Спосіб підготовки шахтної газоповітряної суміші до утилізації

Спосіб підготовки шахтної газоповітряної суміші до утилізації, що включає каптаж витягнутої газоповітряної суміші за допомогою підземної й поверхневої дегазації вакуумними насосами або вакуумними компресорами, змішування 3 газоповітряної суміші з високою концентрацією метану (більше 80%) - це вимагає наявності компресорної нагнітаючої станції, що знижує ККД процесу утилізації при одержанні електричної й теплової енергій. При цьому потік газоповітряної суміші з низькою концентрацією скидають в атмосферу, що приводить до погіршення стану екології. Найбільш близьким аналогом пропонованої корисної моделі є спосіб підготовки шахтної газоповітряної суміші до утилізації, що включає каптаж витягнутої за допомогою вакуумних насосів або вакуумних компресорів з вуглепородного масиву підземною й поверхневою дегазацією шахтної газоповітряної суміші відносною вологістю 100% з аерозолями, температурою 40-46°С і концентрацією метану, що змінюється від 5 до 55% і подачу по чотирьох лініях з надлишковим тиском до 40кПа на вузол змішування, змішування газоповітряної суміші з метаногазовою сумішшю, що подається з лінії поверхневої дегазації, до одержання концентрації метану 25-40%, направлення отриманої технологічної суміші по трьох лініях, що включає стадії охолодження, очищення й нагрівання, при цьому охолодження технологічної суміші ведуть до температури 35°С, очищення здійснюють шляхом відділення конденсату й твердих домішок у фільтрахсепараторах із фторопластовими пакетами, нагрівання технологічної суміші ведуть до температури 40°С зі зниженням відносної вологості до 80 %, дегазацію відсепарованого конденсату, які забезпечують тиск, витрату, температуру, вологість, розмір твердих домішок отриманого паливного газу, необхідних для його використання в газопоршневих або газотурбінних установках [Федоров С.Д., Облакевич С.В., Радюк О.П. Проблема утилизации шахтного метана в когенерационніх установках и пути ее решения на примере шахты им. А.Ф. Засядько. “Промэлектро”, №5, 2006, с.41-45]. Відомий спосіб має наступні недоліки. При охолодженні технологічної суміші від температури 40-46°С до температури 35°С її відносна вологість становить 80%, що не дозволяє надалі відокремлювати конденсат, розчинні, слаборозчинні й тверді домішки в необхідних кількостях і одержати високоякісний і екологічно чистий енергоносій - паливний газ. При даних прийомах і параметрах підготовки шахтної газоповітряної суміші в газоходах і устаткуванні з'являється вода при температурі навколишнього середовища нижче 5-10°С, що приводить до значного зниження термінів їхньої експлуатації. Це обумовлено тим, що процеси окислювання в сотні разів прискорюють руйнування залізних стінок трубопроводів і корпусів устаткування, зношування деталей устаткування газового тракту у двигунах внутрішнього згоряння й засмічення фільтрів газового тракту. В основу пропонованої корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу підготовки шахтної газоповітряної суміші до утилізації, у якому за рахунок певних технологічних прийомів забезпечується 42545 4 можливість зниження відносної вологості суміші, що дозволяє одержати високоякісний і екологічно чистий енергоносій. Поставлена задача вирішується тим, що в способі підготовки шахтної газоповітряної суміші до утилізації, що включає каптаж витягнутої газоповітряної суміші за допомогою підземної й поверхневої дегазації вакуумними насосами або вакуумними компресорами, змішування газоповітряної суміші з метаногазовою сумішшю до одержання технологічної суміші з необхідною концентрацією метану, охолодження, очищення й нагрівання технологічної суміші для одержання паливного газу з характеристиками, необхідними для використання в газопоршневих або газотурбінних установках, згідно корисної моделі охолодження технологічної суміші ведуть до температури, що забезпечує одержання відносної вологості після наступного нагрівання не більше 60%, нагрівання технологічної суміші ведуть до температури, що не перевищує температуру експлуатації двигунів газопоршневих або газотурбінних установок, після чого паливний газ направляють на газопоршневі або газотурбінні установки когенераціоної електростанції. На Фіг. представлена схема реалізації пропонованого способу підготовки шахтної газоповітряної суміші до утилізації, де: 1 трубопроводи підземних дегазаційних свердловин і виробленого простору; 2 - вакуумні насосні станції; 3 - вузол змішування; 4 - трубопроводи поверхневих дегазаційних свердловин; 5 газонаповнювальні компресорні станції; 6 - вузол підмішування; 7 - вузол підготовки газу поверхневих дегазаційних свердловин; 8 когенераційна електростанція (КГЕС); 9 - блок охолодження; 10 - фільтр-сепаратор; 11 - блок нагрівання; 12 - холодильна машина; 13 - свіча. Спосіб підготовки шахтної газоповітряної суміші до утилізації здійснюють таким чином. Потік газоповітряної суміші по трубопроводах 1 підземних дегазаційних свердловин і виробленого простору за допомогою вакуумних водокільцевих насосів або вакуумних компресорів вакуумних насосних станцій 2 подають на поверхню й по лініях від вакуумних насосних станцій підводять до газопідготовки на вузол 3 змішування. Метаногазову суміш по