Wytwarzanie energii elektrycznej, ciepła i chłodu z metanu zawartego w powietrzu wentylacyjnym kopalń węgla kamiennego

Blisko 70 % metanu uwalnianego z pokładów węgla kamiennego jest emitowane do atmosfery z powietrzem wentylacyjnym kopalń. Stanowi to dużą stratę paliwa energetycznego, stanowiąc ponadto problem z jego emisją do atmosfery ziemskiej. Celem artykułu jest analiza jego możliwości w rzeczywistych warunkach kopalń. Artykuł przedstawia możliwość spalania metanu z powietrza wentylacyjnego w termicznym reaktorze rewersyjnym, z jednoczesną utylizacją uzyskiwanego ciepła spalania. Problematykę emisji metanu zawartego w powietrzu wentylacyjnym przez krajowy i zagraniczny przemysł wydobywczy oraz zasadę działania reaktora rewersyjnego omówiono tylko skrótowo. Na tym tle wykazano, że ten typ reaktorów może stanowić atrakcyjne źródło energii do dalszego wykorzystania. Autorzy proponują trójgeneracyjną produkcję energii elektrycznej, ciepła i chłodu do klimatyzacji wyrobisk górniczych. Na przykładzie wybranej kopalni przedstawiono analizę rzeczywistego zapotrzebowania na chłód. Analizę energetyczną zagadnienia przeprowadzano dla wydatków powietrza wentylacyjnego 720 000 mn3/h jako wartości średniej dla szybów wentylacyjnych w Polsce. Dla tak przyjętych założeń przedstawiono analizę wskaźników energetycznych dla układu trójgeneracyjnego z turbiną upustowo-kondensacyjną oraz wyznaczono efekty energetyczne odzysku ciepła. Wyniki obliczeń wykazały, że przy zapotrzebowaniu na chłód na poziomie 5,8–9,7 MW możliwe jest osiągnięcie mocy elektrycznej wynoszącej 2,9–3,7 MW. W przypadku braku zapotrzebowania na chłód osiągalna moc elektryczna wyniosłaby około 4,9 MW.

---

Nearly 70 % of methane released from hard coal seams is emitted into the atmosphere with the ventilation air of the mines. This represents a major loss of energy fuel and constitutes additionally a problem with its emission to the atmosphere of the Earth. The aim of the article is to analyze its possibilities in real conditions of mines. The article presents the possibility of burning methane from ventilation air in a reversible thermal reactor, with simultaneous utilization of the generated heat from the combustion. The issue of methane emissions contained in the ventilation air by domestic and foreign extractive industries and the principle of operation of a reversible reactor was only briefly discussed. Against this background, it has been demonstrated that this type of reactor can be an attractive source of energy for further use. The authors propose a tri-generation production of electricity, heat and cooling for the airconditioning of mining workings. On the example of a selected mine, an analysis of the actual cold demand for cooling is presented. The energy analysis of the issues was conducted for ventilation air volume of 720,000 mn3/h as the average value for ventilation shafts in Poland. For such adopted assumptions, the analysis of energy indices for the tri-generation system with a bleed-condensing turbine was presented and the energy effects of heat recovery were determined. The results of the calculations showed that with a demand for cooling at the level of 5.8-9.7 MW it is possible to achieve an electrical power of 2.9—3.7 MW. If there is no demand for cooling, the achievable electrical power would be about 4.9 MW.