Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Добыча каменного угля сопровождается выделением шахтного метана, выбросы которого в составе метано-воздушной смеси могут привести к взрыву, а также оказать негативное влияние на состояние окружающей среды. Современный подход предполагает использование метано-воздушной смеси в тепловых котельных установках или установках для выработки электрической энергии. Для выработки тепловой и электрической энергии целесообразно утилизировать шахтный метан в когенерационных газотурбинных установках с измененной последовательностью процессов. Термогазодинамические расчеты газотурбинных установок в широком диапазоне изменения начальных параметров показали, что для установок небольшой мощности целесообразно принимать степень повышения давления 2,8, температуру перед турбиной 1173 К, перед газоохладителем — 303 К, степень регенерации — 0,8. При этих параметрах электрический коэффициент полезного действия установки составляет 25–26%, а с учетом вырабатываемой теплоты — 63–64%. У газотурбинной установки с измененной последовательностью процессов капитальные и эксплуатационные затраты меньше, чем у газотурбинной установки традиционной схемы. Использование в газотурбинных установках дарового энергоресурса в виде метано-воздушной смеси повышает рентабельность добычи угля и улучшает экологическую обстановку в регионе.
шахтный метан, утилизация, газотурбинная установка с измененной последовательностью процессов, численные исследования, коэффициент полезного действия, экология.
1. Введение
Добыча каменного угля из угольных пластов подземным способом связана с обеспечением безопасности ведения работ из-за выделения шахтного метана (ШМ), т.е. газа, который в результате процесса формирования угленосных отложений находится в тесной связи с углем, образуя твердый углеметановый раствор. Эмиссия (или освобождение) ШМ возникает при добыче из-за нарушения термодинамического состояния равновесия в системе «газ–уголь».
В состав газов угольных месторождений входят метан и другие продукты метаморфизма угля — тяжелые гомологи метана, водород H2, сероводород H2S, а также газы воздушного происхождения (диоксид углерода CO2, азот N2 и инертные газы), которые в процессе газового выветривания проникают в угольный пласт [1]. Компонентный состав шахтного газа определяется газовой зональностью угольного пласта (табл. 1).
1. Малышев Ю.Н., Трубецкой К.Н., Айруни А.Т. Фундаментально прикладные методы решения проблемы метана угольных пластов. М.: Издательство Академии горных наук, 2000.
2. Рогозина Е.А. Состав, зональность и масштабы генерации газов при катагенезе органического вещества гумусовых углей // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2008. Т.3. № 3.
3. Методические рекомендации о порядке дегазации угольных шахт (РД-15-09-2006). Серия 05. Выпуск 14. М.: Научно-технический центр по безопасности в промышленности, 2007.
4. Белошицкий М.В., Троицкий А.А. Использование шахтного метана в качестве энергоносителя // Турбины и дизели. 2006. № 6. С. 2-9.
5. Дурнин М.К. Киотский протокол - источник финансирования обеспечения безопасности горных работ // Уголь. 2007. № 02. С. 58-60.
6. Шилов А.А., Храмцова А.М. Утилизация и использование шахтного метана для получения тепла и электроэнергии // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2008. № 04. С.85-89.
7. Таразанов И. Итоги работы угольной промышленности за январь-июнь 2011 года // Уголь. 2011. № 09. С. 25-37.
8. Осипов М.И., Тумашев Р.З., Моляков В.Д. ГТУ малой мощности на топливных газах низкого давления с измененной очередностью процессов термодинамического цикла // Труды Международной научно-практической конференции «Малая энергетика-2003», Обнинск, 2003. С. 340-343.
9. Осипов М.И., Тумашев Р.З., Моляков В.Д. Усовершенствование ГТУ малой мощности при использовании топливных газов низкого давления // Труды Международной научно-практической конференции «Малая энергетика-2004», Москва, 2004. С. 113-116.
10. Тумашев Р.З., Бодров Н.Г. Когенерационная газотурбинная установка на попутных нефтяных газах с высоким содержанием тяжелых углеводородов // Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана. 2012. № 7. С. 155-165.
11. Тумашев Р.З., Моляков В.Д., Лаврентьев Ю.Л. Повышение эффективности компрессорных станций магистральных газопроводов // Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана. 2014. № 1. С.68-79.
