початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2278254

СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ ПРИ ПІДЗЕМНОМУ УГЛЕСЖІГАНІІ

Ім'я винахідника: Прокопенко Сергій Артурович (RU)
Ім'я патентовласника: Державна освітня установа вищої професійної освіти "Кузбаський державний технічний університет" (ГУ КузГТУ) (RU)
Адреса для листування: 650026, г.Кемерово, вул. Весняна, 28, Кузбаський державний технічний університет, патентний відділ
Дата початку дії патенту: 2004.12.21

Винахід відноситься до гірничої справи, зокрема до отримання електроенергії за рахунок підземного спалювання вугілля. Технічним результатом винаходу є підвищення ефективності використання ресурсів газовугільної родовища для виробництва товарної продукції зі зниженням її собівартості. Спосіб здійснюють шляхом попереднього формування в випалювати пласті ізольованих блоків вугілля. При цьому блоки вугілля формують проведенням на всю потужність пласта по його падіння ухилів, з'єднаних запальним штреком, ізольованим від нижележащей товщі вугілля вогнетривким покриттям. На всьому протязі ухилів по їх центру створюють вогнетривкі розділові стінки. Вогнетривке покриття і вогнетривкі розмежувальні стінки створюють із заглибленням в породний масив на величину потужності углевмістких порід. Потім в ухилах формують шлюзи, забезпечені шлюзовими воротами. У кожному блоці вугілля проходять повітроподавальних вироблення в запальний штрек, а в покрівлю ухилів в кожен шлюз бурят газовідвідних свердловини. В ухилах прокладають рейкові дороги і розміщують на них теплообмінники, які з'єднують системою гнучких і жорстких жаростійких трубопроводів з паровою турбіною електрогенератора і резервуаром теплоносія. Після цього здійснюють розпал вугілля з запального штреку і подачу теплоносія в теплообмінники, які мають у своєму розпорядженні в зоні вогневого фронту, переміщаючи з похилів від запального штреку до поверхні. Причому швидкість пересування теплообмінників контролюють по температурі теплоносія. Крім того, між двома суміжними ухилами в блоці вугілля формують додаткові ухили, за якими подають повітря і переміщують теплообмінники в умовах двостороннього контакту з вогневим фронтом. Формування ізольованого блоку вугілля здійснюють закладкою крайніх ухилів негорючими породами, розпал вугілля здійснюють з тупикових частин ухилів, а подачу повітря в зону вогневого фронту і відведення газів з неї виробляють по трубопроводах, прокладених в ухилах.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до гірничої справи, зокрема до отримання електроенергії за рахунок підземного спалювання вугілля.

Відомі різні способи підземного спалювання вугілля і виробництва електроенергії. Так, наприклад, відомий спосіб підземної розробки вугільних родовищ та виробництва електроенергії (Заявка №94023017, опубл.10.06.1996 р), що включає спалювання вугілля, що видобувається в стаціонарних підземних топках і видачу високотемпературних продуктів на поверхню шахти в паросилова контур тепломеханічного обладнання для виробництва електроенергії .

Недоліками способу є висока ресурсомісткість углеенергетіческого комплексу внаслідок витрат на видобуток вугілля, висока небезпека робіт для людей, що знаходяться під землею, стационарность установки і необхідність доставки вугілля до неї. Все це обумовлює високу собівартість одержуваної електричної енергії.

Найближчим технічним рішенням до пропонованого способу є спосіб отримання електроенергії при бесшахтной углегазіфікаціі і / або підземному углесжіганіі (Патент РФ №2100588, МПК 6 Е 21 В 43/295, опубл.1997.12.27), що включає формування блоків (панелей) вугілля в пласті, буріння з поверхні повітроподавальних і газоотводящих свердловин, послідовну дегазацію та газифікацію вугільних блоків, відведення метану і генераторного газу через свердловини на газову турбіну електрогенератора, при цьому тепло генераторного газу відводять на парову турбіну електрогенератора, а одержувану електричну енергію передають по ЛЕП до споживачів.

