CC BY
16
© М.Ю. Быкова, 2013
УДК 622.271:662.74 М.Ю. Быкова
РЕШЕНИЯ, НАПРАВЛЕННЫЕ НА ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛОКАЛЬНОГО УГЛЕГАЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
Статья посвящена результатам научных исследований по применению технологии внутрицикловой газификации в Локальных углегазоэлектрических комплексах (ЛУГЭК). Приводятся решения по увеличению теплотворной способности генерируемого газового топлива из угля на основе очистки генераторной газовой смеси от углекислого газа, что позволяет увеличить её калорийность в 3-4 раза. Для последующего повышения теплоты сгорания вырабатываемого газового топлива рекомендуется применять в технологии ЛУГЭК так же парокислородное дутьё. Ключевые слова: уголь, газовое топливо, газификация угля, установка комбинированного цикла, очистка углекислого газа, теплота сгорания топлива.
Сначала 70-х годов прошлого века наша страна вступила в эпоху так называемой «газовой паузы». Доля природного газа в топливно-энергетическом балансе (ТЭБ) страны начала расти ускоренными темпами. Поэтому в настоящее время эта доля составляет 60 %, а доля угля 13 %. Такой перекос, вызванный преимуществами газового топлива по сравнению с твёрдым является на наш взгляд неперспективным и энергетически небезопасным. Достаточно сказать, что ведущие мировые державы Западной Европы имеют такую долю на уровне 40-60 %, США - 56 %, а КНР - 70 %.
Учитывая дефицит газа на внутреннем рынке, необходимость поддержания его экспорта, а также -ограниченность запасов природного газа, следует ожидать заметного возрастания роли ископаемого угля в ТЭБе. Тем более, что ресурсы угля в России значительно превосходят ресурсы нефти и газа: если ресурсов угля хватит на 500 лет, то углеводородного сырья - на 40-60 лет. Здесь же нужно учесть, что в России удельное
энергопотребление составляет 6,5 т у.т./чел при средней величине этого показателя в мире 2, 1 т у.т. чел. Приведенные факторы неизбежно приведут к возрастании доли угля в энергетике страны.
Увеличение использования угля в экономике страны будет осуществляться на базе традиционных технологий, в основу которых заложен принцип использования кускового угля, что требует конвейерного или железнодорожного транспорта к месту его потребления (ТЭС).
Более прогрессивными и экономичными являются технологии, использующие газовое топливо, которое можно получать из угля на основе его газификации. В таблице приведены технические параметры сравнения различных способов внутрицикловой газификации угля. Опытные данные демонстрируют преимущества способа газификации в потоке по производительности газогенератора (газификатора) и по его термодинамическому КПД.
Однако, рост производства угля и его использование в энергетике свя-
Сравнение вариантов поверхностной (внутрицикловой) газификации угля
Параметры Процессы у г л e газ и ф и каци и
Газификация в потоке Газификация в кипящей постели Газификация с подвижной постелью
Технологии СоР E-Cias, CiE, Energy. MHI. Shell, Siemens, Udhe.Prenflow HTW, TRIO, SES U-GAS BGL. Lurgi
Потребность в кислороде Высокая Средняя [ 1изкая
Условия зол ообразо вания Шлакообразование Сухая пылевидная или агломерированная зола Сухая зола или 11 шакооб разова н ие
Крупность подаваемого угля, .им > 0,2 6-10 6-50
Приемлемость штыба He ограничена Приемлемая Ограниченная
Углеродная конверсия Высокая Низкая Высокая
Произ водительность газификатора, т/день 1 1500-1550 ¡000-1500 500-1000
Температура синтеза на выходе из газификатора С 1250-1600 900-1050 425->650
Термодинамический К11Д газ и ф и като ра. %: 91.9-95,5/ 81,2-84.3 89.1-92.2/ 80.2-81,9 87,0-87,5/ 77.5-79,3
КПД обтчн/Л,' 40, 1-41,5 40.0-40,9 39.0-39.8
Примечания: на сухое топливо 2 числитель - бругт: знаменатель - нетто 1 внутрициклового газификатора, включая электро генерацию (ТЭС)
Источник: E.Manca et a!. Coal Gasification project, Italy. World Coal Institute, London, 1991
заны со значительным экологическим ущербом для атмосферы Земли, природного ландшафта и гидрогеологического режима угледобывающих районов.
