УДК 502.5

Разработка мероприятий по утилизации шахтного метана в условиях работы шахты «Холодная Балка» ГП «Макеевуголь»

Васильева В.В., студент,

Донбасская национальная академия строительства и архитектуры

Научный руководитель: Калинихин О.Н., к.т.н., доцент

ГОУ  ВПО  Донецкий  национальный  технический  университет

Разработаны мероприятия по утилизации шахтного метана в условиях работы ОП «Шахта «Холодная Балка» ГП «Макеевуголь». Предложена поэтапная схема установки для сжигания угольного метана в газопоршневом двигателе шахтного энергокомплекса, а также  схема сжигания метана в котельной.

Утилизация шахтного метана имеет большое экологическое значение. Ежегодные выбросы метана в атмосферу на шахтах с нагрузкой 1 млн. т угля в год достигают 20–50 млн. м³. При утилизации шахтного метана в теплоэнергетических модулях выхлопные газы двигателей содержат лишь СО₂ и Н₂О. Утилизация шахтного метана в шахтных теплоэнергетических модулях позволит получить возможность улучшить финансовое положение угледобывающих предприятий за счет продажи квот от уменьшения вредных выбросов [2].

По мнению специалистов, утилизация шахтного метана позволит снизить себестоимость добычи угля на шахтах в зависимости от конкретных условий на 3–4%. Кроме того, это положительно скажется и на других показателях хозяйственной деятельности угледобывающих предприятий. Во-первых, увеличится масса прибыли на единицу продукции, поскольку возрастает разница между существующей ценой и себестоимостью добычи угля или, что одно и то же, снизятся убытки, и, во-вторых, сократится расход первичного топлива (угля) на внутренние нужды, в результате чего соответственно возрастут угольные товарные ресурсы и стоимость их реализации.

Утилизация угольного метана может быть осуществлена путем подачи части метановоздушной смеси (МВС) с допустимой концентрацией метана k1≤0,025, в качестве воздушного дутья энергетического объекта. Остальная часть МВС, обогащенная при необходимости газом со скважин поверхностной дегазации до допустимой Правилами безопасности в угольных шахтах с концентрацией k2 ≥0,25, подается по каналу основного топлива.

Принципиальная схема установки для сжигания угольного метана в газопоршневом двигателе шахтного энергокомплекса приведена на рис.1. Достоинством предлагаемой схемы является то, что она позволяет реализовать номинальный режим работы газопоршневой установки, регулируя подачу или атмосферного воздуха, или газа со скважин поверхностной дегазации для обогащения, что осуществляется с целью обеспечения номинальных параметров метановоздушной смеси оговоренных Правилами безопасности.

Вакуум-насосные станции шахты могут извлекать метан как из дегазационных скважин (высококонцентрированная МВС), так и из системы газоотсоса (низкоконцентрированная МВС).

Рис.1 – Принципиальная схема установки для сжигания угольного метана в газопоршневом двигателе шахтного энергокомплекса

Исходя из анализа данных по предприятию, очевидна перспектива освоения утилизации метана из системы дегазации.

Схема управления подачей топлива в газопоршневую установку содержит каналы 1 и 3 подачи, соответственно низкопотенциальной Q01 и высокопотенциальной Q02 МВС, а также канал 2 для подачи воздуха горения, сумматоры C1 и C2, а также регуляторы R1 − R4 реализующие необходимый режим работы.

Наиболее вероятным будет поэтапная реализация данного проекта.

1 этап. Обособленный отвод метановоздушной смеси из дегазационной системы без разбавления на поверхность с концентрацией более 35% дает возможность его дожигать в ее свече. Данное мероприятие позволит получить быстрый экономический эффект за счет снижения платежей экологического сбора и продажи квот на выбросы парниковых газов.

Наиболее целесообразным с экономической и технической точек зрения на 2 этапе освоения утилизации шахтного метана будет:

• внедрение дегазации подрабатываемой толщи вертикальными скважинами, пробуренными с поверхности, для обеспечения высоких концентраций метана и стабильных его дебитов;
• использование каптируемой метано-воздушной смеси для отопления шахтных котельных. В соответствии с ПБ для топки котлов можно использовать метано-воздушную смесь, содержащую не менее 30% метана.

