Шахтний метан: ресурси в Україні та методи використання

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти та науки України

Національний технічний університет України

"Київський політехнічний інститут"

Кафедра відновлювальних джерел енергії

Реферат

Шахтний метан: ресурси в Україні та методи використання

Підготував студент 5 курсу

ФЕА групи ЕК-41см

Бучастий В.О.

Перевірив викладач:

Кудря С.О.

Київ - 2015

Метан - один із основних видів парникових газів, який за сторічний період здатний утримувати тепла в 21 раз більше в атмосфері, ніж вуглекислий газ. Фактично, вміст метану в атмосфері складає 16% від загальної кількості парникових газів. За останнє сторіччя його кількість в атмосфері збільшилася в двоє. Згідно досліджень, об'єм метану щорічно збільшується на 0,6% (для прикладу, об'єм вуглекислого газу на 0,4%).

Рисунок 1 - Глобальні викиди парникових газів

В більшості країнах підземні вугільні шахти представляють собою потужне джерело шахтного метану. На протязі багатьох років метан, що виділявся на вугільних шахтах, розглядався як шкідливий та небезпечний побічний продукт, що не представляє ніякої цінності. Однак сучасні проекти по збору та утилізації шахтного метану, заставляють признати зворотнє: шахтний метан - джерело екологічно чистої енергії; продукт, добування якого дає масу переваг для шахти; для місцевого суспільства, регіону та країни в цілому, та для екологічного стану на планеті.

Згідно проекту відновленої енергетичної стратегії України до 2030 р., потенціальні ресурси України метану вугільних пластів складають 12 трлн м³, що в 3-3,5 рази більше ніж запасів природнього газу. А його прогнозоване добування в Україні складе 2-4 трлн м³.

В останні роки недостача енергоресурсів в нашій країні викликала інтерес до використання метану вугільних родовищ. Із 294 шахт Донбасу за рік виділяється близько 2,5 млрд м³ метану, із шахт Львівсько-Волинського басейну - близько 60 млн. м³. При цьому, тільки 8% цієї кількості використовується в якості палива - все інше викидається в атмосферу. Запаси метану на окремих шахтах коливаються від 0,2 до 4,7 млрд. м³. Наприклад, в надрах шахти ім. Засядько вони становлять 3,6 млрд. м³, імені Скочинського - 4,7 млрд. м³, "Південнодонбаською" - 3-3,5 млрд. м³. Дані ресурсів метану по геолого-промислових районах наведено в таблиці 1.

Таблиця 1 - Характеристики геолого- промислових районів Донбасу

Слід виділити, що на відміну від вугільного метану, який добувається на ділянках, де не ведуться гірські роботи і для добування якого необхідно спеціальний вплив на вугільний пласт, наприклад, гідророзрив, шахтний газ метан виділяється при добуванні вугілля без спеціального впливу на вугільну породу і видаляється із шахти системами вентиляції та дегазації. Саме шахтний газ метан забруднює навколишнє середовище і тому скорочення його викидів в атмосферу регламентовано Кіотським протоколом.

Активним способом керування виділенням метану в гірничі виробки є дегазація - комплекс технологічних процесів, спрямованих на попередження виділення метану в атмосферу гірничих виробок шляхом його вилучення, уловлювання та ізольованого відводу по врубах шахтної дегазаційної системи, нейтралізація та зв'язування метану у вугленосній товщі. Дегазація передбачається у випадках, коли з пласта або виробленого простору видаляється понад 2 м³/хв метану на тонких пластах, понад 3 м³/хв - на пластах середньої потужності, а засобами вентиляції неможливо забезпечити вміст метану у повітрі в межах встановлених норм.

Розглянемо методи боротьби з емісією шахтного метану.

Найпростішою формою обробки метану є спалювання в факелах. Символічно це означає, що газ спалюється "холодно" або просто викидається в атмосферу. Цей процес потрібно оцінювати критично, оскільки енергія метану не використовується і при цьому виникають шкідливі для клімату викиди газу в атмосферу. Просто понижується вибухо- та пожежонебезпечність на шахті.

Паливо для транспортних засобів. Метан для використання поступає по магістральному трубопроводу через блок вхідних кранів, де відбувається первинне його очищення, в блок підготовки газу. У блоці підготовки газу метан очищається від вологи, масла і механічних частинок, і поступає в компресорний блок. У компресорному блоці метан охолоджується, стискається, додатково очищається від вологи, що залишилися, і масла, і поступає в блок осушення, де остаточно осушується і очищається. З блоку осушення метан через газорозподільний блок подається на колонки, через які реалізується.

Вироблення теплової енергії в котельних та модульних котельних установках. Теплову електроенергію можливо виробляти в шахтних котельних та модульних котельних установках. У ДОННТУ були розроблені газопідготовчі станції (ГПС), що дозволяють використовувати в шахтних котельних некондиційні метано-повітряні суміші. Станція ГПС-1 дозволяє збагачувати природним газом шахтний метан до кондиційного складу. Станція ГПС-2 дозволяє некондиційний шахтний метан розбавляти повітрям для отримання газоповітряної суміші із змістом метану 2,5%. Ця суміш дуттєвим способом спалюється в топці з твердим паливом.

Утилізацію кондиційного метану при недостатньому або такому, що коливається дебеті можна здійснювати шляхом сумісного спалювання з твердим паливом (високозольне вугілля або промпродукт). Найбільш перспективним напрямом утилізації некондиційного шахтного метану є розбавлення його до концентрації в суміші 2,5% і пряме спалювання її в спеціально обладнаних топках.

