Факторы, влияющие на процесс подземной газификации

На характер и течение технологического процесса подземной газификации оказывают влияние многие факторы, определяющие его две основные стороны: собственно химический гетерогенный процесс образования газа и гидродинамический характер взаимодействия дутья с реагирующей поверхностью топлива. Из них наибольшее значение имеют следующие.

Температура в канале газификации. Высокая температура приводит к возрастанию скорости химического взаимодействия между реагирующими веществами (способствует удержанию суммарного процесса газообразования в диффузионной области).

Интенсивность нагнетания дутья и аэродинамика газовых потоков в значительной степени оказывают влияние на увеличение скорости диффузии и содействует удержанию суммарного процесса в диффузионной области. Однако опыты показывают, что после определенного предела дальнейшая интенсификация нагнетания дутья ведет к ухудшению качества газа (повышается концентрация СО₂ и неразложившегося пара). Это указывает на переход процесса из диффузионной области в кинетическую (к реакционной поверхности подводится больше углекислоты и пара, чем это требуется по скорости химического взаимодействия между углекислотой и углем), т.е. каждый подземный газогенератор имеет свою оптимальную интенсивность.

Состав дутья. Одним из наиболее легких способов повышения температуры в канале газификации, а следовательно, улучшения качества газа является повышение концентрации кислорода в дутье. Подземная газификация угля на воздушном дутье обладает тем недостатком, что в подземные газогенераторы подается 79 % балласта в виде азота, который приходится нагревать вместе с кислородом, затем выводить из подземного газогенератора вместе с горючими компонентами и направлять потребителям. Переход на дутье, обогащенное кислородом (парокислородное), является одним из путей значительного повышения теплоты сгорания газа и к. п. д. процесса и приведет к резкому улучшению технико-экономических показателей производства.

Увеличение давления в подземном газогенераторе приводит к улучшению качества газа и снижению его влажности. Это объясняется вытеснением воды из канала газификации, а также тем, что пропорционально давлению увеличивается скорость массообменных процессов. Расчеты [39] показывают, что ПГУ под высоким давлением и на парокислородном дутье позволит получить газ с теплотой сгорания 9—13, 5 МДж/м³, а химический к.п. д. такого процесса будет достигать 70—72%.

Увеличение зольности угля вызывает значительное снижение теплоты сгорания газа, снижение качества газа и уменьшение выхода газа с 1 кг угля.

Влажность угля и приток воды. Существует показатель оптимума влаги, при превышении которого в канале газификации содержание горючих компонентов в газе уменьшается. Чтобы уменьшить влияние подземных вод, необходимо увеличить интенсивность процесса газификации, либо уменьшить их напор.

Е.В. Крейниным создана модель газификационного канала, по которой можно определить убывание кислорода по длине канала. Длина кислородной зоны для эквивалентного диаметра канала 0, 8—1 м должна составлять 25 м, а не 200 м, как предполагал 3.Ф. Чухнов. Им же предложена обобщающая зависимость влияния скорости выпаривания угля от водопритока, теплоты сгорания и объема выхода газа и мощности пласта, которая позволят не только предвидеть результаты газификации, но и воздействовать на них.

Мощность угольного пласта существенно влияет на результаты подземной газификации. При ее увеличении уменьшаются потери тепла в окружающий горный массив.

Увеличение длины канала газификации при постоянном дутьевом режиме и неизменной степени выгазовывании угля приводит к снижению качества газа. Например, на одном из подземных газогенераторов подмосковной станции «Подземгаз» при увеличении расстояния от дутьевой скважины с 25 до 50 и 75 м нижнее значение теплоты сгорания газа уменьшилось с 4285 до 3640 и 3140 кДж/м³ соответственно. Это снижение качества газа связано с реакцией конверсии, которую можно уменьшить интенсификацией процесса, увеличением количества дутья или повышением концентрации кислорода.

Тепловой баланс и коэффициент полезного действия процесса подземной газификации. В процессе газификации в подземный газогенератор вводится теплота в виде теплоты сгорания топлива, физической теплоты топлива, воздушного дутья и приточной влаги. Эта теплота распределяется между продуктами процесса и тепловыми потерями следующие образом: теплота сгорания сухого газа, физическая теплота сухого газа и теплота влаги газа, теплота сгорания сухого газа, теряемого в окружающий горный массив, физическая теплота теряемого газа и влаги теряемого газа, теплота сгорания водо-растворимых соединений, физическая теплота водо-растворимых соединений, потери теплоты в окружающую среду.

Кроме теплового баланса, процесс подземной газификации характеризуется коэффициентом полезного действия газификации под которым понимается отношение количества теплоты, заключенной в валовом газе, к количеству теплоты в топливе, израсходованном на получение этого газа. Этот показатель позволяет оценить, какое количество тепловой энергии угля, подвергнутого газификации, перешло в теплоту сгорания полученного газа.