Недоліками цього способу є:

• панелі пласта розділені міжпанельними целиками вугілля шириною 3-5 м, які і можуть спалахнути, що призведе до неконтрольованого поширення вогневого фронту, передчасного підпалу недренірованние від метану панелі і порушення технологічного процесу;
• залишення вугілля в покрівлі та грунті свердловин на пластах потужністю більше 1,2 м і, як наслідок, наявність умов для переходу пожежі за межі спалюваного панелі;
• тепло спалюваного вугілля виводиться тільки з генераторним газом і в значній мірі втрачається на розігрів порід, розсіювання в масиві, прогрів міжпанельних ціликів;
• генераторний газ є низькокалорійним енергоносієм, що визначає високу собівартість одержуваної електроенергії;
• низький коефіцієнт корисної дії енергетичного комплексу при отриманні енергії, укладеної у вугільних пластах, і велика витрата вугільної речовини в процесі виробництва електроенергії;
• низький рівень використання ресурсів газовугільної родовища, що піддається підземному спалюванню, внаслідок відсутності можливостей ефективного використання випаленої гірської маси.

Завданням винаходу є підвищення ефективності використання ресурсів газовугільної родовища для виробництва товарної продукції зі зниженням її собівартості.

Зазначена задача досягається тим, що в способі отримання електроенергії при підземному углесжіганіі, що включає формування блоків вугілля в пласті, буріння з поверхні повітроподавальних і газоотводящих свердловин, послідовну дегазацію та газифікацію вугільних блоків, відведення метану і генераторного газу на газову турбіну, а тепла генераторного газу - на парову турбіну електрогенератора, передачу електроенергії споживачам, відповідно до винаходу блоки вугілля формують проведенням на всю потужність пласта по його падіння ухилів, з'єднаних запальним штреком, ізольованим від нижележащей товщі вугілля вогнетривким покриттям, на всьому протязі ухилів по їх центру створюють вогнетривкі розділові стінки, при цьому вогнетривке покриття і вогнетривкі розмежувальні стінки створюють із заглибленням в породний масив на величину потужності углевмістких порід, потім в ухилах формують шлюзи, забезпечені шлюзовими воротами, в кожному блоці вугілля з поверхні бурять одну подає повітря свердловину в покрівлю запального штреку на рівному віддаленні від ухилів, а в покрівлю ухилів в кожен шлюз бурят газовідвідних свердловини, по обидва боки вогнетривких розділових стінок в ухилах прокладають рейкові дороги і розміщують на них теплообмінники, які з'єднують системою гнучких і жорстких жаростійких трубопроводів з паровою турбіною електрогенератора і резервуаром теплоносія, після цього здійснюють розпал вугілля з запального штреку і подачу теплоносія в теплообмінники, які мають у своєму розпорядженні в зоні вогневого фронту, переміщаючи з похилів від запального штреку до поверхні, причому швидкість пересування теплообмінників контролюють по температурі теплоносія. Крім того, між двома суміжними ухилами в блоці вугілля формують додаткові ухили, за якими переміщують теплообмінники в умовах двостороннього контакту з вогневим фронтом. Після охолодження масиву через ухили випалених блоків вугілля здійснюють видачу на поверхню видобутих Горельніков, а подає повітря і газовідвідних свердловини використовують для вентиляції підземного простору.

Заявляється технічне рішення пояснюється кресленнями, де на фіг.1 представлена принципова технологічна схема підземного спалювання вугілля і виробництва електроенергії; на фіг.2 - розріз по А-А на фіг.1.

Спосіб отримання електроенергії при підземному углесжіганіі здійснюють наступним чином. За падіння пласта вугілля послідовно проходять ухили 1 на всю його потужність і глибину 600-800 м, які потім з'єднують горизонтальної виробленням - запальним штреком 2 (фіг.1). Ширина нарізаних таким чином блоків вугілля 3 складає 30-60 м і визначається необхідною продуктивністю теплообмінників 4 (парогенераторів), потужністю пласта вугілля, його калорійністю, температурою горіння і т.д. Для зниження трудомісткості прохідницьких робіт при великої потужності покривних пухких відкладень ухили можуть формуватися не з денної поверхні, а з горизонтального штреку, пройденого за простяганням пласта під наносами. З метою запобігання переміщення вогневого фронту 5 за межі блоків вугілля 3 грунт штреку 2 ізолюють вогнетривким покриттям 6 з цегли, бетону, інших сучасних негорючих матеріалів, як показано на фіг.2. На всьому протязі ухилів 1 по їх центру створюють вогнетривкі розділові стінки 7, якими ділять вироблений простір ухилів 1 на дві частини. Для підвищення безпеки вогнетривке покриття 6 і вогнетривкі розмежувальні стінки 7 створюють із заглибленням в породний масив на величину потужності углевмістких порід. Це обумовлено тим, що в покрівлі та грунті більшості пластів вугілля залягають шари алевролітів і аргілітів потужністю 0.3-0,7 м. Ці породи містять вугільне речовина (до 20-40%) і можуть виступити провідниками вогневого фронту 5 за межі спалюваного блоку вугілля 3.

