Formation of thermal fields by the energy-chemical complex of coal gasification

Abstract

Purpose. The objective is to generate thermal energy from basic segments of the energy-chemical complex formed on the basis of borehole underground coal gasification with determination of its operation modes. Methodology. The set engineering tasks were performed using, analytical studies, bench studies and field studies represented in research projects, patents, and feasibility studies concerning construction and scientific support while equipment operating of a pilot mine gasifier under the conditions of solid fuel seam gasification in the context of excessive fissuring of rock mass enclosing the gasifier. Studies of thermal and power indices of the station for coal gasification were carried out with the help of Information Program “MTB BUCG” (“Material and Thermal Balance of Borehole Underground Coal Gasification”) developed by the researchers of the Department of Underground Mining and the Department of Chemistry (State Higher Educational Institution “National Mining University”). Besides, the Program was piloted using industrial gasifier at experimental mine “Barbara” (Katowice, Poland). Findings. Basic indices of coal gasification station depending upon a type of forced-draft mixture for an underground gasifier were determined. Studies concerning the efficiency of thermal energy generation were carried out using rocks enclosing the underground gasifier and generator gases being the basic heat generating segments of the energy-chemical complex for coal gasification being formed on the territories of operating coal mines or mines at the stage of their closure. Prospects of gasification and thermal energy generation using rock disposals of coal mines have been estimated. Modes of internal heat provision of heat-generating segments of the energy-chemical complex have been determined. Originality. Dependencies of heat-exchange distribution within roof rocks in the process of coal seam gasification depending upon the length of a reaction channel, zones of thermochemical reactions in it and methods of heat exchange have been obtained. Dependence of payback period of cogeneration plant in terms of underground coal gasification on electrical energy and gasification product (generator gas) has been determined. Graph of thermal energy generation in terms of different operation modes of basic segments of energy-chemical complex has been constructed. Practical value. Technological scheme of a thermal utilizer has been developed. The plant provides possibility of thermal energy utilization in the process of coal gasification within the seam occurrence. Basic modes of thermal energy generation at the coal gasification station being a heat-generating segment of the energy-chemical complex have been determined.

Мета. Отримання теплової енергії на основних сегментах енергохімічного комплексу, сформова- ного на базі свердловинної підземної газифікації вугілля, зі встановленням режимів його роботи. Методика. Поставлені інженерні завдання ви- конувались із застосуванням аналітичних, стендо- вих і натурних методів досліджень. Дослідження теплових і енергетичних показників станції з гази- фікації вугілля проводилося за допомогою інфор- маційної програми „МТБ СПГВ“, розробленої в Державному ВНЗ „НГУ” співробітниками кафедр підземної розробки родовищ та хімії, що пройшла апробацію на промисловому газогенераторі в умо- вах експериментальної шахти „Барбара” (м. Като- віце, Польща). Результати. Визначені основні показники робо- ти станції з газифікації вугілля залежно від типу по- дачі дуттьової суміші до підземного газогенератора. Оцінена ефективність отримання теплової енергії від гірських порід, в яких розташований підземний газогенератор, та отриманих генераторних газів. Ці джерела є основними теплогенеруючими сегмента- ми енергохімічного комплексу з газифікації вугіл- ля, що формується на території діючих вугільних шахт чи тих підприємств, які знаходяться на стадії закриття. Оцінена перспективність газифікації ву- гілля генерації теплової енергії з породних відвалів вугільних шахт. Визначені режими внутрішнього теплозабезпечення теплогенеруючих сегментів енер- гохімічного комплексу. Наукова новизна. Отримані залежності розподі- лення теплообміну в породах покрівлі пласта при газифікації вугілля залежно від довжини реакцій- ного каналу, зон термохімічних реакцій у ньому й способів теплообміну. Встановлена залежність тер- міну окупності когенераційної установки при під- земній газифікації вугілля від ціни на електроенер- гію та продуктів газифікації (генераторний газ). Отримано графік генерації теплової енергії за різ- них режимів експлуатації основних сегментів енер- гохімічного комплексу. Практична значимість. Розроблена технологічна схема теплоутилізатора, що забезпечує можливість утилізації теплової енергії у процесі газифікації ву- гілля на місці залягання пласта. Визначені основні режими генерації теплової енергії на станції з гази- фікації вугілля, що є теплогенеруючим сегментом енергохімічного комплексу.

Цель. Получение тепловой энергии на основных сегментах энергохимического комплекса, сформи- рованного на базе скважинной подземной газифи- кации углей, с установлением режимов его работы. Методика. Поставленные инженерные задачи вы- полнялись с применением аналитических, стендо- вых и натурных методов исследования. Исследова- ние тепловых и энергетических показателей стан- ции по газификации углей проводилось с помощью информационной программы „МТБ СПГВ”, разра- ботанной в Государственном ВУЗе „НГУ” сотруд- никами кафедр подземной разработки месторожде- ний и химии, которая прошла апробацию на про- мышленном газогенераторе в условиях эксперимен- тальной шахты „Барбара” (г. Катовице, Польша). Результаты. Определены основные показатели работы станции по газификации углей в зависимо- сти от типа подачи дутьевой смеси в подземный га- зогенератор. Оценена эффективность получения те- пловой энергии от горных пород, в которых разме- щен подземный газогенератор, и полученных гене- раторных газов. Эти источники являются основны- ми теплогенерирующими сегментами энергохими- ческого комплекса по газификации углей, который формируется на территории действующих угольных шахт, или тех предприятий, что находятся на стадии закрытия. Оценена перспективность газификации углей и генерации тепловой энергии из породных отвалов угольных шахт. Определены режимы вну- треннего теплообеспечения теплогенерирующих сег- ментов энергохимического комплекса. Научная новизна. Получены зависимости рас- пределения теплообмена в породах кровли пласта при газификации углей в зависимости от длины ре- акционного канала, зон термохимических реакций в нем и способов теплообмена. Установлена зависи- мость срока окупаемости когенерационной уста- новки при подземной газификации углей от цены на электроэнергию и продуктов газификации (генера- торный газ). Получен график генерации тепловой энергии при различных режимах эксплуатации ос- новных сегментов энергохимического комплекса. Практическая значимость. Разработана техноло- гическая схема теплоутилизатора, что обеспечива- ет возможность утилизации тепловой энергии в процессе газификации угля на месте залегания пла- ста. Определены основные режимы генерации те- пловой энергии на станции по газификации угля, которая является теплогенерирующим сегментом энергохимического комплекса.