Перспективы использования тепловой энергии водоносных горизонтов при подземном сжигании угля

Перспективы использования тепловой энергии водоносных горизонтов при подземном сжигании угля

По результатам моделирования фильтрации и теплопереноса установлена конвективная и кондуктивная составляющая теплового потока, проникающего из подземного газогенератора в вышезалегающий водоносный горизонт. Даны оценки изменения величины потока и температуры подземных вод в зависимости от мощности в...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Промышленная теплотехника
Datum:2016
Hauptverfasser: Садовенко, И.А., Инкин, А.В.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут технічної теплофізики НАН України 2016
Schlagworte:
Использование и сжигание топлива
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142261
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Перспективы использования тепловой энергии водоносных горизонтов при подземном сжигании угля / И.А. Садовенко, А.В. Инкин // Промышленная теплотехника. — 2016. — Т. 38, № 2. — С. 39-47. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-142261
record_format dspace
spelling Садовенко, И.А.
Инкин, А.В.
2018-10-02T16:00:22Z
2018-10-02T16:00:22Z
2016
Перспективы использования тепловой энергии водоносных горизонтов при подземном сжигании угля / И.А. Садовенко, А.В. Инкин // Промышленная теплотехника. — 2016. — Т. 38, № 2. — С. 39-47. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
0204-3602
DOI: https://doi.org/10.31472/ihe.2.2016.05
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142261
622.278
По результатам моделирования фильтрации и теплопереноса установлена конвективная и кондуктивная составляющая теплового потока, проникающего из подземного газогенератора в вышезалегающий водоносный горизонт. Даны оценки изменения величины потока и температуры подземных вод в зависимости от мощности водоупорного слоя.
За результатами моделювання фільтрації і теплоперенесення встановлена конвективна і кондуктивна складова теплового потоку, що проникає з підземного газогенератора у вищезалягаючий водоносний горизонт. Дані оцінки зміни величини потоку і температури підземних вод в залежності від потужності водотривкого шару.
As a result of filtration and heat transfer modeling of convective and conductive installed component of the heat flux penetrating the underground gasifier in the upper aquifer. The estimates varying the flow and temperature of groundwater, depending on the capacity impermeable layer deterioration.
ru
Інститут технічної теплофізики НАН України
Промышленная теплотехника
Использование и сжигание топлива
Перспективы использования тепловой энергии водоносных горизонтов при подземном сжигании угля
Prospects of use of thermal energy in aquifers underground burning of coal
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Перспективы использования тепловой энергии водоносных горизонтов при подземном сжигании угля
spellingShingle Перспективы использования тепловой энергии водоносных горизонтов при подземном сжигании угля
Садовенко, И.А.
Инкин, А.В.
Использование и сжигание топлива
title_short Перспективы использования тепловой энергии водоносных горизонтов при подземном сжигании угля
title_full Перспективы использования тепловой энергии водоносных горизонтов при подземном сжигании угля
title_fullStr Перспективы использования тепловой энергии водоносных горизонтов при подземном сжигании угля
title_full_unstemmed Перспективы использования тепловой энергии водоносных горизонтов при подземном сжигании угля
title_sort перспективы использования тепловой энергии водоносных горизонтов при подземном сжигании угля
author Садовенко, И.А.
Инкин, А.В.
author_facet Садовенко, И.А.
Инкин, А.В.
topic Использование и сжигание топлива
topic_facet Использование и сжигание топлива
publishDate 2016
language Russian
container_title Промышленная теплотехника
publisher Інститут технічної теплофізики НАН України
format Article
title_alt Prospects of use of thermal energy in aquifers underground burning of coal
description По результатам моделирования фильтрации и теплопереноса установлена конвективная и кондуктивная составляющая теплового потока, проникающего из подземного газогенератора в вышезалегающий водоносный горизонт. Даны оценки изменения величины потока и температуры подземных вод в зависимости от мощности водоупорного слоя. За результатами моделювання фільтрації і теплоперенесення встановлена конвективна і кондуктивна складова теплового потоку, що проникає з підземного газогенератора у вищезалягаючий водоносний горизонт. Дані оцінки зміни величини потоку і температури підземних вод в залежності від потужності водотривкого шару. As a result of filtration and heat transfer modeling of convective and conductive installed component of the heat flux penetrating the underground gasifier in the upper aquifer. The estimates varying the flow and temperature of groundwater, depending on the capacity impermeable layer deterioration.