трубопроводах 4 поверхневих дегазаційних свердловин подають до газонаповнювальних компресорних станцій 5 і далі до газопідготовки на вузол 6 підмішування для забезпечення необхідної концентрації метану в одержуваній технологічній суміші. Далі частину технологічної суміші подають на вузол 7 підготовки газу поверхневих дегазаційних свердловин, після чого 5% очищеного висококонцентрованого газу використовують як запальну дозу, подаючи на форсунки газопоршневих або газотурбінних установок КГЕС 8. Іншу частину технологічної суміші подають на блок 9 охолодження, підключеного до холодильної машини 12, де здійснюють охолодження до температури 20-30°С, що забезпечує одержання відносної вологості після наступного нагрівання не більше 60%. Потім 5 42545 охолоджену технологічну суміш подають на фільтр-сепаратор 10, де здійснюють очищення шляхом відділення конденсату й твердих домішок і направляють у блок 11 нагрівання для нагрівання технологічної суміші до температури, яка не перевищує температуру експлуатації двигунів газопоршневих або газотурбінних установок 40°С, що забезпечує одержання відносної вологості не більше 60%. Основний потік отриманого паливного газу безпосередньо направляють у камеру згоряння газопоршневих або газотурбінних установок (КГЕС) 8. У результаті згоряння подаваного паливного газу в камері згоряння одержують енергію, що використовують для вироблення електричної й теплової енергії. Електричну енергію напругою 6,3кВ по токопроводам направляють на підстанцію. Теплову енергію, що отримана при охолодженні двигуна, його масла й вихлопних газів, у вигляді гарячої води, з параметрами: вихідна 110°С; зворотна 70°С направляють на тепловий пункт і далі споживачам. Приклад. 6 Пропонований спосіб підготовки шахтної газоповітряної суміші до утилізації у вигляді паливного газу на основі метану був випробуваний в умовах шахтного виробництва. Газоповітряну суміш підземних дегазаційних свердловин і виробленого простору за допомогою вакуумних водокільцевих насосів подавали на поверхню й по чотирьох лініях від двох вакуумних насосних станцій підводили до газопідготовки на вузол змішування. Технологічні параметри газоповітряної суміші наведені в таблиці. Метаногазову суміш із поверхневих дегазаційних свердловин підводили до газопідготовки на вузол підмішування з витратою 1500нм3/годину, концентрацією 96%, температурою 26°С, відносною вологістю 100%. Датчиками автоматизованої системи керування КГЕС вимірювали концентрацію метану й кисню, витрати, тиску, температури, вологості. Отриману інформацію про параметри одержуваної технологічної суміші використовували в автоматизованій системі керування КГЕС для змішування й підмішування метаногазової суміші для одержання необхідної концентрації метану. Таблиця Номер лінії Тиск, кПа 1 2 3 4 37 35 37 36 Концентрація, % 21 11 32 19 Температура, °С 42 40 44 43 Отриману технологічну суміш розподіляли по лініях, у кожній з яких послідовно здійснювали стадії охолодження, очищення й нагрівання. Охолодження технологічної суміші, у середньому по лініях, до температури 31,5°С здійснювали в трубчастих теплообмінниках з етиленгліколем, охолоджуваних холодильними машинами на їхньому виході до 12,3°С, прийомом на вході до 23,5°С. Потім здійснювали очищення у фільтрахсепараторах шляхом відділення конденсату, розчинних, слаборозчинних і твердих домішок більше 5мкм. Суміш на виході з фільтрівсепараторів мала температуру 29,8°С внаслідок здійснюваного дроселювання й великих поверхонь корпусів фільтрів-сепараторів. Потім технологічну суміш направляли в трубчасті теплообмінники з температурою води 84°С для нагрівання суміші до 39,9°С. При цьому відносну вологість підтримували на рівні 53%. Отриманий паливний газ подавали на КГЕС із параметрами: тиск 24кПа; витрата 26000нм3/годину; концентрація метану 30,5%; температура 39,4°С; відносна вологість 53,5%. Метаногазову суміш із поверхневих дегазаційних свердловин, без додаткового Витрата, нм3/годину Вхід Використано 11200 11200 11700 0 12400 12400 13300 900 Відносна вологість, % 100 100 100 100 збагачення, очищену, підготовлену, висококонцентровану направляли потоком як пальне для автомобільного транспорту на газонаповнювальні компресорні станції, наприклад АГНКСМ-45, потужність яких забезпечує заправлення до ПО автомобілів у добу. Іншу частину витягнутої метаногазової суміші направляли на КГЕС. Використання пропонованого способу показує, що кількість отриманої електричної й теплової енергії досить для покриття потреб шахти, як у літній так і в зимовий періоди. Пред'явлені й реалізовані високі вимоги до підготовки паливного газу із шахтної газоповітряної суміші забезпечують можливість одержання електричного ККД не менш 42,9%, термічного ККД не менш 41,3%, загального ККД не менш 84,2%. Таким чином, пропонований спосіб за рахунок зниження відносної вологості забезпечує можливість використання одержуваного паливного газу в поршневих двигунах внутрішнього згоряння, газотурбінних установках і інших пристроях з високим ККД процесу утилізації для одержання електричної й теплової енергії при зниженні матеріальних витрат і поліпшення стану екології. 7 Комп’ютерна верстка C.Чулій 42545 8 Підписне Тираж 28 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