ПОДЗЕМНЫЙ ГАЗОГЕНЕРАТОР

Предложение относится к области горной промышленности и может быть использовано при подземной газификации углей.
Известно устройство для осуществления подземной газификации твердых полезных ископаемых содержащее подземный газогенератор, в котором газоотводящие и дутьевые скважины, связаны первоначальным реакционным каналом газификации в угольном пласте в единую гидравлическую систему. В известном устройстве предусмотрен поверхностный комплекс с циклоном очистки продуктов газификации от имеющихся в них частиц породы, полезного ископаемого, золы и шлаков перед попаданием их в горелку. Эффективная работа горелки только на продуктах газификации из газогенератора в период формирования в его реакционном канале стабильных зон горения и газификации невозможна, т.к. в этот период продукты газификации обычно содержат довольно мало горючих газов. Для обеспечения более качественного процесса дожигания горючих газов в отсасываемых продуктах газификации последние перед попаданием в горелку очищают в циклоне от имеющихся в них частиц породы, полезного ископаемого, золы и шлаков. Получаемые после дожигания горючих газов продукты полного сгорания попадают в теплообменник, где из них извлекают физическое тепло, отправляемое далее потребителям в виде горячей воды, пара и т.д. Дожигание горючих газов в продуктах газификации, отсасываемых из газогенератора в период формирования в его реакционном канале стабильных зон горения и газификации позволяет не только повысить степень извлечения энергии при отработке этого газогенератора, но и предотвращает сброс низкокачественных продуктов газификации в атмосферу, что характерно для традиционных, применяющихся в настоящее время, способов газификации твердых полезных ископаемых и наносит значительный ущерб окружающей среде (SU 1760787, 1996).
Недостатком известного технического решения является то, что очистка продуктов газификации производится, по сути, в конечном пункте их транспортировки, тем самым весь газоотводящий тракт подвергается загрязнению твердыми и смолистыми осадками (компонентами), выпадающими из продуктов газификации, что создает дополнительные сопротивления движению потока, поскольку смолы, оседая в горячем состоянии на стенках газоотводящего тракта, способствуют прилепанию твердых компонентов. Уменьшается проходное сечение.
Техническим результатом полезной модели является предотвращение загрязнения газоотводящего тракта и повышение степени очистки продуктов газификации перед входом в газоотводящий тракт или в его начале, т.е. за счет первичной многоступенчатой очистки отводимого газа.
Технический результат достигается тем, что подземный газогенератор, включающий, по меньшей мере, дутьевую и газоотводящую скважины, связанные первоначальным реакционным каналом газификации в угольном пласте в единую гидравлическую систему, имеет в единой гидравлической системе многоступенчатый подземный сепаратор для первичной очистки отводимого газа.
Способствует достижению технического результата то, что
- многоступенчатый подземный сепаратор для первичной очистки отводимого газа выполнен в виде сообщающихся полостей, последовательно расположенных в канале газоотводящей скважины;
- последовательно сообщающиеся полости многоступенчатого подземного сепаратора расположены в канале газоотводящей скважины в зоне ее примыкания к входу в угольный пласт;
- размер сообщающихся полостей многоступенчатого подземного сепаратора приблизительно одинаковый по их объему или по их площади поперечного сечения в средней части или по их длине или различный - уменьшается в направлении отвода газа или увеличивается в направлении отвода газа или чередуется в направлении отвода газа.
Предложение поясняется графическими изображениями, на которых наглядно, в частности, показаны на фиг.1 - упрощенно схема подземного газогенератора, на фиг.2-5 - различные варианты выполнения многоступенчатого подземного сепаратора для первичной очистки отводимого газа.
Подземный газогенератор, включает дутьевую скважину, представленную на фиг.1 ее вертикальным или наклонным и горизонтальным участками 1, 2. Газоотводящая скважина включает также свои вертикальный или наклонный и горизонтальный участки 3, 4. Дутьевая и газоотводящая скважины связаны первоначальным реакционным каналом 5 газификации в угольном пласте 6 в единую гидравлическую систему. Угольный пласт 6 горизонтального залегания (в данном примере) ограничен сверху вышележащей толщей пород 7, а снизу - подстилающей толщей пород 8. В случае наклонного залегания угольного пласта 6, участки 2, 4 дутьевой и газоотводящей скважин соответственно будут наклонными по отношению к горизонтали, т.е. будут также находиться в плоскости угольного пласта 6 в пределах его мощности.
В единой гидравлической системе подземного газогенератора расположен многоступенчатый подземный сепаратор для первичной очистки отводимого газа, выполненный в виде сообщающихся полостей 9, последовательно расположенных в канале газоотводящей скважины. Сообщающиеся полости 9 многоступенчатого подземного сепаратора расположены в канале газоотводящей скважины в зоне ее примыкания к входу в угольный пласт 6, т.е. вблизи его кровли. Стрелками (см. фиг.1) показано на устьях скважин направление подачи дутья - участок 1 дутьевой скважины и направление отвода газа - участок 3 газоотводящей скважины. Дутьевая скважина обсаживается на всю длину, а газоотводящая - до начальной зоны угольного пласта 6 (без обсадки по угольному пласту 6).