В ухилах 1 через 100-150 м формують шлюзи 8, забезпечені шлюзовими воротами 9, керованими диспетчером з поверхні, що створює умови для управління газовим потоком в підземному просторі і підтримки режиму високої температури. Таким чином, в надрах формують ізольовані блоки вугілля 3, виступаючі в подальшому в якості термогазогенераторов або динамічних підземних топок. В кожному ізольованому блоці вугілля 3 на рівному віддаленні від ухилів 1 в запальний штрек 2 проводять повітроподавальних вироблення 10. Це може бути свердловина з поверхні, свердловина або ухил по пласту і т.п. В покрівлю ухилів 1 в кожен шлюз 8 бурят газовідвідних свердловини 11. На перших підготовлених блоках вугілля 3 через всі ці свердловини організовують дренаж метану і відведення його на електрогенератор 12. Електрогенератор 12 комплектують двома турбінами - газової та парової - з можливістю виробництва електроенергії з комбінованого циклу . Для передачі виробленої електроенергії споживачам електрогенератор приєднують до існуючих мереж ЛЕП. Потім на грунті ухилів 1 по обидві сторони від вогнестійких стінок 7 монтують рейкові дороги для пересування теплообмінників 4. Теплообмінник 4 представляє собою циліндричний котел на колесах (на зразок залізничної цистерни), переміщуваний з поверхневого диспетчерського пункту за допомогою, наприклад, лебідки і перетворює надходить в нього воду в пар високого тиску.

Для підвищення рівня безпеки енерговиробництва можлива організація контурного (каскадного) знімання теплової енергії спалюваного вугілля, коли на першому контурі - в підземному теплообміннику 4 - використовують важкі рідини (рідкий калій або гліколь) з температурою кипіння близько 600 градусів за Цельсієм, що віддають тепло водяному теплоносія через інший теплообмінник, розташований в більш безпечній зоні, наприклад на поверхні або в заглибленою камері.

За рейковим дорогам в ухили 1 двох перших блоків вугілля 3 на рівень запального штреку 2 спускають теплообмінники 4 (ТО 1, 2, 3 і 4) і з'єднують їх системою жорстких і гнучких трубопроводів з електрогенератором 12 і резервуаром 13 теплоносія. Парогенератори (теплообмінники), трубопроводи, рейки, троси, ланцюги і т.д. виготовляють з матеріалів, що витримують утворюється під землею високу температуру. Як засоби стеження за процесом спалювання вугілля на вогнетривких розділових стінках 7 встановлюють температурні датчики та інші прилади контролю.

По завершенні підготовки кількох ізольованих блоків вугілля 3, їх попередньої дегазації і видаленні фронту прохідницьких робіт по простяганню пласта в першому ізольованому блоці вугілля 3 з запального штреку 2 здійснюють розпал вугільного масиву. Це досягають, наприклад, підпалом кількох дров'яних вогнищ, викладених в запальному штреку 2 уздовж його вугільної стінки, або віддаленим підпалом нафтопродуктів (дизпаливо, мазут), нанесених на вугільну стінку запального штреку 2 або спущених через що подає повітря свердловину 10.

Одночасно з розпалом першої ізольованого блоку вугілля 3 організовують подачу з резервуара 13 теплоносія в теплообмінники 4 (ТО 1 і ТО 2), які мають у своєму розпорядженні в зоні вогневого фронту 5, переміщаючи (наприклад, за допомогою лебідок) з похилів 1 від запального штреку 2 до поверхні і контролюючи швидкість їх пересування по температурі теплоносія. При зниженні температури (що означає вихід теплообмінника за межі зони вогневого фронту) прискорюють або уповільнюють переміщення тепообменніка вгору по ухилу 1, забезпечуючи максимальний знімання тепла, що виділяється спалюється вугіллям.

