Установка для підготовки метановмісного газу вугільних родовищ для використання в теплових двигунах

Корисна модель стосується теплоенергетики, теплофікації та гірської справи і може бути використана для комбінованого вироблення теплової та електричної енергії на шахтни х підприємствах для комунального теплоелектропостачання. Підготовка метановмістного газу вугільних родовищ, який містить в собі значну кількість пилу і вологи, зміст якої - очищення газу, і зменшення вологості є необхідною вимогою при використанні двигунів внутрішнього згоряння для запобігання їх механічного пошкодження і забезпечення ефективного функціонування. Найбільш перспективними способами промислового використання газу вугільних родовищ є способи використання збагаченого газу. При цьому в систему підготовки газу вугільних родовищ для використання в теплових двигуна х повинне входити його збагачення. Відома установка для підготовки газу вугільних родовищ для використання в газотурбінній установці (ГТУ) [Європейський патент GB1224778, 1971-03-10], яка обрана за прототип. Прототип містить камеру для збору та збагачення бідного вентиляційного газу з шахтних штреків і фільтр для його очищення. В цій установці бідний газ подають в камеру, куди одночасно для збагачення бідного газу подають газ, видобутий з вугільних пластів, з більшим вмістом метану. Збагачений газ спрямовують для очищення від твердих часток в фільтр. Очищений газ подають в компресор газотурбінної установки. Прототипу притаманні суттєві недоліки, які пов'язані як з вологістю газу, так і з вимогами, які висувають до системи газопідготовки перспективні для роботи на газі вугільних родовищ двигуни. Найбільш прийнятним тепловим двигуном для енергетичного використання газу вугільних родовищ є газопоршневий двигун (ГПД). ГПД більш ефективний, ніж ГТУ, більш маневровий і, що суттєво, більш е фективний при роботі в умовах коливань витрати і якості газу, що більш відповідає умовам на шахтних підприємствах. Але він висуває і більші вимоги до підготовки шахтного газу як паливного газу для двигунів. Це стосується по-перше ступеня необхідного збагачення газу. Для газопоршневого двигуна, внаслідок відмінності процеса спалення від такого в ГТУ, необхідна більш висока ступінь збагачення. Тому питання про концентрацію метану в газі для збагачення і достатність цього газу для збагачення паливного газу при використанні в ГПД більш серйозне, і система збагачення газу потребує резервування. В прототипі ігнорується ця вимога. В прототипі фактично ігнорується і можлива в багатьох випадках вологість газу. Газ вугільних родовищ може мати високу ступінь вологості. Відносна вологість газу вугільних родовищ в Україні, перспективного для використання в двигуна х може сягати 100% при достатньо високій температурі (близько 40°С) і, крім великого паровмісту, газ може містити краплинну вологу. В прототипі не передбачені заходи при використанні такого газу. При такій вологості очистка тільки від твердих часток є недостатньою для використання в теплових двигунах. Вологість в краплинній формі, як і тверді частки, негативно впливатиме на двигун (в прототипі - на компресор, викликаючи ерозійний знос його лопатей і зниження ефективності роботи). Одночасне очищення від твердих часток й краплинної вологи не ефективне з допомогою фільтрів, які застосовуються в прототипі. Крім того, при великій вологості необхідно не тільки позбавитись від краплинної вологи, але й суттєво знизити відносну вологість газу (наприклад, газопоршневі двигуни, які є найбільш перспективними для використання в ша хтни х підприємствах, вимагають для експлуатації зниження відносної вологості до величини, яка не перевищує 80%). Це теж не передбачено в прототипі. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення установки для підготовки газу вугільних родовищ для використання його як паливного газу для газопоршневих двигунів з урахуванням його можливої високої вологості з метою впровадження новітніх когенераційних те хнологій використання палива, забезпечення ефективності роботи енергетичних установок на шахтному метані і розширення сировинної базі для енергетики. Поставлена задача вирішується тим, що установка для підготовки метановмістного газу вугільних родовищ, який газопроводами подають з шахтних виробок для використання в теплових двигунах, яка містить пристрій для збору і збагачення метановмістного газу, пристрій для очищення зібраного збагаченого метановмістного газу для подальшого використання, згідно корисної моделі, установка містить колектор паливного газу, яким є відібраний для використання в газопоршневих двигунах з електрогенераторами й котлами-утилізаторами вологий метановмістний газ дегазації розробляємих вугільних пластів з свердловин, пробурених з підземних виробок, з підводом газу збагачення з техногенних свердловин і додатковим підводом природного газу з магістралі, охолодник збагаченого паливного газу з холодильною машиною компресійного типу з підводом електроенергії від електрогенераторів, механічно зв'язаних з двигунами, розташований після колектора паливного газу, циклон з баком-дегазатором для очищення паливного газу від твердих часток та краплинної вологи, розташований після охолодника, й нагрівач паливного газу з підводом теплової енергії від системи охолодження двигунів, зв'язаний з циклоном, газопроводи й систему автоматики та регулювання, крім того, згідно корисної моделі, містить холодильну машину абсорбційного типу з підводом теплової енергії від