Спосіб одержання теплової енергії

Запропоноване технічне рішення належить до вугільної промисловості, а конкретніше - до способів підземної газифікації, що полягають у тім, що вугілля безпосередньо в пластах спалюють, перетворюючи в газ, який потім відкачують на поверхню, де використовують як газоподібне паливо, вихідний продукт для одержання хімічних речовин або джерело теплової енергії. Для спалювання призначені переважно похилі і крутопадаючі пласти, при цьому світа вугільних пластів і увесь комплекс гірничих виробок являє собою підземний газогенератор. Відомий спосіб одержання теплової енергії при відпрацьовуванні світи похилих чи крутопадаючих вугільних пластів, що полягає в проведенні повітроподавальних і газовідвідних гірничих виробок, збійок між ними, розпалюванні вугільного пласта, подаванні повітря і відведенні гарячих газів на поверхню [Ржевський В.В. Методичні розробки про стан і розвиток науково-експериментальних робіт в області підземної газифікації вугілля. - М.: МГІ, 1984. - С. 73, 97, 123, 125]. Недоліком відомого способу є, по-перше, значний обсяг підготовчих робіт, віднесений на величину підготовлених до відпрацьовування запасів вугілля, а, по-друге, обмеження потужності за рахунок незначної кількості одночасно діючих вогневих вибоїв. Відомий спосіб одержання теплової енергії при спалюванні вугільних пластів, що полягає в проведенні підготовчих виробок, що розкривають вугільний пласт, повітроподавальних і газовідвідних горизонтальних і вертикальних виробок, що оконтурюють ділянку, розпалюванні вугільного пласта і відведенні гарячих газів на поверхню [Закоршменний І.М. Технологічна схема відпрацьовування світи потужних крутих пластів. / У зб. "Технологія комплексного витягу вугілля, газу, енергії". - М.: МГІ, 1988 - С. 90]. Недоліком відомого технічного рішення, визначеного як прототип, є також значний обсяг підготовчих гірничих робіт. Крім того, проведення вертикальних збієчних виробок по вугільному пласту, ускладнюють керування процесом випалювання внаслідок того, що газовідвідні виробки, які проведено по вугільному пласту у процесі горіння руйнується, що призводить до ускладнень при експлуатації газогенератора. У основу винаходу поставлене завдання зі створення способу одержання теплової енергії, переважно при спалюванні світи похилих чи крутопадаючих вугільних пластів, у якому за рахунок створення додаткового джерела гарячих газів підвищується потужність газогенератора. Поставлене завдання розв'язується за рахунок того, що в способі одержання теплової енергії, переважно при спалюванні світи похилих чи крутопадаючих вугільних пластів, який полягає в проведенні квершлагів, що розкривають вугільні пласти, випалюванні вугільного пласта і відведенні гарячих газів на поверхню, відповідно до винаходу, повітроподаючий квершлаг проводять на нижньому, а газовідвідний - на верхньому горизонтах на кожному пласті, між верхнім і нижнім квершлагами здійснюють збійку, при цьому в збійках розміщають теплообмінники, а паралельно кожному теплообміннику встановлено трубу, яку з одного боку з'єднано із зовнішньою трубою теплообмінника. На фігурі наведено технологічну схему, що пояснює сутність запропонованого способу одержання теплової енергії. Спосіб здійснюють так. Для підготовки до відпрацьовування світи пластів проводять стовбури, що розкривають горизонти: повітроподаючий - на нижньому 1 і газовідвідний на верхньому 2 горизонтах. Між верхнім 2 і нижнім 1 горизонтами на кожнім пласті здійснюють збійку виробкою 3, у якій розміщають теплообмінники 4. Конструкція теплообмінників являє собою систему "труба в трубі". Висота теплообмінника може досягати 2050 м. Теплообмінники монтують із секцій, довжина яких дорівнює 5,0 м. Діаметр зовнішньої труби коливається в межах 100-500 мм в залежності від потужності пласта, що відпрацьовується. Внутрішню трубу з одного кінця закрито. На всю довжину внутрішньої й зовнішньої труб з одного боку на однаковій відстані один від одного виконано отвори 5. Теплообмінники 4 установлюють вертикально у виробці 3 на деякій відстані друг від друга таким чином, що отвори 5 спрямовано на вогневий вибій. Паралельно теплообміннику 4 встановлено трубу 6. Останню з одного кінця, який розташовано з боку верхнього горизонту, з'єднано із зовнішньою трубою теплообмінника. Для розпалення вогневих вибоїв простір між теплообмінниками і вугільними вибоями пластів заповнюють легкозаймистими матеріалами - гума, пластмаса, шкіра і дрантя, рясно змочене соляркою. Підпалювання зазначених матеріалівроблять дистанційно у верхній частині виробки 3. Продукти горіння вугільного пласта, температура яких досягає 1200-1300°С, обтікають теплообмінники 4 і переміщаються по випаленому просторі в напрямку газовідвідного квершлагу, який розташовано на верхньому горизонті 2. У простір між трубами теплообмінника подають воду, а у внутрішню трубу теплообмінника подають повітря, яке через отвори 5 під тиском 0,3 Мпа надходить на вогневий вибій. Вода, що піднімається під тиском в міжтрубному просторі теплообмінника на всю його висоту, перетворюється в пару. По трубі 6, яку з'єднано з зовнішньою трубою теплообмінника, пара передається на поверхню. Відібране у вогневому вибої тепло, передається по системі трубопроводів (на фігурі їх не наведено), обладнаних теплоізоляцією і прокладених у повітроподаючих виробках, у парогенератор, який розташовано біля повітроподаючого стовбура. У міру вигоряння вугільного пласта, теплообмінники 4 переміщаються віялоподібне під дією власної ваги. Таким чином, вони постійно знаходяться в контакті з вогневими вибоями вугільних пластів. Кількість пари визначається темпом подачі води в теплообмінник і температурою горіння пласта. Дана технологічна схема призначена для використання на пластах потужністю 0,3-0,8 м з покрівлею, складеної з піщанику. Використання запропонованого технічного рішення дозволяє за рахунок безпосереднього розташування теплообмінників у вогневих вибоях підвищити потужність газогенератора з 20% до 70%, так як на поверхню надходить, по-перше, гаряча пара, яку одержано від теплообмінників, а, по-друге, гарячі гази із вогневого вибою.