issn 0204-3602
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142261
citation_txt Перспективы использования тепловой энергии водоносных горизонтов при подземном сжигании угля / И.А. Садовенко, А.В. Инкин // Промышленная теплотехника. — 2016. — Т. 38, № 2. — С. 39-47. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT sadovenkoia perspektivyispolʹzovaniâteplovoiénergiivodonosnyhgorizontovpripodzemnomsžiganiiuglâ
AT inkinav perspektivyispolʹzovaniâteplovoiénergiivodonosnyhgorizontovpripodzemnomsžiganiiuglâ
AT sadovenkoia prospectsofuseofthermalenergyinaquifersundergroundburningofcoal
AT inkinav prospectsofuseofthermalenergyinaquifersundergroundburningofcoal
first_indexed 2025-11-24T04:35:03Z
last_indexed 2025-11-24T04:35:03Z
_version_ 1850841608347451392
fulltext ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №2 39 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА Введение По оценкам ведущих нефтегазовых компа- ний, начало ХХI века ознаменовалось значитель- ным увеличением доли угля в топливно-энер- За результатами моделювання фільтрації і теплоперенесення вста- новлена конвективна і кондуктив- на складова теплового потоку, що проникає з підземного газогенера- тора у вищезалягаючий водоносний горизонт. Дані оцінки зміни величи- ни потоку і температури підземних вод в залежності від потужності водотривкого шару. УДК 622.278 ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ ПРИ ПОДЗЕМНОМ СЖИГАНИИ УГЛЯ Садовенко И.А., докт. техн. наук, Инкин А.В., канд. техн. наук Государственное высшее учебное заведение «Национальный горный университет» МОН Украины, пр. К. Маркса 19, Днепропетровск, 49600, Украина Библ. 9, рис. 5. Ключевые слова: подземное сжигание угля, тепловая энергия, подземные воды. As a result of filtration and heat transfer modeling of convective and conductive installed component of the heat flux penetrating the underground gasifier in the upper aquifer. The estimates varying the flow and temperature of groundwater, depending on the capacity impermeable layer deterioration. По результатам моделирования фильтрации и теплопереноса уста- новлена конвективная и кондуктив- ная составляющая теплового по- тока, проникающего из подземного газогенератора в вышезалегающий водоносный горизонт. Даны оцен- ки изменения величины потока и температуры подземных вод в зави- симости от мощности водоупорного слоя. а – коэффициент температуропроводности; С – содержание; с – теплоемкость; D – расход дутья; F – площадь; H – глубина залегания газогенератора; l – длина; Р – давление; Q – теплота сгорания; q – тепловой поток; S – площадь теплообмена; Т – температура; t – время; V – количество; W – влажность; z – вертикальная координата; ά – опытный коэффициент; κ – проницаемость; λ – коэффициент теплопроводимости; μ – вязкость; ρ – плотность; ϑ – объемный поток; О – дебит; П – производительность подземного газогенератора; Э – эффективность канала газификации; Индексы нижние: cd – кондуктивный; cv – конвективный; o – суммарный; sk – скважина; атм – атмосферное; в – воздух; г – газ; п – пород; пв – подземные воды; у – уголь; уг – углерод; уг. комп. – углесодержащие компоненты; уп – угольный пласт. гетическом балансе Украины и ряда стран мира (рис. 1). Рост его потребления был вызван, с одной стороны, ограниченностью запасов нефти и при- родного газа, а также перемещением разрабаты- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №240 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА ваемых месторождений в труднодоступные райо- ны, с другой стороны, проблемами безопасности атомных электростанций и высокими затратами на захоронение радиоактивных отходов [1]. Вместе с тем, увеличение добычи и переработ- ки угля традиционными способами привело к превращению угледобывающих регионов в зоны экологического бедствия. Так, работа неболь- шой угольной электростанции мощностью 200 МВт сопровождается ежегодным выбросом в атмосферу 100 тыс. т твердых частиц, 15 тыс. т сернистых соединений и 2 тыс. т окислов азота. Расширение сферы использования угольных ресурсов возможно путем их преобразования на месте залегания в экологически более чис- тый газообразный энергоноситель. Наиболее технически освоенным процессом такой перера- ботки является подземное сжигание угля (ПСУ). Однако, несмотря на почти вековой научно- промышленный опыт развития, оно до сих пор не получило широкого распространения ввиду значительного рассеивания выраба- тываемой тепловой энергии в породном массиве [2]. Постановка задачи Для повышения КПД данной геотехнологии (отношение используемого тепла к теплоте сгора- ния топлива) в работе [3] уже была установлена воз- можность отбора части тепловой энергии посту- пающей из реакционного канала в покрывающие его породы. Кроме того, об этом свидетельствуют результаты крупнейшего научно-промышленного эксперимента по ПСУ на участке Роки Маунтин в США [4]. Однако для практических расчетов ко- личества и выбора рациональной схемы извлече- Рис. 1. Прогноз потребления энергии Украиной за счет: 1 – 6 топливных масел, природного газа, теплоносителей, электричества, угля и биомассы соответственно. ния накапливаемой тепловой энергии необходима детальная характеристика возникающего теплово- го потока и оценка влияния на него горно-геоло- гических условий разрабатываемого угольно- го участка. В связи с чем, целью данной работы является установление динамики формирования теплового поля вокруг подземного газогенератора и возможности отбора нагреваемых им подзем- ных вод для теплоснабжения гражданских и промышленных объектов. Подготовка угольного участка к подземному ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №2 41 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА сжиганию начинается с бурения нагнетательной и газоотводящей скважины. Для взаимодействия угля с дутьем в пласте между скважинами созда- ется реакционный канал, при образовании кото- рого применяют фильтрационную, гидроразрыв- ную, электрическую и буровую сбойки. После сбойки скважин происходит поджиг угля и подача химических реагентов (воздуха, кислорода или водяного пара) в виде дутья через нагнета- тельную скважину. Участок угольного пласта, где ведется сжигание (подземный газогенератор), условно можно разделить на четыре зоны, кото- рым соответствуют различные реакции горения, и на каких основан процесс ПСУ (рис. 2). Обра- зованный в результате горения газ по продуктив- ной скважине выводится на поверхность и через трубопровод попадает в установки для охлажде- ния и очистки. Утилизация его физического теп- ла производится в теплообменниках, работающих в широких диапазонах: высоко (800...600 °С), средне (600...400 °С) и низкотемпературном (400...150 °С). Согласно приведенной технологической схе- ме разработки и геологического строения уголь- ных месторождений теплообменная система под- земного газогенератора состоит из трёх пластов, имеющих непосредственный контакт друг с дру- гом. В процессе сжигания нижнего угольного пласта часть тепла расходуется для перехода в горючие компоненты, другая часть поступает во вмещающие породы. Так как нагретые продукты горения значительно легче дутьевых компонен- тов, подающихся в реакционный канал, то при сжигании они будут занимать верхнюю часть выгазованного пространства, создавая там наибо- лее высокую температуру. Таким образом, почва водоупора над угольным пластом подвергается наибольшему термическому воздействию. Этот пласт прогревается над реакционным каналом в период сжигания угля и остывает после прек- ращения дутья. Водоносный пласт сверху нагре- вается под воздействием теплового потока, про- ходящего через кровлю нижележащего водоупора. Математическая модель. В оценке геотехнологии важно определить долю тепловой энергии, поступающей через во- доупор в водоносный пласт, которую возможно отобрать путём откачки нагретой воды. При этом интенсивность подогрева подземных вод и мощ- ность теплового потока напрямую зависят от объ- ема саженного угля, и следовательно, от дутья, поданного в реакционный канал. Необходимое количество воздуха (м3) для газификации 1 кг угля определяется по эмпирическому соотноше- нию [5]: 418 1,25001,0 α уу в WQ V   . (1) Производительность подземного газогенера- тора характеризуется объемом отработанного угля за определенный промежуток времени, и может быть записана в следующем виде ув ρ П   V D . (2) Выход газа с 1 кг угля составит у г 1 V V  , уг комп. уг. у 4,22 12 С С V    , 42комп. уг. СН%СО%СО% C . . (3) Принудительное нагнетание в газогенера- тор дутья дополнительно создаст вертикальный градиент давления, являющийся основной причиной конвекции в покрывающих породах [6]. При этом суммарный тепловой поток иду- щий от канала газификации на нагрев водо- упора будет равен q0(t) = qcd(t) + qcv(t). (4) Считаем, что теплофизические свойства пород водоупора не зависят от водообмена в вышележащем пласте. Площади конвективного и кондуктивного теплообмена изменяются с течением времени по мере развития реакционного канала и сжига- ния угля. Согласно данным вскрытия подземных газогенераторов на Шахтинской и Лисичан- ской станциях "Подземгаза", теплофизические и геометрические параметры канала не постоянны, а связь между пустотами в нем носит местный и ограниченный характер [7]. Это связано с тем, что первоначально созданный канал в про- цессе газификации постоянно расширяется, приближаясь к кровле и подошве угольного у г 1 V V  , уг комп. уг. у 4,22 12 С С V    , 42комп. уг. СН%СО%СО% C . ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №242 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА пласта. В результате этого в выгазованное прос- транство попадают не только угольные, но и по- родные стенки. Далее сечение канала продол- жает увеличиваться и, достигнув предельных величин, уменьшается вследствие обрушения породной кровли. Затем картина изменения сечения канала повторяется вновь. Рис. 2. Горно-энергетический модуль подземного сжигания угля: 1 – угольный пласт; 2 – водоупорные породы; 3 – водоносный горизонт; 4 – компрессор; 5 – дутье; 6 – подземный газотеплогенератор; 7 – тепловой поток в покрывающие породы; 8 – продуктивный газ, 9, 10 – соответственно оборудование для механической и химической очистки газа; 11 – теплообменник; 12 – тепловая энергия. Учитывая, что в горно-геологических усло- виях угольных месторождений Украины сжи- ганию подвергаются пласты мощностью менее 1 м, реакционный канал относительно быстро достигнет их кровли и подошвы. Дальнейшее развитие выгазованного пространства будет происходить по всей мощности пласта в ши- рину. Его площадь может быть осреднена по времени с учетом удельной эффективности работы канала газификации [8]. уп упЭ l F  )(ρ пвгггг ТТсqcv  , cvS HР РP     атм 2 атм 2 г г п г 2μ κ  . . Конвективный тепловой поток, поступающий через водоупор в водоносный горизонт, опреде- ляется по формуле уп упЭ l F  )(ρ пвгггг ТТсqcv  , cvS HР РP     атм 2 атм 2 г г п г 2μ κ  . (5) Принимается, что давление газа одинаково в объеме полости. При высокой скорости филь- трации газа, достигающей нескольких мм/с, конвективный тепловой поток в течение суток поступает в водоносный горизонт. При этом наг- ревается небольшой объем вокруг трещин, а основная масса пород водоупора прогревается вследствие кондуктивного переноса тепла. Пусть χ = qcv/qo – доля конвективного пото- ка в общем потоке тепла через водоупор. Остав- шаяся часть тепла (1 – χ) qo поступает в выше- лежащие породы кондуктивным путем. Оценки показывают, что χ не превышает несколько про- центов даже при значительном увеличении прони- цаемости водоупора. Кондуктивный поток тепла поступает в водоупор на разных участках по мере продви- жения огневого забоя. В соответствии с приня- той дискретизацией времени на всех участках подошвы водоупора над газогенератором в численных расчетах задается тепловой поток, ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №2 43 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА соответствующий среднесуточному значе- нию qcd, причем для всех моментов времени qcd = (1 – χ)q0. Кондуктивный тепловой поток простран- ственно распределяется по подошве водоупора. Для каждого j-го участка, где происходило по- ступление тепла с момента ti , qcd можно задать ограничения:         . , 0 , , 1 1 ii iij cdj tttt tttq q (6) Температура в слое водоупора над каждым участком суточного поступления тепла рас- считывается по формуле )),(),((),( sjoj ttzTtzTqTtzT  , ta zierfctatzT п п п 2λ 2),(  . (7))),(),((),( sjoj ttzTtzTqTtzT  , ta zierfctatzT п п п 2λ 2),(  . (8) Формула (8) представляет собой аналити- ческое решение уравнения теплопроводности в однородной полуограниченной области, на гра- нице которой задан постоянный единичный тепловой поток [7]. Тепловой поток на кровле водоупора можно определить по формуле 0 )(λ)( п, mz cdwcd z tTStq    . (9) Суммирование выражений (9) по всем участкам пространственной дискретизации определяет об- щий кондуктивный поток, поступающий в пласт. Расчет теплового потока с использованием решения (8) несколько занижает реальное пос- тупление тепла в проницаемый пласт. Фактиче- ски отбор тепла фильтрационным потоком сни- зит температуру на подошве пласта и увеличит отток тепла из водоупора. Однако этот эффект будет незначительным ввиду небольшой раз- ницы, температур нагретой воды и ее фоновой (естественной) температуры в пласте. Отбор тепла, поступающего в водоносный горизонт, возможен через откачивающую сква- жину, расположенную в водоносном пласте вблизи канала газификации. Предположим, что весь поток условно мгновенно затрачивает- ся на нагрев воды поступающей в скважину, и она сразу же удаляется из пласта. Тогда темпе- ратура воды в скважине может быть рассчитана по формуле )(ρ )()()( пвпв пв tc tqtqTtT sk cvcd sk    . (10) Более точная оценка величины Tsk может быть дана на основе численного моделирова- ния теплопереноса в проницаемом пласте с уче- том вертикального расположения скважины и динамики поступления тепла. Метод решения и исходные данные. Сопоставительные расчеты по формулам (1) – (10) были выполнены в программной сре- де Mathcad для горно-геологических условий участка «Ольхово нижнее», расположенного в пределах Чистяково-Снежнянского угленосно- го района Донецкого бассейна. Каменоугольные отложения данной территории представлены смоляниновской свитой (С2 3), в разрезе которой между отрабатываемыми угольными пластами h8 и h11 развиты несколько нерабочих угольных пластов (h9, h10 н, h10 1) с углами падения от 10 до 30° [9]. Данные пласты имеют простое строе- ние, повсеместное распространение в пределах выделенного участка и относятся к антрацитам. Для свиты С2 3 характерно развитие обводнен- ной толщи «бабаковских» песчаников h10Sh11 мощностью 50...60 м, залегающих выше уголь- ного пласта h10 1. В пределах этой толщи подзем- ные воды имеют гидрокарбонатно-кальциевый состав с минерализацией до 3 г/л и не использу- ются для питьевого водоснабжения. Учитывая требования, предъявляемые к угольным пластам, отрабатываемым способом ПСУ [2, 5] и фактиче- ские данные о строение участка, можно считать, что на данной территории оптимальным будет разработка угольного пласта h10 1 с использова- нием в качестве теплоносителя воды песчаников h10Sh11. Теплофизические свойства и геотехноло- гические параметры ПCУ принимались сле- дующими: ά = 1,1; Qу = 15 МДж/кг; Wу = 35 %; ρг = 1,1 кг/м3; ρy = 1000 кг/м3; ∑Суг.комп = 39 %; Суг = 65 %; сг = 1000 Дж/кг·оC; μг = 1,79·10-5 кг/ м·с; Tг = 900 оC; κп = 10...14 м2; Pатм = 0,102 МПа; λп = 2,5 Вт/м·оC; Tпв = 15 оC; cпв = 4100 Дж/кг·оC; ρпв = 1000 кг/м3; Н = 200 м; Pг = 3 МПа; t = 20 сут; D = 1800 м3/час. Площадь теплообмена за- давалась как объем выгазованного пространства ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №244 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА при мощности угольного пласта один метр. Тепловой поток, поступающий в породы кров- ли подземного газогенератора, определялся как разность между теплотой сгорания угля и теплом заключенным в вырабатываемом при этом газе (Qг = 3,33 МДж/м3). Расчеты проводились с ша- гом по времени в одни сутки. Результаты моделирования. На рис. 3 – 4 приведены результаты расчета суммарного теплового потока поступающего в вышезалегающий водоносный горизонт и темпе- ратуры насыщающих его подземных вод в про- цессе сжигания угольного пласта. Кривые (а) и (б) получены при различных мощностях водо- упора. Анализ показывает, что с увеличением размеров разделяющего слоя количество тепла проникающего в водоносный пласт уменьшает- ся, что очевидно, но доля конвективной состав- ляющей в общем потоке тепла возрастает с 6,5 до 9,3 % при увеличении мощности водоупора с 3 до 7 м соответственно. Температура откачи- ваемых подземных вод в период сжигания угля доходит до 90 ºС и уменьшается с увеличени- ем дебита скважины и мощности водоупорных пород. После прекращения процесса сжигания угля она резко снижается и достигает своих на- чальных значений спустя 100 сут. Рис. 3. Изменение конвективной (1) и кондуктивной (2) составляющей теплового потока, поступающего в водоносный горизонт при подземном сжигании угольного пласта с водоупорными породами мощностью 7 (а) и 3 м (б). Рис. 4. Изменение температуры подземных вод, отбираемых скважиной из водоносного пласта, залегающего над подземным газогенератором. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №2 45 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА На рис. 5 представлен тепловой баланс ПСУ. Анализ диаграмм показывает, что большая часть (64 %) тепла сжигаемого топлива содержится в вырабатываемом газе. На долю физического тепла (попадающего в горный массив) приходят- ся оставшиеся 36 %. В водоносный горизонт, в зависимости от мощности водоупора (3…7 м), поступает от 18 до 25 % выделяющейся в про- цессе сжигания тепловой энергии. Остальное физическое тепло поглощается вмещающими породами. Отбор нагретых вод из водоносного пласта позволяет использовать аккумулирующу- юся в водоносных породах тепловую энергию и тем самым повысить КПД процесса подземного сжигания до 85 %. Рис. 5. Баланс тепловой энергии при подземном сжигании некондиционного угольного пласта участка «Ольхово нижнее»: 1 – химическое тепло, заключенное в газе ПСУ; 2 - 3 – тепло, поступающее в водоносный горизонт кондуктивным и конвективным путем соот-ветственно; 4 – физическое тепло, поглощенное породным массивом. Цифрами показана доля тепла от общей теплоты сгорания топлива в процентах. Выводы. Разработана модель теплопереноса в по- родах кровли подземного газогенератора при сжигании угольного пласта. Использованные при тестировании модели горно-геологические и теплофизические параметры соответствуют условиям реального угольного участка, при- годного для отработки способом подземного сжигания. Выполненные расчеты позволили оценить роль конвективной и кондуктивной составляющей теплового потока в нагреве подземных вод вышезалегающего водоносно- го горизонта. По результатам моделирования установлены количественные показатели умень- шения величины потока и температуры подзем- ных вод с увеличением мощности водоупорно- го слоя и дебита эксплуатационной скважины. Тепловой баланс ПСУ показал, что в водонос- ном пласте накапливается от 18 до 25 % тепла, выделяющегося при сжигании угля. Это поз- воляет существенно нагреть (до 90 ºС) насыща- ющие его подземные воды, использовать их для теплоснабжения зданий и повысить КПД под- земного сжигания до 85 %. Дальнейшее развитие данной модели целе- сообразно путем повышения ее адекватности ре- альной геотехнологической схеме, которая пред- полагает одновременную закачку и отбор воды разной температуры через систему нескольких скважин. Кроме того, необходима оценка эконо- мической эффективности использования тепло- вой энергии водоносных горизонтов при ПСУ на основе результатов моделирования. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №246 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА ЛИТЕРАТУРА 1. Тополов В.С. Угольная отрасль Украи- ны: энергоресурсы, ретроспектива, состояние, проблемы и стратегия развития / В.С.Тополов, Б.А.Грядущий, С.Я.Петренко. – Д.: ООО «Алан», 2005. – 408 с. 2. Крейнин Е.В. Нетрадиционные термиче- ские методы добычи трудноизвлекаемых топлив: уголь, углеводородное сырье / Е.В. Крейнин. – М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004. – 302 с. 3. Садовенко И.А. Миграция и теплоперенос вокруг подземного газогенератора: Монографія / И.А. Садовенко, А.В. Инкин, С.В. Жолудев. – Дніпропетровськ: «Грани», 2012. – 282 с. 4. Lindblom S.R. Rocky Mountain 1 Underg- round Coal Gasification Test Hanna, Wyoming Groundwater Evaluation. Final Report June 10, 1988 - June 30, 1993 / S.R. Lindblom, V.E. Smith. – 1993. – 84 p. 5. Теория и практика термохимической тех- нологии добычи и переработки угля: Моног- рафия / [под. ред. О.