Контроль за підземним паропроізводством здійснюють в наземному диспетчерському пункті, де за допомогою комп'ютерної програми відстежують відповідність фактичних параметрів процесу необхідним. Відстежують показники температури в різних точках спалюваних блоків вугілля 3, контролюють тиск і температуру в теплообмінниках 4, сучасними засобами спостереження ведуть тепловізорного зйомку масиву і т.п. Звідти ж керують процесом виробництва енергії шляхом регулювання подачі повітря в свердловини 10, пересування теплообмінників (парогенераторів) 4 по ухилах 1 вгору слідом за вогневим фронтом 5, перекриття шлюзових воріт 9, регулювання витрати води і т.д. Створення шлюзів 8 в ухилах 1 забезпечує умови для збереження високотемпературного режиму в зоні розміщення теплообмінників 4, а буріння газоотводящих свердловин 11 в кожен шлюз 8 створює умови для управління рухом газових потоків з мінімальними втратами тепла, що виділяється. Газовідвідні свердловини 11 нижніх шлюзів 8 використовують для подачі в підземний простір повітря після переходу вогневого фронту 5 на рівень вище розташованих шлюзів 8. Тим самим підтримують компактність зони ведення робіт по спалюванню вугілля, скорочують витрати повітря, що подається і втрати теплової енергії.

У міру випалювання одного блоку вугілля 3 вводять в дію наступний. При цьому на сусідньому з запаліваемим блоці вугілля 3 всі підготовчі та дегазаційні роботи повинні бути завершені, теплообмінники 4 (ТО 5 і ТО 6) встановлені на рівні запального штреку 2, а люди з нього повинні бути переведені в наступні блоки вугілля 3.

Таким чином, крім метану і генераторного газу, що надходять на газову турбіну електрогенератора 12, на його парову турбіну разом з парою від охолодження генераторного газу надходить і потужний додатковий потік гарячої пари високого тиску від підземних теплообмінників 4. Це сприяє підвищенню потужності паросилова установки електрогенератора 12, збільшення виробництва електроенергії та зниження її собівартості.

Електрогенератор 12 виконують мобільним і пересувають в напрямку підготовлених блоків вугілля 3 по простяганню пласта з відповідним перемонтаж трубопроводів.

Теплообмінники 4 (ТО 1-6), будучи розташованими на флангах спалюваних блоків вугілля 3, функціонують в умовах одностороннього контакту з вогневим фронтом 5. Як наслідок цього, віддалені від вогню стінки теплообмінників 4 прогріваються менше, ніж стінки бліжерасположенние до вогневого фронту 5. Підвищення рівня знімання тепла забезпечують, формуючи в блоках вугілля 3 між двома суміжними ухилами 1 додаткові ухили, за якими переміщують теплообмінники в умовах двостороннього контакту з вогневим фронтом 5 і рівномірного прогріву теплообмінників з обох сторін. Це забезпечує видачу на поверхню теплоносія з підвищеною температурою, а при використанні води - видачу пара з підвищеним тиском.

Сприятливими умовами для реалізації запропонованого способу мають ділянки вугільних родовищ, відпрацьовані шляхом вибурювання вугілля свердловинами або ухилами з розрізної траншеї (наприклад, американськими вибурюють комбайнами HWM). Після завершення угледобичних робіт такі ділянки являють собою сукупність ухилів довжиною до 300 м і шириною 2-2,5 м і вугільних ціликів між ними шириною 0,3-0,9 ширини ухилу. У таких умовах формування ізольованих блоків вугілля здійснюють закладкою крайніх з намічених під блок ухилів негорючими породами. Решта ухили використовують для подачі повітря в зону вогневого фронту і переміщення теплообмінників. При цьому запальний штрек може бути сформований руйнуванням ціликів в тупиках ухилів (наприклад, бурінням в цілики шпурів і їх підриванням).

Скорочення кількості свердловин і обсягу бурових робіт на родовищі можна досягти організацією подачі повітря в зону вогневого фронту і відведення газів з неї по трубопроводах, прокладених в ухилах.

В результаті підземного випалювання блоків вугілля 3 в надрах утворюється горизонт горілих порід. На місці застосування пропонованої технології вилучення з вугілля енергії формується техногенне родовище будівельного матеріалу - Горельніков - з полегшеними умовами для подальшої його відпрацювання: випалений вугільний пласт не схильний до викидів газу і його виділенням в вироблення, покрівля пласта і виробок в результаті спікання порід під впливом високих температур має високу стійкість і не схильна до обвалення, масив має низьку водонасиченому, є підготовлені свердловини для вентиляції і вироблення для транспортування продукту на поверхню і т.д.

