Экономика ПВС

Существенное (в 5—8 раз) уменьшение удельных капитальных вложений в результате применения ПВС (вместо комплекса карьер — фабрика) обусловливается не только отказом от проведения громадного объема горных работ и резким снижением абсолютных затрат на строительство зданий и сооружений, но и их незначительной зависимостью от глубины залегания рудного тела. Так, с увеличением глубины залегания рудного тела от 100 до 500 м при прочих равных условиях себестоимость серы в случае использования метода ПВС повышается на 10 %. В то же время при открытой добыче с увеличением глубины от 50 до 200 м себестоимость серы возрастает в 5—7 раз.

В отличие от традиционных способов добычи организация труда при ПВС характеризуется поточностью и непрерывностью, что является следствием более высокой комплексной механизации и автоматизации отдельных звеньев производства. Условия труда на предприятиях ПВС определяют высокую квалификацию рабочих, замену тяжелого физического труда умственным. Таковы, например, специальности оператора по скважинам, оператора химводоочистки, рабочего водоотливных скважин. Кроме того, технология ПВС полностью исключает ручной труд при добычных работах.

Экономические показатели метода ПВС намного лучше по структуре основных фондов, себестоимости добычи и динамике освоения производственных мощностей, чем при традиционных методах.

Метод ПВС дает возможность широко применять механизацию и автоматизацию, обеспечивает безопасность горных работ, требует высокой квалификации рабочих, исключает ручной труд.

В настоящее время каждая третья тонна серы, добываемая из самородных руд, получена методом ПВС. В перспективе добыча серы должна увеличиться. В этой связи актуальным является отработка технологии добычи слабопроницаемых руд. Пока нерешенным вопросом являются повышение извлечения серы из недр более 40 – 50 % и переход предприятий на замкнутый водооборот.

13 ПОДЗЕМНАЯ ГАЗИФИКАЦИЯ УГЛЯ (ПГУ)

Основные понятия и представления

Подземная газификация представляет собой термохимический процесс превращения угля в горючие газы, пригодные для энергетических или химико-технологических целей. Идея подземной газификации угля принадлежит Д.И. Менделееву, который еще в 1888 г. писал: «Настанет, вероятно, со временем даже такая эпоха, что угля из земли вынимать не будут, и там, в земле, его сумеют превращать в горючие газы и их по трубам будут распределять на далекие расстояния». Им же сформулирован основной принцип ПГУ: «Пробурив к пласту несколько отверстий, одно из них должно назначать для введения — даже вдувания воздуха, другое для выхода, даже вытягивания (например, инжектором) горючих газов, которые затем легко провести даже на далекие расстояния к печам». Известный английский химик В. Рамсей предложил вести процесс газификации угля через одиночные обособленные скважины (рисунке 13.1).

Начиная с 1933 г., в СССР ведутся опытно-промышленные исследования ПГУ. Первые опыты велись с дроблением угля и шахтной подготовкой газогенератора, который по своей сути пытались сделать подобным наземным газогенераторам, но, поскольку не удавалось создать и поддерживать однородного слоя угля, появлялись прогары, и уголь использовался не полностью. Опыты закончились неудачно.

В 1934 г. сотрудники Донецкого углехимического института предложили и на Горловской станции осуществили новый способ ПГУ. По наклонному пласту параллельно прошли две выработки, которые в нижней части сбиты горизонтальной выработкой, а в верхней соединены скважинами с поверхностью. В одну скважину подавалось дутье, из другой отводился горючий газ. Этот поточный метод ПГУ явился основой для всех последних технологий ПГУ в различных условиях залегания угольных пластов (рисунок 13.2).

Уголь состоит из органической горючей массы, минеральной негорючей массы и влаги. Свойства угля зависят от исходного материала, послужившего для его образования, условий накопления, химизма среды образования угля и степени метаморфизма.

Под термином «подземная газификация угля» понимают процесс получения из угля газа, а под термином «подземный газогенератор» — часть угольного пласта, в которой ведется газификация. Важнейшими элементами подземного газогенератора являются каналы газификации, образуемые по простиранию или по падению пласта. В них совершается взаимодействие кислорода, подаваемого в каналы, с твердой фазой (с углем и различными химическими элементами окружающих пород). Войдя в канал газификации, кислород подогревается. Двигаясь далее, он вступает в реакцию с углеродом угля, образуя окись и двуокись углерода. Образовавшаяся двуокись углерода, а также водяной пар, поступающий из угольного пласта и окружающих пород, движутся далее по угольному каналу, омывают его раскаленную поверхность и частично восстанавливаются углеродом (соответственно до окиси углерода и водорода). При дальнейшем движении по каналу горючие газы нагревают уголь, в результате чего происходит термическое разложение его горючей массы с выделением летучих, поступающих в газовый поток. Далее эта смесь газов, имеющая еще достаточно высокую температуру, омывает остальную поверхность канала, производя подсушку угля. Таким образом, процесс газообразования в канале газификации можно условно разбить на четыре зоны: окисления (или горения), восстановления, термического разложения угля и сушки. Общий баланс энергии реакций автотермичен.

1 — обсадная колонна; 2 — дутьевая колонна; 3 — цементация; 4 — кровля; 5 — уголь; 6 — газ; 7 — дутье; 8 — выгазованное пространство

Рисунок 13.1 – Схема подземной газификации угля (по В. Рамсею)

1—вертикальные дутьевые скважины; 2—водоотливные скважины; 3—наклонные дутьевые скважины; 4 — наклонные газоотводящие скважины

Рисунок 13.2 – Принципиальная схема бесшахтного газогенератора на наклонных угольных пластах:

На рисунке 13.3 показано изменение состава газа по длине горизонтального канала длиной 100 м. Опыт проводили на воздушном дутье с получением энергетического газа. Как видно, энергетический газ подземной газификации содержит горючие компоненты — водород, окись углерода и летучие продукты, которые условно принимаются за метан. Кроме того, в нем в незначительных количествах содержатся сероводород, непредельные углеводороды, аргон и др. Негорючие газы представлены кислородом (до 0, 2%), двуокисью углерода (до 20—22%) и азотом. Концентрация последнего особенно значительна при ведении процесса на воздушном дутье и резко сокращается при обогащении дутья кислородом.

0 25 50 75 м

1 — водород; 2 — окись углерода; 3 — двуокись углерода; 4— метан; 5 — кислород

Рисунок 13.3 – Изменение состава газа по длине канала газификации