《采煤概論》教學(xué)PPT課件,采煤概論,采煤,概論,教學(xué),PPT,課件 煤炭地下氣化Underground Coal Gasification UCG第一節(jié) 序論一.研究意義二.國外地下氣化的概況三.我國的研究現(xiàn)狀 煤炭地下氣化(Underground Coal Gasification，UCG)就是將處于地下的煤炭進行有控制地燃燒，通過對煤的熱作用及化學(xué)作用而產(chǎn)生可燃氣體的過程。該過程集建井、采煤、地面氣化三大工藝為一體，變傳統(tǒng)的物理采煤為化學(xué)采煤，因而具有安全性好、投資少、效益高、污染少等優(yōu)點，深受世界各國的重視，被譽為第二代采煤方法。第一節(jié) 序論第一章 序論一、研究意義一、研究意義1)保障安全。簡化生產(chǎn)工藝流程。2）提高回采率充分利用報廢資源。3）減少地表破壞4）潔凈燃燒5）成本低，僅為地面的1/4。6）為發(fā)展煤化工提供原料。7）可實現(xiàn)制氣、發(fā)電、供熱、化工產(chǎn)品的多供聯(lián)。8）為氫能開發(fā)利用開辟發(fā)展前景。9）符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。地下氣化試驗現(xiàn)場地下氣化試驗現(xiàn)場（新汶）（新汶）地下氣化實驗臺地下氣化實驗臺第一章 序論二、國外地下氣化的概況二、國外地下氣化的概況1.原蘇聯(lián)1932開始。俄能源部計劃20052010氣化占井工產(chǎn)量的27。2.美國1946年開始，漏氣嚴(yán)重失敗。1953年成功，目前技術(shù)已成熟。3.英國1912年開始，19491956年，氣化20萬噸煤用于5000kw發(fā)電站。4.法國1976年開始試驗，德國和比利時共同開發(fā)，1976年開始。5.波蘭1949年開始試驗。6.捷克1955年開始。7.日本1953年開始，61年工業(yè)試驗。第一章 序論三、我國的研究現(xiàn)狀三、我國的研究現(xiàn)狀1984年于力教授開始研究。1994年3月徐州新河二號井半工業(yè)性試驗。1996年5月唐山劉家莊工業(yè)性試驗。目前在肥城、兗州、龍口、昔陽、長春羊草溝,孫村,東山,六盤水,彬縣等進行氣化。19581960年曾在16個礦區(qū)進行試驗地下氣化試驗現(xiàn)場地下氣化試驗現(xiàn)場（新汶）（新汶）地下氣化實驗臺地下氣化實驗臺煤炭氣化新工藝長通道、大斷面、兩階段地下氣化法特點特點:1.有井式和無井式相結(jié)合的氣化方式.2.建爐工程以煤巷為主,易操作推廣應(yīng)用3.利用兩條沿煤層傾斜布置的煤巷(4平方米)為進出氣長通道.4.向地下供氣分兩個階段進行,各階段采用不同比例的空氣,氧氣,水蒸氣供氣。第二節(jié) 地下氣化的基本原理一.與地面氣化相比特征二.氣化物理學(xué)特征三.氣化的影響因素第二節(jié) 地下氣化的基本原理一.與地面氣化相比特征1）燃料層不移動2）沒有不透氣的墻壁3）氣化通道直接和煤層頂?shù)装褰佑|4）地下水隨時滲入5）孔距比反應(yīng)帶長度大許多第二節(jié) 地下氣化的基本原理二.氣化物理化學(xué)特征過程：點火 進氣氣化劑使煤燃燒氣化 出氣（煤氣）分為三帶 氧化帶、還原帶、干餾帶（干燥帶）煤氣來源：水蒸氣的分解，co2的還原和煤的熱解四個要素：進氣孔，出氣孔，氣化通道，氣化煤層施工方法：有井式、無井式第二節(jié) 地下氣化的基本原理二、氣化物理化學(xué)特征1.氧化帶半焦燃燒的化學(xué)變化2.還原帶物理化學(xué)變化3.干餾干燥帶及氣流下游的變化第二節(jié) 地下氣化的基本原理二.氣化物理化學(xué)特征1.氧化帶半焦燃燒的化學(xué)變化 c+o2 co2+393.8MJ/Kmol 2c+o22co+231.4MJ/Kmol2co+o22co2+571.2MJ/Kmol第二節(jié) 地下氣化的基本原理二、氣化物理化學(xué)特征2.還原帶物理化學(xué)變化氧耗盡則進入還原帶60010000c，長度是氧化帶的1.52倍，壓力0.010.2Mpa之間。c+co22co-162.4MJ/Kmolc+H2O co+H2-131.5MJ/Kmol隨溫度增加越來越多的co2被還原為co，由煤中水分參與氣化則：coH2O CO2+H2+41.03/MJ/Kmol c+2H2 CH4+MJ/Kmol大于4000c開始反應(yīng)，溫度越高反應(yīng)越快。第二節(jié) 地下氣化的基本原理二、氣化物理化學(xué)特征二、氣化物理化學(xué)特征 3.