Стационарные машины и установки

Обращают на себя внимание

1. существенный рост метанообильности высокопроизводительных шахт;
2. наличие взрывоопасных концентраций метана в случаях применения газоотсасывающих вентиляторных установок;
3. недостаточные объемы извлечения метана средствами дегазации, преимущественно на шахтах с невысокой метанообильностью (шахты «Егозовская», №7, «Котинская», «Таллинская Западная 1» или при использовании высокопроизводительных газоотсасывающих вентиляторных установок (шахта «Октябрьская»).

Очередность выемки пластов  угля в угленосной свите предопределяет интенсивность метановыделения на выемочных участках, дебиты каптируемого метана и отводимого газоотсасывающими вентиляторными установками. Так, на горном отводе шахты им. С.М.Кирова в блоке №3 первым из сближенных пластов угля отрабатывался пласт «Болдыревский» лавами 24-48 и 24-49, а затем под участком лавы 24-48 начали отрабатывать пласт «Поленовский», залегающие в 42 м ниже пласта «болдыревский». При отработке пласта «Болдыревский» подрабатывались сближенные пласты «Брусницинский» и «Майеровский» общей мощностью 2,8 м при мощности меж- дупластья 33-40 м и надрабатывался пласт «Промежуточный» мощностью 1,5 м в 9 метрах от пласта «Болдыревский». При отработке пласта «Поленовский» мощностью 1,7 м надрабатывался пласт «Подполеновский» мощностью 0,65 м, залегающий вбм под пластом «Поленовский». Еще ниже располагались пласты «Максимовский» и «Подмаксимовский» общей мощностью 1,8 м на удалении по нормали соответственно 52 и 57 м.

В Табл. 13.14 приведены сравнительные показатели метанообильности выемочных участков по пластам «Болдыревскому» и «Поленовскому» при работе лав 24-48, 24-49 и 25-90 с применением средств газоотсоса установкой УВЦГ-9 (лавы по пластам «Болдыревский» и «Поленовский») и дегазационных установок с вакуум-насосами ВВН-150 для извлечения метана из сближенных пластов и выработанного пространства (лавы 24-48 и 24-49) и ВВН-50 для предварительной дегазаций пластов «Болдыревский» (лавы 24-48 и 24-49) и «Поленовский» (лава 25-90).

Таблица 3-4

Метанообильность  и средства газоуправлеиия на шахте  им. С.М. Кирова

 

Метанообильность, м3/мин				Средства и показатели газоуправлеиия на выемочном  участке
шахты (по итогам 2005г.)	выемочного участка			УВЦГ-9			Дегазационная установка
	общая	очистного забоя	выработанного пространства	производительность, м3/мин	концентрация  метана, %	Метаноудаление, м3/мин	производительность, м3/мин	концентрация  метана, %	Метаноизвлечение, м3/мин
163,2	Лава 24-48
	88,9	8	80,9	550	7,5	41,3	120 25	33 15	39,6 3,7
	Лава 24-49
	99,5	10,4	89,1	550	10	55	120 25	28,1 8	34,1 2
	Лава 25-90
	39,2	14,8	24,4	509	3,4	17,3	20,2 1	35	7,1

Из Табл. 3-4 видно, что метанообильность выемочных участков пласта «Болдыревский» в 2,3-2,5 раза выше метанообильности лавы по пласту «Поленовский», главным образом, за счет различных объемов метановыделения из сближенных пластов угля. В лавах по пласту «Болдыревский» метан выделяется не только из разрабатываемого пласта, но и из подрабатываемых и надрабатываемого пластов, а в лаве по пласту «Поленовский» - из отрабатываемого и надрабатываемого пластов угля.

После вхождения России в число  стран, подписавших Киотское соглашение, утилизация метана, помимо экологического значения, приобретает существенный экономический интерес за счет выручки от продаж единиц сокращенных выбросов.

Инвестиционным проектом «Использование дегазационного метана на ОАО «Шахта им. С.М.Кирова» предусматриваются  работы по повышению объемов извлечения средствами дегазации кондиционных по метану газовоздушных смесей, для чего выполнено:

• строительство стационарной вакуум-насосной станции и приобретение необходимого технологического оборудования для извлечения МВС;
• реконструкция котельной для совместного сжигания ШМ и угля с целью выработки тепловой энергии;
• использование МВС в качестве топлива газомоторных установок для производства электроэнергии;
• утилизация избытка метановоздушной смеси путем сжигания МВС на факельной установке для сокращения вредных выбросов в атмосферу Земли.