Поэтому необходимо искать новые, экологически чистые технологии разработки угольных месторождений. Одним из способов повышения экологической чистоты угледобывающего предприятия является предложеный в МГГУ метод получения электроэнергии на угольном месторождении, основанный на синтезе трансформации в газовое топливо (газификация или подземное сжигание угля) с добычей угольного метана и выработке электроэнергии в установках комбиниро-
ванного цикла на том же шахтном поле или на соседних полях [1].
Сам процесс очистки генераторного газа можно осуществить по схеме (рис. 1), которая включает два сепаратора и циклон для удаления минеральных частиц, влаги, масла и фенолов. Схема предусматривает раздельный цикл по генерации электроэнергии и выработке пара в паровой турбине. Схема рассчитана на генерацию электрической мощности 45 МВт и тепловой мощности 22 МВт.
Однако, эта схема не решает главного вопроса - удаления из сырой генераторной смеси (СГГ)) негорючих компонентов, к главным из которых относится углекислый газ. В МГГУ
Конденсатор
Рис. 1. Схема комплексного предприятия ПГУ-ТЭС (по Е.В. Крейнину)
кального углегазо-электрического комплекса, включающего процесс секвестрации углекислого газа и на этой основе повышения теплотворной способности очищенного генераторного газа (ОГС).
Секвестрация углекислого газа может проходить и по способу его реакции с водой и последующего ожижения в углекислоту по схеме, предложенной Е.В. Крейниным (рис. 3).
Получая газовое топливо после очистки от углекислого газа, можно добиться увеличения его теплотворной способности до 10-12 МДж/м3. Такое топливо может быть микшировано с угольным метаном до кондиций, приемлемых в эксплуатации турбогазо-генераторов электрического тока. Кроме того, для повышения качества га-
Рис. 2. Схема локального углегазоэлектрического комплекса с секвестрацией углекислого газа: 1 - питательный компрессор; 2 - установка комбинированного типа; 3 - повышающий трансформатор; 4 - линия электропередач; 5 - холодильная установкка; 6 - поташно-абсорбционная установка для зового топлива в поглощения углекислого газа; 7 - циклонный пылеуловитель; 8 - комплексе ЛУГЭК скруббер центробежного типа; 9 - дымосос; 10 - экономайзер можно использовать водяного типа; 11 - котёл-утилизатор; 12 - градирня; 13 - ком- кислородное или па-
прессор низкого давления; 14 - вакуум-насос для подачи метана
1г рокислородное дутьё.
на обогащение генераторного газа; 15 - продуктивные скважины
по генераторному газу; 16 - воздухоподающие скважины; 17 - Предложенные
метановые скважины; 18 - сбоечная вертикально-горизонтальная решения будут по-скважина вышать затраты на
строительство и экс-
предложена технологическая схема плуатацию комплекса, но целесооб-секвестирования углекислого газа из разность его строительства решается СГГ [2]. На рис. 2 показана схема ло- при проектировании.
1- контактный теплообменник (КТО); 2- сушильная камера или сепаратор; 3- компрессор: 4- газгольдер (емкость) для сжиженного СО 2
Рис. 3. Принципиальная схема ожижения углекислого газа
Учитывая перспективу повышения на рынке цен на газовое топливо, можно полагать, что предприятия типа ЛУГЭК найдут применение на практике, особенно для разработки брошенных запасов, целиков и нерабочих пластов.
Заключение
В статье представлены результаты изучения опыта использования нетрадиционных (в первую очередь - сква-жинных) технологий разработки угольных месторождений. Показано, что на современном этапе существуют реальные методики переработки ископаемо-
го угля в газовое топливо непосредственно на угольном месторождении, что обещает хорошие перспективы отказаться от весьма дорогостоящего железнодорожного транспорта и значительно удешевить угольную продукцию.
Установлено, что получая газовое топливо, можно гораздо эффективнее следовать жестким экологическим нормам защиты окружающей среды, так как проблемы удаления углекислого газа и сернистых окислов уже достаточно надёжно решаются в серийном промышленном производстве.
1. Васючков Ю.Ф., Воробьёв Б.М. Способ получения электроэнергии при бесшахтной углегазификации и/или подземном углесжигании. Патент РФ № 2100588, 1996 г.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Васючков М.Ю. Разработка способа получения энергоносителя на основе подземного сжигания и газификации угля. М., МГГУ, Автореферат канд. Диссертации, 2002 г. 5333
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Марина Юрьевна Быкова - ведущий инженер, кафедра ПРПМ, Московский государственный горный университет, [email protected], Moscow State Mining University, Russia.