Після спалювання вугілля і охолодження масиву через ухили 1 випалених блоків вугілля 3 здійснюють видачу на поверхню видобутих Горельніков, а подає повітря 10 і газовідвідних 11 свердловини використовують для вентиляції підземного простору і створення сприятливих умов для роботи людей. Таким чином, забезпечують комплексність і безпеку освоєння родовищ корисних копалин.

Пропонований спосіб забезпечує комплексне освоєння вугільних родовищ з використанням газової, органічної і мінеральної складових вугільного масиву для випуску товарної продукції. Це дозволяє розширити товарний асортимент і скоротити витрати на функціонування експлуатує родовище виробничого комплексу. Підвищення ефективності використання теплової енергії і зниження собівартості виробленої електричної енергії досягаються зменшенням втрат тепловиділення при підземному углесжіганіі за рахунок створення ізольованих вугільних блоків і ефективного управління рухом газоповітряних потоків в підземному просторі, а й організацією додаткового активного знімання теплової енергії спалюваного під землею вугільної речовини. Крім того, різко знижується техногенне навантаження на навколишнє середовище, що є актуальним для територій углеенергетіческіх комлексов. У процесі випалювання вугілля формується техногенне родовище Горельніков з полегшеними умовами (відсутність газовиділення з масиву, наявність підготовлених виробок, свердловин для вентиляції і т.п.) їх видобутку для будівельних потреб.

Соціальний ефект винаходу досягається можливістю виведення з небезпечних умов праці великої кількості персоналу машиністів підземних комбайнів, ГРОЗ, електрослюсарів і т.д. і вивільнення їх для іншої творчої діяльності.

Підземне спалювання вугілля виступає проривним рішенням проблеми подвоєння ВВП Росії до 2010 року, дозволяючи уникнути видобутку і транспортування енергетичної сировини з вугільних пластів на ТЕС і забезпечуючи випуск з вугільного родовища екологічно чистої, транспортабельної і цінної продукції - електроенергії, а й будівельного матеріалу при різкому скороченні ресурсоємності всієї системи енерговиробництва і зниженні собівартості кінцевих товарів.

Пропонований спосіб може застосовуватися в широкому діапазоні гірничо-геологічних умов, а саме на пластах енергетичного вугілля потужністю від 1,0-1,5 м і вище, будь-який газорясності, міцності, зольності, на невідпрацьованих ділянках шахтних полів, а й ділянках з некондиційними запасами для відомих технологій відпрацювання.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб отримання електроенергії при підземному углесжіганіі, що включає формування блоків вугілля в пласті, буріння з поверхні повітроподавальних і газоотводящих свердловин, послідовну дегазацію та газифікацію вугільних блоків, відведення метану і генераторного газу на газову турбіну, а тепла генераторного газу - на парову турбіну електрогенератора, передачу електроенергії споживачам, що відрізняється тим, що блоки вугілля формують проведенням на всю потужність пласта по його падіння ухилів, з'єднаних запальним штреком, ізольованим від нижележащей товщі вугілля вогнетривким покриттям, на всьому протязі ухилів по їх центру створюють вогнетривкі розділові стінки, при цьому вогнетривке покриття і вогнетривкі розмежувальні стінки створюють із заглибленням в породний масив на величину потужності углевмістких порід, потім в ухилах формують шлюзи, забезпечені шлюзовими воротами, в кожному блоці вугілля проходять повітроподавальних вироблення в запальний штрек, а в покрівлю ухилів в кожен шлюз бурят газовідвідних свердловини, в ухилах прокладають рейкові дороги і розміщують на них теплообмінники, які з'єднують системою гнучких і жорстких жаростійких трубопроводів з паровою турбіною електрогенератора і резервуаром теплоносія, після цього здійснюють розпал вугілля з запального штреку і подачу теплоносія в теплообмінники, які мають у своєму розпорядженні в зоні вогневого фронту, переміщаючи з похилів від запального штреку до поверхні, причому швидкість пересування теплообмінників контролюють по температурі теплоносія.
2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що між двома суміжними ухилами в блоці вугілля формують додаткові ухили, за якими подають повітря і переміщують теплообмінники в умовах двостороннього контакту з вогневим фронтом.
3. Спосіб за п.1 або 2, який відрізняється тим, що формування ізольованого блоку вугілля здійснюють закладкою крайніх ухилів негорючими породами, розпал вугілля здійснюють з тупикових частин ухилів, а подачу повітря в зону вогневого фронту і відведення газів з неї виробляють по трубопроводах, прокладених в ухилах .

Версія для друку
Дата публікації 23.11.2006гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів