУ в КНР дала проблема ресурсосбережения и полноты выемки запасов угля. Из этого энергоносителя в Китае вырабатывается почти 70 % электроэнергии. По этому показателю Китай занимает первое место в мире. Тем не менее, степень выемки угля из недр составляет лишь 50 %. На данный момент это потеря порядка 30 млрд т угля, большая часть которого
сосредоточена в 297 отработанных шахтах.
Первые опытные станции подземной газификации угля были построены в 50-х годах XX века. Пилотные установки по ПГУ были рассредоточены в разное время в провинциях Шанси, Шандун, Анхуи, Ляонин, Зменин, Дзянсу. При этом применялись технологические схемы, разработанные в Советском Союзе. В 80-х начались проводиться активные работы по развитию технологии «Long tunnel, large section, two stage» под руководством профессора Китайского университета Горного дела и технологии Ю-Ли.
В настоящий момент в КНР работает 6 станций подземной газификации угля. Из них: в провинции Шандун - 6 станций, в провинции Шанси - 1 станция, в провинции Нейман - 1 станция. Четыре станции в провинциях Шанси и Kyeuo находятся в стадии ввода в эксплуатацию и должны выйти на
Таблица 1
Состав газа для воздушного и паровоздушного дутья (станция Синтаю)
Комбинированная подготовка подземного газогенератора
проектную мощность в 2005 г.
Отличительной особенностью технологии ПГУ в КНР является то, что при строительстве станций применяется комбинированный способ подготовки подземного газогенератора - шахтная подготовка + бурение технологических скважин (рис. 1). Данный способ подго-товки газогенератора характерен для всех станций подземной газификации в КНР. При шахтной подготовке по подошве пласта проводятся выработки, служащие впоследствии каналами для газификации и осуществляющие доступ дутья в газогенератор. Сечение выработок составляет в среднем 4 м2. При проведении выработок осуществляется анкерное крепление, либо обделка выработок кирпичом. Перед розжигом газогенератора часть пространства подготовительных выработок закладывается разрыхленным углем, что обеспечивает хорошее возгорание и быстрый вывод газогенератора на проектную мощность.
Часто применяется разупрочнение массива отбойкой заряда в скважинах, пробуренных по пласту из дутьевого и газоотводящего штреков. Технология позволяет обеспечить эффективную сбойку, обеспечить активный доступ дутья к углю, увеличить площадь поверхности газифицируемого угля за счет большого сечения выработок и разупрочнения массива.
За счет относительно большой протяженности дутьевого и газоотводящего штреков (в среднем 300-400 м), газ поступает в тех-
Компоненты газа, % При применении воздушного дутья При применении дутья с паром
Н2 12,8-15,9 35,1-45
СО 2,96-5,67 6,15-9,8
СН4 4,83-5,86 6,3-9,2
С02 16,11-15,7 34-38
n2 51-60 1,7-11
Теплота сгорания газа, МДж/м3 3,9-4,8 8,2-11,6
Таблица 2
Характеристики ряда действующих станций ПГУ в КНР
Хіуапд Антрацит 190 6 22-27 11,91 54,30 4.10 12,20 20,20 9.10 Октябрь 2001 г.
ЬеісЬепд Уголь марки Ж (жирный) С О О 00 О о_гсооч^сосмо\юм <4 см' ОС & О”. со- | ф и
Хіпшеп Уголь марки Л (ллнннопламеный) 100 1,8 25 5.21 54,79 9,72 8.75 20.75 5.21 Март 2003 г.
їлигішапд Уголь марки Л (ллнннопламеный) 1_- _|П- 2 Л 1П СЧ* К СО ОІ о" гН 1
ХіпЬе Уголь марки Ж (жирный) 80 3,5 68-75 11,83 58,29 8,59 9,28 19,63 4,21 Март 1994 г.
Станция ПГУ Тип угля Глубина, залегания пласта, м. Мощность пласта, м. Угол паления пласта, м. Теплота сгорания газа ПГУ, М^т3 ' Содержание Нг, % Содержание СО, % Содержание С ГЦ. % Содержание СОг, % Содержание N2, % Дата розжига пласта
нологические скважины охлажденным до температуры около 300 °С. Тепло, отданное газом в подземном газогенераторе, идет на прогрев массива угля.
Охлаждение технологических скважин применяется не всегда, при этом основной способ - это охлаждение путем подачи воды в затрубное пространство, широко известный и применявшийся на станциях подземной газификации в бывшем Советском Союзе.