Для утилизации метана принимаем котлы типа ДКВ-10/13 – с расходом метана для отопления одного котла 5,3 м³/мин. Для сжигания газа с фронта каждого котла установлено по 3 подовые горелки, т. е. по горелке на каждое загрузочное окно. Диаметр трубы горелки принят 108 мм, а давление газа перед горелкой должно быть равным около 500 мм вод. ст. Воздух для горения подается от существующих дутьевых вентиляторов или поступает вследствие разрежения в топке через дверки поддувала. Для каждого котла необходимо подавать более 9 тыс. м³/час воздуха [3].

Газ сжигается в топках трех паровых котлов при номинальной паро-производительности каждого котла 10 т./час с рабочим давлением в котле 6 кг/см².

Перевод котлов на шахтный газ предусматривается с сохранением существующей системы подачи топлива, воды и удаления шлака, т. е. твердое топливо является резервным. При переводе котлов на газ в их обмуровке предусмотрено установить по 2 взрывных предохранительных диафрагмы в топках котлов и по 2 – в газоходах кипятильного пучка.

В помещении котельной обязателен не менее чем трехкратный воздухообмен. Для этого в верхней части оконных проемов сзади котлов устанавливают 3 жалюзийные решетки с 4 цилиндрическими дефлекторами диаметром 600 мм и производительностью 3000 м³/час каждый.

Проект должен предусматривать автоматику газовой безопасности, которая может быть увязана с элементами автоматической защиты вакуум-насосной станции, которая представлена на рисунке. На газопроводе в котельной обязательна установка водоотделителей и продувочных свечей, которые выводятся выше крыши здания котельной на 1м [2].

1-Котел ДКВ-10/13; 2-горелка; 3-воздуходувка; 4-пламегаситель; 5-каплеулавлеватель; 6-вакуум-насос; 7-дымосос.

Рис. 2 - Принципиальная схема сжигания метана в котельной

С точки зрения экологии, извлечение метана из массива горных пород с его последующей утилизацией является шагом вперед на пути решения экологических проблем, таких как глобальное потепление вследствие парникового эффекта, энергетический и сырьевой кризис и многое другое.

Проект по утилизации шахтного метана внедряется на «Шахте Холодная Балка» с 2010 года – шахта применяет факельное сжигание метана по проекту совместного осуществления, что позволяет снижать уровень выбросов парниковых газов, внося свой вклад в смягчение изменения климата. В 2012 году на предприятии впервые была получена вторичная энергия путем перевода шахтной котельной с угольного топлива на метан. По прогнозам, данная инициатива позволит сократить выбросы парниковых газов приблизительно на 100 тыс. тонн в год в эквиваленте СО₂   [4].

Масштабная реконструкция энергооборудования на генерирующем предприятии позволит существенно снизить энергоемкость генерации энергии, что, в свою очередь, приведет к снижению выбросов парниковых газов и производству более экологически чистой электроэнергии.

Реализация данного комплекса мероприятий позволит снизить экологическую нагрузку на окружающую среду в сфере угольного производства, будет способствовать ее сохранению, бережному отношению к природным ресурсам, улучшению условий проживания населения в угледобывающих регионах страны.

Библиографический список

1. Астахов С.А. Утилизация шахтного газа //Уголь.- 2006. – С.9 – 13.
2. Власова Е.Я. Стратегические направления обеспечения экологической безопасности региона // Фундаментальные исследования. – 2008. – № 5 – С. 61-64
3. Мероприятия по охране окружающей природной среды ОП «Шахта «Холодная Балка» на 2014 г. Макеевка, 2013 г. 3с.
4. Утилизация шахтного метана и вопросы реализации положений Киотского протокола на Шахте «Холодная Балка », // «Экология окружающей среды и безопасность жизнедеятельности» (№ 5, 2013).

1. Государственный кадастр недвижимости и земельно-имущественные отношения
   
2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
   
3. Комплексное использование природных ресурсов
   
4. Современные вопросы геологии
   
5. Физика горных пород
   
6. Новые технологии в природопользовании
   
7. Применение современных информационных технологий
   
8. Экономические аспекты недвижимости
   
9. Мониторинг использования объектов недвижимости
   
10. Топографо-геодезическое обеспечение кадастровых работ