содержание снизится до концентрации в предэксплуатационный период.
Органический углерод и растворенные соли ведут себя иначе []. Их начальные концентрации не превышают характерных для предэксплуатационного периода, и возрастают с откачкой. Затем, достигнув определенного объема, начинают снижаться аналогично фенолам.
Возможным объяснением такого поведения является гравитационное
разделение смол и масел в подвергшихся воздействию подземных водах. Смолы и масла легче, чем вода, и будут собираться вблизи верхних частей полостей выгоревшего пространства. Поскольку уровень воды в полости понижается при откачке, то растворенные органические вещества, связанные с концентрированными смолами и маслами, приближаются к насосу, причем происходит увеличение наблюдаемых концентраций органических веществ на поверхности и соответственная концентрация общего органического углерода. Дальнейшее понижение уровня подземных вод, в конце концов, приведет к тому, что концентрированные смолы и масла начнут откачиваться на поверхность непосредственно в концентрированном виде. Концентрации растворенных солей могут расти, а затем медленно уменьшаться, сравнимо с поведением остальных веществ.
Дальнейшее изучение процесса очистки загрязненных вод требует отдельного экспериментального исследования. Отдельные элементы очистительной системы могут изменяться при их недостаточной эффективности. Например, замена флокуляции и осаждения при низких концентрациях аммиака, когда их единственным достоинством является его окисление. Что касается распыления обработанной воды, то большая часть аммиака будет испаряться до того, как у него появится возможность контактировать с почвой. Аммиак, который попадет на почву, окажет благоприятное воздействие на жизнедеятельность растений. Но в связи с добавлением химических веществ в указанном процессе очистки, может возрасти общая концентрация растворенных солей в распыляемой воде. Последний факт является важным в увеличении ущерба окружающей среде, причем его воздействие сильнее, чем было бы при обработке подземных вод без флокуляционно-осадителъного блока, поскольку возникающие в процессе очистки воды соли осаждаются в растениях и накапливаются в почве, например, сульфат натрия. С другой стороны, обработка подземных вод из выгоревшего пространства с помощью фильтров и углеродных адсорбентов будет дешевле и окажет меньшее воздействие на окружающую среду [].
4.5. Выводы
1. Технологическая схема энергетических модулей ПСУ или ПГУ включает четыре компонента: породный теплообменник рабочего горизонта (разрабатываемый пласт угля и вмещающие породы), вскрывающие каналы, соединяющие рабочий горизонт с поверхностью (сеть вертикальных скважин и горизонтальных галерей), подвижный теплоноситель (термические подземные воды), технический комплекс на поверхности (сеть трубопроводов и энергогенератор) и подземное оборудование.
2. Технологическая схема модуля представляет собой разрабатываемый методами ПСУ и ПГУ угольный пласт, из термической зоны которого как в период горения, так и при остывании, через сеть скважин и каналов происходит отбор нагретых подземных вод, которые в качестве подвижного теплоносителя подаются на электрогенераторную установку. Такая схема позволяет уйти от сложноконтролируемых в условиях обводненности газификации и горения пласта, концентрации и транспортировки их продуктов. Управление процессом сводится к поддержанию горения в пласте и направлению фильтрационных потоков подземных вод относительно простыми технологическими способами.
3. Анализ существующих типов энергоустановок и расчет методами эффективного и эксергетического К. П. Д. показал, что при температуре теплоносителя ниже ?С эффективность турбокомпрессорной установки выше, чем паротурбинной установки с одно- и даже с трехступенчатым расширением. С ростом температуры разница быстро уменьшается, а свыше ?С исчезает даже по сравнению с одноступенчатой паротурбинной установкой. Следовательно, турбокомпрессорные установки целесообразнее использовать в модуле ПСУ для низких тепловых параметров теплоносителя.
4. Экологический аспект работы проектируемого энергетического модуля заключается в снижении количества и транспорта загрязненных подземных вод и их обработки для удаления загрязнения после использования в энергоустановках. Технологическая особенность данного модуля совмещает извлечение загрязненных вод с их обработкой в энергогенерирующей установке в едином технологическом цикле, что позволяет снизить воздействие на окружающую среду, по сравнению с относительно экологичными методами ПГУ и ПСУ. Способ очистки предполагает, что по окончанию технологического цикла практически все воды, претерпевшие воздействие ПСУ, получат первоначальный химический состав и благодаря инфильтрации и обратной закачке вернутся к естественным условиям залегания.
ВЫВОДЫ
Диссертация является законченной научно-исследовательской работой, в которой решена актуальная научная и прикладная задача обоснования технологических принципов и параметров функционирования энергетических модулей подземной газификации и сжигания угля с использованием подземных вод термической зоны подземного генератора в качестве теплоносителя. Это позволяет осуществить технические решения вопросов подземной разработки угольных месторождений со сложными гидрогеологическими условиями и проектирования компактных и экологичных энергоустановок в районах повышенного техногенного влияния.
В процессе выполнения работы получены следующие научные и практические результаты.
1. Обоснованы математические модели газо-, гидро- и термодинамического режимов подземной газификации и сжигания угля в условиях повышенной обводненности. На основе численных решений получены количественные данные и соотношения динамических и временных параметров работы подземных генераторов, их влияния на горные породы, подземные воды и фазовый состав среды.
2. Установлено, что в реальных условиях имеет место двух (горные породы - подземные воды) и трех (горные породы - подземные воды - водяной пар и газы) компонентные системы, которые наиболее точно отражают картину фазовых превращений подземных вод вблизи генераторов ПГУ и ПСУ. Зона термического воздействия подземного генератора ограничена -ю м, а продолжительность горения - -ю месяцами.
3. На основании анализа результатов моделирования разных режимов ПСУ установлен рациональный режим этого процесса, управляемый регулированием параметров дутья. С использованием разработанной математической модели газодинамического режима определено, что размеры области пород, возмущаемой подаваемым дутьем, достигают м, а потери давления и объема не превышают %.
4. Установлено, что воды в пределах термической зоны подземного генератора ПСУ и ПГУ могут быть использованы как кондиционный подвижный теплоноситель для переноса тепловой энергии к поверхностной энергоустановке. На этапе поверхностной транспортировки тепловые потери будут наибольшими и для их снижения необходимо размещать элементы энергомодуля на расстоянии не больше -х км.
5. Разработана технологическая схема управления фильтрацией подземных вод - теплоносителя, путем комбинированного водоотбора из скважин и каналов ПСУ, что решает вопрос эксплуатации обводненных угольных месторождений.
6. Предложена и обоснована четырехкомпонентная технологическая схема энергетических модулей ПСУ и ПГУ, основанная на использовании промежуточного подвижного теплоносителя - нагретых подземных вод.
7. Проведен термодинамический анализ возможных типов энергоустановок для модулей ПСУ и ПГУ с исходными параметрами теплоносителя методами эффективного и эксергетического К. П. Д. При низких температурах воды (? ?С) более эффективны турбокомпрессорные станции, а свыше ?С - паротурбинные установки с разным числом степеней.
8. Результаты диссертации внедрены в проекте разработки Тарнавского месторождения бурого угля с ожидаемым экономическим эффектом тыс. грн./год.
СПИСОК