 Опыт подобной схемы утилизации  метана имеется в мировой практике, в том числе и на отдельных шахтах. Объем инвестиций для реализации проекта ориентировочно может составить свыше 262,6 млн. рублей.

В Табл. 3-5 приведенены условия и средства утилизации шахтного метана

Концентрация метана в МВС	Технология утилизации метана
>30%	Газовый двигатель, отопительный котел, газовая турбина  для выработки электроэнергии и  тепла
>25%	Факел для сжигания ШМ (без энергетического  использования метана)
>1% и <25%	МВС в такой  концентрации согласно ПБ не утилизируется. Выброс в атмосферу средствами общешахтной  вентиляции
<1%	Оксидационная установка  для подачи приточного воздуха к  отопительному котлу/газовой турбине, реверс-поточному реактору, термоаэроклассификато-ру, на обогатительную фабрику при сушке угля

 

Распределение шахтного метана для ОАО «СУЭК-Кузбасс» в Табл. 3-6

№№  п/п	Наименование  показателей		Год
			2009	2010	2012
1	Распределение шахтного метана, млн. м3:
	- мини ТЭС;	12,5	135	225
	- котельные;	15	32,5	20
	- КГУУ-5/8;	35	65	25
	- выбросы газа  в атмосферу	133	50	2,5

 

2	Выработка электроэнергии, (100% СН4), млн. kWh: - шахта им. С.М.Кирова; < - шахта «Октябрьская»;; - шахта «Полысаевская»;    , - шахта им. 7 Ноября / шахта «Комсомолец»	15 - 15 15	160 108 123 140	240 200  185 240
3	Выработка тепла, MWh: - мини ТЭС; - котельные; - калориферы	5600 58000 120000	40000 105000 760000	100000 40000 760000
4	Снижение выбросов, млн. т СОг: - мини ТЭС; - котельные; - КГУУ-5/8	0,24 0,32 0,48	2,44 0,64 0,96	4,04 0,48 0,32

3.2. Стадии  технологического процесса утилизации  шахтного метана

3.2. Стадии  технологического процесса утилизации  шахтного метана

Проектирование технологического процесса утилизации ШМ должно осуществляться в соответствии с требованиями РД-15-09-2006.

Технологический процесс (ТП) энергетической утилизации ШМ включает следующие стадии:

• производство тепловой и электрической энергии при утилизации МВС в виде котельного топлива, топлива газомоторных установок;
• дожигание излишка МВС в факельной установке.

Данные стадии ТП реализуются  шахтной установкой для утилизации ШМ, размещаемой на промплощадке шахты в соответствии с Планом расположения оборудования установки.

Установка для утилизации ШМ может включать:

• комплектную котельную установку для совместного сжигания угля и шахтного метана (КУ);
• комплектную факельную установку для дожигания шахтного метана (ФУ);
• - комплектную газомоторную установку (ГМУ).

Технологический процесс  реализуется в следующей последовательности:

• МВС подается на газомоторные установки:
• при превышении объема МВС, подаваемого ВНС, потребностей газомоторных установок излишек подается на котельную установку;
• при превышении объема МВС, подаваемого ВНС на ГМУ и КУ, излишек направляется на ФУ для дожигания;

Технологический процесс  должен удовлетворять следующим  требованиям:

1. Утилизация МВС с концентрацией метана 25-400 %.
2. Коэффициент утилизации каптируемых МВС - не менее 0.6.
3. Установленная электрическая мощность модульной ГМУ - не менее 1,55 МВт.
4. Полнота сгорания МВС в оборудовании утилизации ШМ - не менее 99%.
5. Установленная мощность комплектной факельной установки для дожигания МВС -не менее 3,0 МВт.