котлів-утилізаторів. В корисній моделі запропонована установка для підготовки для використання в двигунах як паливного газу відібраного метановмістного газу дегазації розробляємих вугільних пластів з свердловин, пробурених з підземних виробок. Цей газ містить більше метану, ніж шахтний газ зі штреків (до 18%) при достатньому для використання дебіті, що дозволяє зменшити ступінь подальшого збагачення за рахунок газу з техногенних свердловин з високим вмістом метану або природного газу з магістралі. Колектор паливного газу з підводом газу збагачення з техногенних свердловин і додатковим підводом природного газу з магістралі є необхідним для збору і збагачення паливного газу до 25% місткості метану, що є вимогою використання газопоршневих двигунів. Охолодник збагаченого паливного газу з холодильною машиною компресійного типу з підводом електроенергії від електрогенераторів, механічно зв'язаних з двигунами, необхідний для зменшення паровмісту шляхом охолодження паливного газу і конденсації пари. Холодильна машина необхідна для забезпечення охолодника холодильним агентом. Холодильна машина компресійного типу забезпечується дешевою електроенергією, виробленою електрогенератором власної когенераційної установки, собівартість якої значно нижча ціни мережевої електроенергії. Циклон з баком-дегазатором є необхідним для очищення охолодженого паливного газу від твердих часток більше 5мкм, початкової краплинної вологи та кондесату, який утворився внаслідок охолодження паливного газу. Бак-дегазатор є необхідним для видалення залишків газу з викиду з циклона перед спрямуванням його в каналізацію. Нагрівач паливного газу з підводом теплової енергії від системи охолодження двигунів є необхідним для підвищення температури паливного газу з метою зниження його відносної вологості до 80%, що необхідно для стабільної й безпечної роботи газопоршневих двигунів. Підвод теплової енергії до нагрівача від системи охолодження двигунів є необхідним для її утилізації та підвищення ефективності установки в цілому. Газопроводи необхідні для технологічного з'єднання вузлів установки. Система автоматики та регулювання необхідна для ефективної й безпечної роботи установки. Колектор паливного газу повинен мати додатковий підвід природного газу з магістралі як резервного для збагачення паливного газу в разі нестачі газу поверхневої дегазації. Використання холодильної машини абсорбційного типу необхідне в разі надлишку цільової теплової енергії в колах-утилізаторах і дефіцитності виробляємої когенераційними установками електроенергії. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на якому зображена принципова схема установки для підготовки паливного газу для використання в когенераційній установці на базі газопоршневих двигунів з електрогенераторами й котлами-утилізаторами. Запропонована установка містить колектор паливного газу 1, з підводом відібраного для використання в газопоршневих вологого метановмістного газу дегазації розробляємих вугільних пластів з свердловин, пробурених з підземних виробок, а також підводами газу збагачення з техногенних свердловин і природного газу з магістралі, охолодник паливного газу 2, холодильну машину 3, циклон 4 з баком-дегазатором 5, нагрівач паливного газу 6, газопроводи й систему автоматики та регулювання. На кресленні зображені також газопоршневі двигуни 7 з електрогенератором 8 і котлом-утилізатором 9. Працює установка слідуючим чином, відібраний для використання як паливний газ в газопоршневих двигунах з електрогенераторами й котлами-утилізаторами вологий метановмістний газ дегазації розробляємих вугільних пластів з свердловин, пробурених з підземних виробок, збирають в колекторі паливного газу 1, куди одночасно подають для збагачення газ з техногенних свердловин або, в разі його нестачі, природний газ з магістралі (пунктирна лінія на кресленні). З колектора збагачений паливний газ подають в охолодник 2, який одержує холодильний агент з холодильної машини 3. В охолоднику знижують температуру паливного газу з метою зменшення паровмісту газу шля хом конденсації пари. Системою автоматики й регулювання, яка аналізує стан газу перед охолоджувачем, обирається така температура охолодження, при якій одержаний після охолодження паровміст газу дозволить при подальшій обробці досягти відносної вологості газу не більше 80%, що відповідає вимогам розробників газопоршневих двигунів. Газ після охолоджувача подають для очистки від твердих часток, початкової краплинної вологи та конденсату, який утворився внаслідок охолодження газу, в циклон 4, звідкіля очищений газ, який має 100% - у відносну вологість, але суттєво зменшений паровміст, направляють в нагрівач 6, а конденсовану вологу разом з твердими частками - в бак дегазації 5 і з нього в каналізацію. В нагрівачі 6 паливний газ нагрівають до температури, при якій відносна вологість газу стає меншою 80%, але меншої 40°С (вимога розробників газопоршневих двигунів). Після нагрівача паливний газ, який вже відповідає всім вимогам, направляють в циліндри двигунів 7. Теплота для нагрівача 6 поступає з системи охолодження двигунів, а енергія для холодильної машини 3 при компресійному варіанті холодильної машини - від електрогенератора 8. В разі використання абсорбційної холодильної машини для її роботи подають цільову теплову енергію з котла утилізатора 9 у вигляді гарячої води чи пари. Тип холодильної машини обирають в залежності від дефіцитності виробляємої когенераційною установкою електроенергії чи цільової теплової енергії.