Для утилізації шахтного газу можливо використовувати газогенераторні установки. Газогенераторні установки дуже ефективні з погляду перетворення хімічної енергії палива в корисну електричну енергію. Сучасні газові двигуни досягають електричного ККД більше 44%, а в когенераційному циклі з утилізацією тепла вихлопних газів сумарний ККД складає більше 90%.

Низький рівень емісій шкідливих речовин, висока надійність і простота техобслуговування, маневреність і висока енергетична ефективність відкрили широкі можливості застосування газопоршневих електростанцій для локальної генерації електричної і теплової енергії.

Газогенераторні установки випускаються модульного виконання і включають систему підготовки газу, двигун внутрішнього згорання і електричний генератор. Газогенератор споживає метаноповітряну суміш з концентрацією метану від 30% і вище.

В таблиці 2 представленні проекти спільного впровадження з утилізації шахтного метану.

Таблиця 2 - Проекти спільного впровадження з утилізації шахтного метану в Україні

Тепер більш детальніше розглянемо як відбувається процес утилізації на одній із шахт.

В 2004 році на шахті імені О.Ф. Засядько почалося проектування найпотужнішої в СНД когенераційної установки з використанням шахтного метану в якості палива. На шахті використовується нова технологія комплексної дегазації вугільних масивів. Вона передбачає дегазацію оброблюваного вугільного масиву підземними свердловинами - по 2-3 свердловини в кущі, дегазацію відробленого простору по трубопроводу системи газовідводу через свічки. Було встановлено, що газ із поверхневих дегазаційних свердловин містить 90-98% метану, із підземних свердловин поточної дегазації - 25-60%, а з трубопроводів дегазації відробленого простору - 8-30%. Була збільшена пропускна спроможність підземних дегазаційних трубопроводів, прокладено більше 50 км труб і ефективність комплексної дегазації доведена до 90%.

Одночасно з реконструкцією підземної частини системи дегазації, був споруджений потужний наземний енергокомплекс, який включає: будівництво чотирьох нових вакуумно-насосних станцій та спорудження газотранспортної системи подачі газу, його очистки та підготовки. По ній здійснюється збір, транспортування, сушка, фільтрування від води та пилу метану, підготовка його до спалювання. Для енергетичної переробки метану на промисловій площадці шахти побудовано енергоблоки JMS 620 GS-N.LC австрійсько-американської фірми GE Energy Jenbacher Gas Engines. Агрегати мають довгостроковий ресурс та відрізняються стабільною роботою при використанні шахтного метану з нестабільною концентрацією. Комплекс включає 24 когенераційних установок, кожна по 3, 035 МВт електричної та 2,92 МВт теплової енергії.

Трьохступінчата теплова схема когенераційної установки передбачає відпуск теплоносія у вигляді гарячої води з параметрами 110/70°С. Спочатку здійснюється утилізацією тепла СМАЗОЧНОГО масла, газоповітряної суміші та рубашки двигуна, при цьому вода підігрівається з 70 до 86°С. Подальший нагрів теплоносія до 110°С здійснюється за рахунок утилізації тепла вихлопних газів. Принципова схема утилізації теплової енергії когенераційної установки показана на Рисунку 2.

Рисунок 2 - Принципова схема утилізації теплової енергії когенераційної установки

Двоповерхове компонування виробничих приміщень станції забезпечило компактне розташування установки та скорочення протяжності інженерних комунікацій. Енергомодулі розташовані в чотирьох машинних залах знизу. Тут також знаходяться маслогосподарство, насосна, приміщення розподільчого пристрою РП-6,3 кВ, диспетчерська, допоміжні та побутові приміщення.

Теплова частина когенераційної установки розташована на рівні 5,4 м. На даху основного приміщення ТЕС знаходяться сухі градирні аварійного охолодження та охолодження другого ступеню газоповітряної суміші. Загальний вигляд ТЕС, а також вакуумно-насосна станція та струмопроводи 6,3 кВ від електростанції до підстанції 6,3/110 кВ показані на Рисунку 3.

метан вугільний шахтний котельний

Рисунок 3 - Загальний вигляд ТЕС

За період з 2004 по 2009 роки комплексом виділено та утилізовано 170 млн. м3 шахтного газу метану, який використано для обробки близько 560 тисяч МВт·год. електроенергії і більше 157 тисяч Гкал тепла, що дозволило скоротити викиди метану в атмосферу в еквіваленті 2,8 млн. тон CO2. Загальний економічний ефект від реалізації проекту в умовах шахти імені О.Ф. Засядько склав 272,3 млн. грн.

Використана література

1. Создание энергоэффективного комплекса извлечения и использования шахтного газа метана, Д-р геол.-минерал. наук В.В. Лукинов, д-р техн. наук В.Г. Перепелица. 2010

2. Пучков Л.А., С.В. Сластунов Проблемы угольного метана - мировой и отечественный опыт их решения, 2007

3. Рябич О.М. Економічно-екологічна бізнес-стратегія впровадження проектів з утилізації шахтного метану в Україні, 2008

4. Белошицкий М.В., Троицкий А.А. Использование шахтного метана в качестве энергонисителя, журнал "Турбины и дизели", ноябрь-декабрь 2006

Размещено на Allbest.ru