Спосіб утилізації шахтної метаноповітряної суміші

1. Спосіб утилізації шахтної метаноповітряної суміші, що включає всмоктування метаноповітряної суміші, розділення суміші на потоки з різною концентрацією метану, роздільне направлення потоків, один із яких висококонцентрований, в камеру згоряння газового двигуна, одержання теплової енергії, направлення теплової енергії споживачеві, який відрізняється тим, що один з потоків 3 таноповітряної суміші одночасно з її всмоктуванням на три потоки: з високою концентрацією метану (більше 80%), збагаченого метаном (до 5%) і з низькою концентрацією метану (менше 0,05%), наступне роздільне направлення перших двох потоків після їхнього стиснення в камеру згоряння газотурбінного двигуна, одержання теплової енергії шляхом перетворення енергії газів, направлення теплової енергії споживачеві [RU, №2096626, кл. Е21F7/00, опубл.20.11.1997р.]. Ознаки найближчого аналога, що збігаються з суттєвими ознаками пропонованої корисної моделі: всмоктування метаноповітряної суміші; розділення суміші на потоки з різною концентрацією метану; роздільне направлення потоків, один із яких висококонцентрований, в камеру згоряння газового двигуна; одержання теплової енергії; направлення теплової енергії споживачеві. Відомий спосіб не забезпечує досягнення необхідного технічного результату по наступних причинах. У зв'язку з тим, що в камеру згоряння газотурбінного двигуна направляють попередньо стиснуті потоки метаноповітряної суміші з високою концентрацією метану (більш 80%) і збагаченого метаном (до 5%) - це вимагає наявності компресорної нагнітаючої станції, що спричиняє непродуктивні витрати енергії. Крім того, метаноповітряна суміш з низькою концентрацією метану, що складає значну частину витягнутої суміші, не підлягає стискові, оскільки характеризується високою вибухонебезпечністю, що знижує ККД процесу утилізації для одержання теплової енергії. При цьому потік метаноповітряної суміші з низькою концентрацією скидають в атмосферу, що приводить до погіршення стану екології. В основу пропонованої корисної моделі поставлена задача удосконалення способу утилізації шахтної метаноповітряної суміші, в якому за рахунок певних технологічних операцій забезпечується оптимізація направлення і розподілу потоків метаноповітряної суміші, що приводить до підвищення ККД процесу утилізації для одержання теплової енергії, зниження матеріальних витрат і поліпшення стану екології. Поставлена задача вирішується тим, що в способі утилізації шахтної метаноповітряної суміші, що включає всмоктування метаноповітряної суміші, розділення суміші на потоки з різною концентрацією метану, роздільне направлення потоків, один із яких висококонцентрований, в камеру згоряння газового двигуна, одержання теплової енергії, направлення теплової енергії споживачеві, згідно корисної моделі один з потоків метаноповітряної суміші високої концентрації витягають зі свердловин, більшу частину якої направляють на газонаповнювальні компресорні станції, а іншу - на газопереробний завод для спільної переробки з однією частиною метаноповітряної суміші потоку, отриманого від дегазації, другу частину якої безпосередньо направляють у камеру згоряння двигуна, після чого основну частину збагаченої метаноповітряної суміші направляють у магістральний трубопровід, а решту направляють для запуску двигуна, при цьому теплову енергію одержують 16122 4 шляхом спалювання газу в камері згоряння газового двигуна, охолодження двигуна і добору її від вихлопних газів двигуна. Доцільно, або не обов'язково теплову енергію використовувати на нагрівання води. Схема реалізації пропонованого способу утилізації шахтної метаноповітряної суміші представлена на рисунку, де: 1 - поверхневі свердловини; 2 - газонаповнювальні компресорні станції; 3 – газопереробний завод; 4 - внутрішньошахтні свердловини; 5 - вакуумнасосна станція; 6 - магістральний трубопровід; 7 - газо-поршневий двигун. Приклад. Пропонований спосіб утилізації шахтної метаноповітряної суміші був випробуваний в умовах шахтного виробництва з трьома поверхневими свердловинами 1, обладнаними вентиляторами для відсмоктування метаноповітряної суміші високої концентрації і трьома внутрішахтними свердловинами 4 для дегазації виробленого простору. З пробурених поверхневих свердловин 1 для забезпечення дегазації прироблених масивів шляхом усмоктування витягають шахтну метаноповітряну суміш з високою концентрацією метану - більше 90%. Більшу частину (близько 90%) витягнутої суміші без додаткового збагачення направляють потоком як пальне для автомобільного транспорту на газонаповнювальні компресорні станції 2, наприклад АГНКСМ-45, потужність яких забезпечує заправлення до 110 автомобілів у добу. Решту частину витягнутої метаноповітряної суміші направляють на газопереробний завод 3. Потік метаноповітряної суміші з концентрацією до 25% метану, отриманий від дегазації виробленого простору за допомогою вакуумнасосних станцій 5 із внутрішахтних свердловин 4 розподіляють на два потоки. Один потік цієї суміші направляють на газопереробний завод 3 для спільної переробки з частиною метаноповітряної суміші, витягнутої з поверхневих свердловин 1. У процесі переробки послідовно видаляють із суміші кисень, вуглекислий газ, воду й азот і одержують метаноповітряну суміш з концентрацією 99% метану. Основну частину збагаченої й осушеної суміші подають у магістральний трубопровід 6 природного газу для побутових і виробничих цілей, а 5% цієї суміші направляють для запуску газопоршневого двигуна 7. Другий потік суміші з концентрацією до 25% метану безпосередньо направляють у камеру згоряння газо-поршневого двигуна 7. У результаті згоряння подаваної суміші в камері згоряння одержують теплову енергію, що направляють на нагрівання води в котлі-утилізаторі. Нагріту воду направляють споживачеві при температурі 90°С, а також на водяний калорифер для підігріву шахтного повітря. Вихлопні гази з газо-поршневого двигуна 7 направляють на нагрівання води в котліутилізаторі до температури 110-120°С, яку потім направляють споживачеві. У результаті використання споживачем нагрітої води для опалення, наприклад будинків і споруджень відбувається її охолодження до температури 70°С. Цю відпрацьовану воду направляють на охолодження газопоршневого двигуна 7. У результаті охолодження двигуна вода нагрівається, яку також направляють 5 16122 споживачеві. Використання теплової енергії на нагрівання води дає можливість передавати її на великі відстані при малих збитках теплового потенціалу. Використання пропонованого способу показує, що кількості отриманої теплової енергії досить для покриття потреб шахти в зимовий період і для пок Комп’ютерна верстка М. Мацело 6 риття потреб шахти і міських котелень у гарячому водопостачанні в літній період. Таким чином, пропонований спосіб за рахунок оптимізація напрямку і розподілу потоків шахтної метаноповітряної суміші забезпечує підвищення ККД процесу утилізації для одержання теплової енергії, зниження матеріальних витрат і поліпшення стану екології. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601