干餾干燥帶及氣流下游的變化 經(jīng)還原吸熱反應(yīng)，氣流溫度下降，進入干餾干燥帶（2006000c）煤冷卻發(fā)生：2co co2c172.5MJ/Kmol 3000c時開始化學(xué)反應(yīng)，膠質(zhì)狀，3505000c析出焦油，可燃氣體5500c產(chǎn)生大量氫，co2、cH4、co。第二節(jié) 地下氣化的基本原理 三三.氣化的影響因素氣化的影響因素1.溫度：煤氣產(chǎn)量取決于煤層內(nèi)溫度分布2.水涌入速率、消耗熱能、降低溫度3.鼓風(fēng)的量與質(zhì)：鼓風(fēng)率高，涌水少（水含量少）溫度高一般空氣與富氧鼓風(fēng)效果不一樣。4.煤層厚度：厚度100m）煤氣質(zhì)量好。產(chǎn)氣量大CH4含量高。熱效率高。為兩階段氣化創(chuàng)造了條件。第三節(jié) 地下煤氣發(fā)生爐的建立與點火一.有井式氣化準(zhǔn)備煤層的方法二.無井式氣化法第三節(jié) 地下煤氣發(fā)生爐的建立與點火一、有井式氣化準(zhǔn)備煤層的方法第三節(jié) 地下煤氣發(fā)生爐的建立與點火二、無井式氣化法二、無井式氣化法氣化盤區(qū)：每排鉆孔1012個，鉆孔間距2550m，每排寬度300400m。鉆孔網(wǎng)距（2525m）最大41m。鉆孔直徑：150300mm，最大700mm。鉆孔技術(shù)：占成本1525，垂直、傾斜、定向彎曲鉆孔、測斜儀測鉆孔空間位置、固孔（套管、水泥圈）。第三節(jié) 地下煤氣發(fā)生爐的建立與點火無井式煤氣發(fā)生爐的點火：空氣火力滲透法：中間鉆孔鼓風(fēng)貫通方式。電力貫通法新方法：原子能爆破法，1967年美國化學(xué)液爆破煤層法第四節(jié)：地下氣化生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)一.適合地下氣化的煤層二.氣化區(qū)域開發(fā)和氣化方式選擇 三.地下煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)四.煤炭地下氣化的主要成就和存在的問題第四節(jié)：地下氣化生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)一.適合地下氣化的煤層1.煤的種類：除焦煤外，無煙煤透氣性差不 利氣化。褐煤最好，透氣好，煤氣化溫度低，易受熱破碎，產(chǎn) 量穩(wěn)定。2.灰含量：低灰分煤有利。2米第四節(jié)：地下氣化生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)4.煤層產(chǎn)狀：急傾斜易于氣化但開拓鉆孔 困難。近水平煤層由于液態(tài) 渣影響煤層燃燒易尖滅。5.斷層：將產(chǎn)生氣流泄漏，中斷氣化。6.鄰近煤層性質(zhì)：石灰?guī)r最有利，分解CaO 吸收硫。7.沼氣：可共同開采提高煤氣熱值。第四節(jié)：地下氣化生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)二.氣化區(qū)域開發(fā)和氣化方式選擇 沿走向開發(fā)：1).中心向邊界 2)邊界向中心 3)邊界邊界 4)一邊中心，中心另一邊。沿傾斜方向開發(fā)：1)由下向上連續(xù)開發(fā) 2)分階段開發(fā)，先下后上 3)分階段開發(fā)，先上后下（傾角大時）。注意：與地面氣化站位置配合，選擇送氣最短。第四節(jié)：地下氣化生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)正向氣化(順流法):第四節(jié)：地下氣化生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)逆流氣化(逆流法):燃燒工作面的移動方向與空氣流動方向不一致.第四節(jié)：地下氣化生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)平行氣化:第四節(jié)：地下氣化生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)側(cè)向排氣式 第四節(jié)：地下氣化生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)滲透氣化:第四節(jié)：地下氣化生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)一.