Подземный газогенератор

Предложение относится к области горной промышленности и может быть использовано при подземной газификации углей. Подземный газогенератор включает, по меньшей мере, дутьевую и газоотводящую скважины, связанные первоначальным реакционным каналом газификации в угольном пласте в единую гидравлическую систему и имеет в единой гидравлической системе многоступенчатый подземный сепаратор для первичной очистки отводимого газа. Многоступенчатый подземный сепаратор 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. Техническим результатом 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. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

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.

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 м³/ч очаг горения не перемещается навстречу дутью. После увеличения расхода более 400-500 м ³/ч начинается заметное противоточное перемещение очага горения (W>0,1-0,2 м/ч). Далее вплоть до расхода воздуха 1000-1200 м³/ч наблюдается активный рост скорости перемещения очага горения до 2,0 м/ч.

После увеличения расхода воздуха свыше 1200-1300 м³/ч начинается достаточно интенсивное снижение скорости перемещения очага горения.

После достижения расхода воздуха более 1600 м³/ч перемещение очага горения навстречу нагнетаемому дутью практически прекращается.

С учетом изложенного рекомендуется поддерживать расход воздуха в пределах 500-1600 м³/ч.

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 м³/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

достигнута при 750-800 м³/ч и при 1400-1500 м ³/ч. Во втором случае объем выгазования угля в проработанной части канала будет примерно в 2 раза больше, чем при расходе 750-800 м³/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.

1. Подземный газогенератор, включающий, по меньшей мере, дутьевую и газоотводящую скважины, связанные первоначальным реакционным каналом газификации в угольном пласте в единую гидравлическую систему, отличающийся тем, что он имеет в единой гидравлической системе многоступенчатый подземный сепаратор для первичной очистки отводимого газа.

2. Подземный газогенератор по п.1, отличающийся тем, что многоступенчатый подземный сепаратор для первичной очистки отводимого газа выполнен в виде сообщающихся полостей, последовательно расположенных в канале газоотводящей скважины.

3. Подземный газогенератор по п.2, отличающийся тем, что последовательно сообщающиеся полости многоступенчатого подземного сепаратора расположены в канале газоотводящей скважины в зоне ее примыкания к входу в угольный пласт.

4. Подземный газогенератор по п.2, отличающийся тем, что размер сообщающихся полостей многоступенчатого подземного сепаратора приблизительно одинаковый.

5. Подземный газогенератор по п.2, отличающийся тем, что размер сообщающихся полостей многоступенчатого подземного сепаратора различный.

6. Подземный газогенератор по п.5, отличающийся тем, что размер сообщающихся полостей многоступенчатого подземного сепаратора уменьшается в направлении отвода газа.

7. Подземный газогенератор по п.5, отличающийся тем, что размер сообщающихся полостей многоступенчатого подземного сепаратора увеличивается в направлении отвода газа.

8. Подземный газогенератор по п.5, отличающийся тем, что размер сообщающихся полостей многоступенчатого подземного сепаратора чередуется в направлении отвода газа.

9. Подземный газогенератор по п.4, отличающийся тем, что размер сообщающихся полостей многоступенчатого подземного сепаратора приблизительно одинаковый по их объему.

10. Подземный газогенератор по п.4, отличающийся тем, что размер сообщающихся полостей многоступенчатого подземного сепаратора приблизительно одинаковый по их площади поперечного сечения в средней части.