Первоначальный реакционный канал 5 газификации в угольном пласте 6 может быть сооружен с использованием вертикально-горизонтальной или наклонно-горизонтальной скважины (на фиг.1 не показано), пробуренной на концы частей 2, 4 дутьевой и газоотводящей скважин или иным известным способом. Современные технические средства позволяют контролировать положение забоя буримой скважины в пространстве, поэтому показанный на фиг.1 первоначальный реакционный канал 5 газификации в угольном пласте 6 является, в данном случае, горизонтальным участком упомянутой вертикально-горизонтальной или наклонно-горизонтальной скважины, соединяющей концы частей 2, 4 дутьевой и газоотводящей скважин.
Известно, что местное увеличение проходного сечения канала, по которому движется поток текучей среды, оказывает воздействие на его параметры, в частности, приводит к уменьшению скорости его движения, снижению турбулентности, что способствует выпадению из него различных включений. Таким образом, последовательное изменение размера сообщающихся полостей многоступенчатого подземного сепаратора в направлении отвода газа приводит к изменению параметров, характеризующих этот поток, и, следовательно, к выпадению с различной интенсивностью и в различном объеме твердых и смолистых компонентов, присутствующих в нем. Причем интенсивность выпадения компонентов взаимоувязана как с их фракционным составом, размерами составляющих фракций, так и с агрегатным состоянием. Предполагается, что если размер сообщающихся полостей многоступенчатого подземного сепаратора приблизительно одинаковый по их объему (фиг.1), то интенсивность заполнения полостей более удаленных, в направлении отвода газа, ступеней (секций) сепаратора будет уменьшаться, равно как и размер составляющих фракций компонентов. В результате, с течением времени эффективность работы многоступенчатого подземного сепаратора будет снижаться.
Что касается эффективности работы многоступенчатых сепараторов иных вариантов выполнения (фиг.2-5), то она может быть подтверждена в ходе выполнения экспериментов. Так предполагается, что уменьшение в направлении отвода газа или увеличение размера сообщающихся полостей многоступенчатого подземного сепаратора по их объему или по их площади поперечного сечения в средней части или по их длине позволит добиться равномерного их заполнения осадками (компонентами), выпадающими из продуктов газификации в тех или иных конкретных горногеологических условиях строительства и эксплуатации подземного газогенератора и, следовательно, максимальной степени первичной очистки отводимого газа.
Сооружение многоступенчатого подземного сепаратора может быть осуществлено с использованием известной технологии, раскрытой в источнике информации RU 2209984, 2003.
3
3
3
В соответствии с известной технологией розжигают угольный пласт, в скважину нагнетают воздушное дутье. При этом используется экспериментальная зависимость скорости перемещения очага горения (W) от расхода воздушного дутья (V), в соответствии с которой при расходе воздушного дутья менее 250 м/ч очаг горения не перемещается навстречу дутью. После увеличения расхода более 400-500 м/ч начинается заметное противоточное перемещение очага горения (W>0,1-0,2 м/ч). Далее вплоть до расхода воздуха 1000-1200 м/ч наблюдается активный рост скорости перемещения очага горения до 2,0 м/ч.
3
После увеличения расхода воздуха свыше 1200-1300 м/ч начинается достаточно интенсивное снижение скорости перемещения очага горения.
3
После достижения расхода воздуха более 1600 м/ч перемещение очага горения навстречу нагнетаемому дутью практически прекращается.
3
С учетом изложенного рекомендуется поддерживать расход воздуха в пределах 500-1600 м/ч.
3
В процессе нагнетания воздушного дутья контролируется местоположение очага горения согласно зависимости L=Wt, где t - время нагнетания воздушного дутья в скважину. Например, при продолжительности нагнетания 1000 м/ч воздушного дутья в течение 24 ч протяженность термически проработанной части коллектора: L=Wt=2 м/ч·24 ч=48 м. Величина W определяется по восходящей ветви кривой W=f(V).
Кроме того, представляется возможным воздействовать на сечение термически проработанного канала. Так, в соответствии с экспериментальной кривой W=f(V) скорость перемещения очага горения, равная, например, 1,6 м/ч, может быть
3
3
3
достигнута при 750-800 м/ч и при 1400-1500 м/ч. Во втором случае объем выгазования угля в проработанной части канала будет примерно в 2 раза больше, чем при расходе 750-800 м/ч.
Пользуясь известной технологией, позволяющей управлять местоположением очага горения и объемом выгазовывания угля, осуществляют термическую проработку первоначального реакционного канала 5 газификации в угольном пласте 6, а затем и сооружение многоступенчатого подземного сепаратора. При этом газоотводящую скважину обычно оборудуют известной системой охлаждения, например, раскрытой в RU 2055174, 1996. Контролирование местонахождения очага горения может осуществляться также с использованием известного способа, раскрытого в RU 2236599, 2003.
Подземный газогенератор работает следующим образом. После того как был проработан термически первоначальный реакционный канал 5 газификации и сооружен многоступенчатый подземный сепаратор, приступают к газификации угольного пласта 6. При этом точка подвода дутья по, мере выгазовывания угольного пласта 6 по простиранию, перемещается вверх по дутьевой скважине, а полости 9 многоступенчатого подземного сепаратора заполняются осадками (компонентами), выпадающими из продуктов газификации. В реальных условиях расстояния между дутьевой и газоотводящей скважинами, равно как и длины их участков 2, 4 могут измеряться сотнями метров.