3.2.1. Требования к метановоздушной смеси

Параметры подаваемой на утилизацию МВС от ВНС должны соответствовать  следующим показателям:

• среда (сжигаемый газ) - метановоздушная смесь;
• влажность - до 100%о без каплеобразования ;
• концентрация метана в МВС на выходе ВНС - 25-80%;
• давление МВС на входе в установку для утилизации ШМ: а) не менее 5 кПа; б) не выше 30 кПа;
• температура МВС на выходе ВНС - 5-35°С;
• -максимальный расход - 200 куб.м/мин ( в пересчете на 100% СНД

Концентрация шахтного метана в метановоздушной смеси должна быть не менее 25% на входе в систему  утилизации метана.

Влажность, содержание твердых  частиц, температура, давление и поток  метановоздушной смеси должны соответствовать техническим условиям эксплуатации системы утилизации шахтного метана.

• в метановоздушной смеси должно соответствовать уровню, допускаемому техническими условиями эксплуатации системы утилизации шахтного метана.
• метановоздушной смеси должна соответствовать температуре, допускаемой техническими условиями эксплуатации системы утилизации шахтного метана.
• метановоздушной смеси должны соответствовать уровню, допускаемому техническими условиями эксплуатации системы утилизации шахтного метана.

3.2.2. Характеристика стадий производства тепловой и электрической энергии при утилизации МВС в виде топлива для котельной,газомоторной и факельной установок

Стадия производства тепловой энергии  при утилизации кондиционных МВС  на шахте им. СМ. Кирова выполняется комплексной котельной установкой на базе серийного котла КЕ-10-14СО (ОАО «Бийский котельный завод») и обеспечивает утилизацию извлекаемой МВС с концентрацией более 25% в качестве котельного топлива для выработки теплоэнергии.

Выполнение данной стадии осуществляется после перевода котла  на совместное сжигание угля и МВС  посредством следующих конструктивных изменений для поочередного сжигания угля и МВС, МВС - основное топливо, уголь каменный – резервное.

Производство электрической  энергии при утилизации МВС выполняется  комплектными газомоторными установками обеспечивающими утилизацию извлекаемой МВС с концентрацией более 30% в качестве моторного топлива для выработки электроэнергии и теплоэнергии (при условии рекуперации тепла от работы ГМУ).

В результате колебаний объемов  добычи угля и сезонных изменений  потребности в тепловой энергии, выполняется дожигание комплектными факельной установкой, обеспечивающую утилизацию извлекаемой МВС с концентрацией более 25% в качестве топлива факельной установки для высокотемпературного сжигания.

3.3. Технологическая  схема производства энергии при  утилизации МВС

Технологическая схема утилизации ШМ в связи с колебаниями дебита ШМ по производственным возможностям шахты реализуется последовательно в зависимости от энергетических потребностей конкретного угледобывающего предприятия - поток МВС с ВНС направляется на ГМУ для утилизации посредством выработки электроэнергии. В случае превышения дебита МВС над объемом потребления ГМУ излишек МВС направляется на КУ для выработки тепловой энергии. В случае превышения дебита МВС над потребностью ГМУ и КУ излишек МВС направляется на дожигание на ФУ.

Принципиальная технологическая  схема по утилизации метана приведенена на рисунке 3.1.

Рис. 3.1 Технологическая схема утилизации шахтного метана

3.3.1. Производство  тепловой энергии котельной установкой

Для выработки тепловой энергии  посредством сжигания МВС на шахте  им. СМ. Кирова осуществлен перевод  серийного котла КЕ-10-14 СО Бийского котельного завода на совместное сжигание угля и МВС. Изменение конструкции  котла КЕ-10-14СО выполнено согласно проектной документации Технического центра ОАО «Бийский котельный завод».

Для сжигания газа в котле  использована блочная микродиффузионная  газовая горелка МДГГ-1600Б», имеющая следующие технические характеристики:

• номинальная тепловая мощность (при работе на природном газе по ГОСТ 5542-87)- 16 МВт;
• коэффициент рабочего регулирования мощности - 7;
• номинальный расход газа - 1600 м³/ч;
• присоединительное давление газа - 4 + 15 кПа;
• номинальное давление/разряжение в камере сжигания —20 + +500 Па;
• потеря давления газа в горелке - не более 3,5 кПа;
• потеря давления воздуха в горелке - не более 1,5 кПа;
• минимальный коэффициент избытка воздуха при номинальной тепловой мощности - не более 1,15.