В. Колоколова]. – Днепро- петровск: НГА Украины, 2000. – 281 с. 6. Аренс В.Ж. Контроль и управление про- цессом подземной газификации угля / В.Ж. Аренс, И.М. Бирман // Геотехнология топлив- но-энергетических ресурсов: Сб. науч. тр. – К.: Наук. Думка, 1986. – С. 220 – 230. 7. Ариненков Д.М. Подземная газификация угля / Д.М. Ариненков, Л.М. Маркман. – Стали- но: Сталино-Донбасс, 1960. – 96 с. 8. Гончаров С.А. Термодинамика: Учебник / Гончаров С.А. – М: Издательство Московского государственного горного университета, 2002. – 440 с. 9. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. Т. 1. Угольные бассейны и место- рождения юга Европейской части СССР / [Лагу- тина В.В., Левенштейн М.Л., Попов В.С. и др.]; под ред. И.А. Кузнецова. – М.: Госгеолтехиздат, 1963. – 1210 с. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №2 47 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА PROSPECTS OF USE OF THERMAL ENERGY IN AQUIFERS UNDERGROUND BURNING OF COAL Sadovenko I.A., Inkin A.V. State HEI «National Mining University» of the Ministry of education and science of Ukraine, Karl Marx Av., 19, Dnipropetrovs’k, 49600, Ukraine Key words: underground coal combustion, thermal energy, underground water. Purpose. Installing the dynamics of formation of a thermal field around underground gas generator and the possibility of withdrawal of ground water are heated to heat buildings. Methods. Developed and applied methods based on numerical modeling of convective and conductive heat flow component that penetrates from the reaction channel in the aquifer which lies above. Verification of the model made for the geological conditions of the site «Olho bottom», located within Chistyakovo-Snizhne carboniferous region Donetsk basin. Results. The estimates varying the heat flux and temperature in groundwater depending on capacity impermeable layer deterioration. Based on nume- rical analysis found that by the end of working coal aquifers in the array can accumulate more than 60 % of the heat that enters the host rocks. The selection of the heated water will enhance the efficiency of POC to 85 %. Reefrences 9, figuers 5. 1. Topolov V.S. The Ukrainian coal sector: energy, retrospection, status, problems and development strategy /V.S.Topolov, B.A.Gryaduschiy, S.Ya.Petrenko.– Donetsk: OOO «Alan», 2005. – 408 р. (Rus.) 2. Kreinin E.V. Unconventional thermal methods of extraction of unconventional fuels: coal, hydrocarbons / E.V. Kreinin. – Moscow: OOO «IDC Gazprom», 2004. – 302 р. (Rus.) 3. Sadovenko I.A. Migration and heat transfer around underground gas generator: Monograph / I.A. Sadovenko, A.V. Inkin, S.V. Zholudev. – Dnipropetrovs’k: «Grani», 2012. – 282 p. (Rus.) 4. Lindblom S.R. Rocky Mountain 1 Underground Coal Gasification Test Hanna, Wyoming Groundwater Evaluation. Final Report June 10, 1988 - June 30, 1993 / S.R. Lindblom, V.E. Smith. – 1993. – 84 p. (En.) 5. Theory and practice of thermo-chemical technology of booty and processing of coal: Monograph / [ed. O.V. Kolokolov]. – Dnipropetrovs’k: Natsionalnaya gornaya akademiya Ukrainyi, 2000. – 281 р. (Rus.) 6. Ahrens V.Zh. The control and management of the process of underground coal gasification / V.Zh. Arens, I.M. Birman // Geotehnologiya toplivno-energeticheskih resursov: Sb. nauch. tr. – Kiev: Nauk. Dumka, 1986. – P. 220 – 230. (Rus.) 7. Arinenkov D.M. Underground coal gasifica- tion / D.M. Arinenkov, L.M. Markman. – Stalino: Stalino-Donbass, 1960. – 96 р. (Rus.) 8. Goncharov S.A. Thermodynamics: Tutorial / Goncharov S.A. – Moscow: Izdatelstvo Moskov- skogo gosudarstvennogo gornogo universiteta, 2002. – 440 p. (Rus.) 9. Geology of deposits of coal and pyroshales of the USSR. Vol. 1. Coal pools and deposits of south of European part of the USSR / [Lagutina V.V., Levenshteyn M.L. and Popov V.S.]; ed. I.A. Kuznetsov. – Moscow: Gosgeoltehizdat, 1963. – 1210 р. (Rus.) Получено 11.01.2016 Received 11.01.2016

Ähnliche Einträge