適合地下氣化的煤層二.氣化區(qū)域開發(fā)和氣化方式選擇 三.地下煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)四.煤炭地下氣化的主要成就和存在的問題第四節(jié)：地下氣化生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)三.地下煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)1.垂直鉆孔結(jié)構(gòu)2.急傾斜單通道煤氣發(fā)生爐3.復(fù)式通道煤氣發(fā)生爐 急傾斜.厚煤層.第四節(jié)：地下氣化生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)一.適合地下氣化的煤層二.氣化區(qū)域開發(fā)和氣化方式選擇 三.地下煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)四.煤炭地下氣化的主要成就和存在的問題第四節(jié)：地下氣化生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)1.主要成就長期有效地生產(chǎn)了數(shù)以億m3計的動力煤氣，成功的掌握了煤層埋深350m內(nèi)的地下氣化技術(shù)。在煙煤層與褐煤層中，制定出從地下氣化煤層中直接制取工業(yè)原料氣的方法與流程。掌握了煤層中開拓氣化通道的各種方法，并研究出新的貫通方法與薄煤層中深達500m的定向鉆孔連通技術(shù)。第四節(jié)：地下氣化生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)1.主要成就（續(xù)）高效率大容量燃氣透平風(fēng)機已經(jīng)批量生產(chǎn)，容量達25003260m3/min。從技術(shù)上基本解決了含炭量高達9092、揮發(fā)分含量為69的瘦煤及貧煤的地下氣化問題。成功掌握了氣化煤田的勘探與疏干方法，并相應(yīng)的設(shè)計與生產(chǎn)了大批適合于地下氣化的勘探鉆孔和排水設(shè)備。第四節(jié)：地下氣化生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)1.主要成就（續(xù)）建立了氣化過程的管理與控制方法，試驗了新的氣化系統(tǒng)，如盲鉆孔充填氣化系統(tǒng)等?；旧辖鉀Q了生產(chǎn)動力煤氣的經(jīng)濟問題。研制了測量地面下沉、火焰工作面前沿位置、形狀和溫度的儀表以及測量煤氣漏泄的指示器，為控制和管理氣化過程創(chuàng)造了條件。低熱值燃氣輪機已批量生產(chǎn)，擴大了地下氣化煤氣的市場。第四節(jié)：地下氣化生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)1.主要成就（續(xù)）地下氣化開采的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，正在逐漸改善，在許多方面如勞動效率等，已超過礦井法開采指標(biāo)。劣質(zhì)煤層、薄煤層和深部煤層的開發(fā)，很難獲得令人滿意的技術(shù)經(jīng)濟成果，地下氣化是解決這個問題的有效技術(shù)。第四節(jié)：地下氣化生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)2.存在的問題地下煤層的地質(zhì)水文條件變化復(fù)雜，很難找到應(yīng)用范圍廣泛的氣化方法，化學(xué)熱利用效率還有潛力可為（達到90），還應(yīng)尋找更有效的氣化過程的管理與控制方法。煤層的準(zhǔn)備方法還不夠完善，現(xiàn)在所實行的貫通方法，都未能達到使整個煤層形成均勻的裂縫。第四節(jié)：地下氣化生產(chǎn)技術(shù)系統(tǒng)2.存在的問題（續(xù)）鼓風(fēng)和煤氣漏損較大，要采取措施，增加發(fā)生爐的密閉性，盡可能減少煤氣和風(fēng)流的損失，以及地下煤的機械損失。氣化過程中的頂板冒落與地表塌陷還不能人為控制，直接破壞了煤層頂板的穩(wěn)定性和地面地貌的環(huán)境，影響地面建設(shè)。準(zhǔn)備工作的速度落后于氣化反應(yīng)速度，要提高準(zhǔn)備煤層的速度，包括鉆孔和貫通技術(shù)，提高鉆孔速度。