Вода, нагретая в скважинах, имеет температуру 80-90 °С и применяется для бытовых нужд. Как правило, газоотводящие скважины состоят из двух труб, помещенных одна в другую, при этом внешняя закреплена бетоном, а внутренняя оборудована пакерами для предотвращения разрушения скважин при удлинении под воздействием высокой температуры технологического газа. На практике величина удлинения газоотводящей скважины, для условий станций ПГУ КНР составляет порядка 10 см.
В Китае газифицируются пласты каменного угля мощностью 2-6 м. При этом угол падения пласта в среднем составляет от 5 до 75°. За счет комбинированного способа подготовки удалось добиться более высокой управляемости процессом горения, чем при действующих скважинных способах подготовки. В среднем величина подвигания огневого забоя для пластов мощностью 5-6 м составляет 0,4 м в день. Важным для Китая, с его дефицитом земель, является тот момент, что все описываемые процессы происходят под землей, без вывода из сельскохозяйственного оборота сельскохозяйственных земель.
В КНР в настоящий момент в основном применяется воздушное и паро-воздушное дутье. Это обусловлено низкими затратами на подготовку дутья и удовлетворительными параметрами газа. Был проведен ряд экспериментов по использованию кислородного дутья, но в настоящий момент из-за высокой стоимости это дутье применяется в основном для розжига и стабилизации процесса горения. Средний состав газа для различных типов дутья на примере станции
Синтаю приведен в табл. 1.
Китайские специалисты имеют опыт получения газа ПГУ с теплотой сгорания до 3800 ккал (15,9 МДж/м3) без применения дополнительной подачи кислорода в дутье. При этом следует отметить высокую теплотворную способность угля на месторождениях, задействованных для подземной газификации (до 6500 ккал/кг) и относительно благоприятные гидрогеологические условия.
Состав газа на ряде действующих станциях ПГУ при различных горногеологических условиях и типах углей приведен в табл. 2.
В настоящий момент станции ПГУ в КНР вырабатывают 150000 - 240000 м3 газа в день. С 1 т угля выход газа составляет в среднем 3-5 тыс. м3 для воздушного дутья и 2-2,5 тыс. м3 для дутья с паром. В ближайшее время планируется доведение станций до мощности 2 млн м3 газа в день. На эти цели правительством выделено 100 млн юаней (8,25 млн. ШБ).
Несмотря на более низкую теплотворную способность, по сравнению с природным газом, газ ПГУ после очистки на поверхности используется для газовых печей, отопления и квартирных бойлеров. При этом цена газа, отпускаемого населению, составляет примерно 0,3 юаня (1,3 руб.) за 1 м3, что примерно в три раза ниже стоимости природного газа.
1. Белов А. В. Отчет о научной стажировке, Владивосток-Пекин, 2002. 80 с.
2. Лян Тъе Обзор программы подземной гази-
фикации угля в КНР. Материалы третьей между-
Газ полностью соответствует санитарным и экологическим нормам. В провинции Шандун газом ПГУ газифицировано 6000 семей шахтерского поселка находящегося вблизи станции ПГУ Шизан.
В качестве энергоносителя для выработки электроэнергии газ ПГУ используется на многих действующих станциях подземной газификации. При этом применяется сжигание газа на силовых установках дизельного типа с генерацией электроэнергии. Так же газ используется в качестве энергоносителя на электростанциях.
В настоящее время в КНР ведется ряд исследований в области химического использования газа ПГУ. Помимо метанола и других традиционных продуктов, большие перспективы имеет производство аммиака. В провинции Шанси вблизи электростанции вводится в действие химический комплекс по производству аммония на базе сырья, подаваемого из расположенной поблизости станции ПГУ. Проектная мощность химического комбината составляет 60000 т. аммиака в год. Большой интерес наблюдается в области использования газа ПГУ для синтеза СН3ОСН3, диметилового эфира (ДМЭ), -нового, универсального, эффективного и экологически чистого энергетического продукта, крайне необходимого, прежде всего, в качестве топлива для транспортных средств. Потребность в ДМЭ только в странах Ази-атско-Тихоокеанс-кого региона в составляет более 150 млн т/год.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
народной научной конференции «Проблемы освоения георесурсов Российского Дальнего Востока и стран АТР» Владивосток ДВГТУ 2004 г
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------------
Кондырев Б.И. - доктор технических наук, профессор ДВГТУ,
Белов А.В. - кандидат технических наук, старший преподаватель,
Дальневосточный государственный технический университет. -------------------------------------------------------------- © Е.В. Крейнин, 2005
