СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ШАХТНОЙ МЕТАНОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ШАХТНОЙ МЕТАНОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ


RU (11) 2096626 (13) C1

(51) 6 E21F7/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 15.01.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 95118897/03 
(22) Дата подачи заявки: 1995.11.03 
(45) Опубликовано: 1997.11.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Авторское свидетельство СССР, N 1270372, кл. E 21 F 7/00, 1987. 2. Авторское свидетельство СССР, N 1776844, кл. F 02 C 3/00, 1992. 
(71) Заявитель(и): Московский государственный горный университет 
(72) Автор(ы): Пучков Л.А.; Каркашадзе Г.Г.; Гончаров С.А. 
(73) Патентообладатель(и): Московский государственный горный университет 

(54) СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ШАХТНОЙ МЕТАНОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 

Использование: горная промышленность при утилизации шахтной метановоздушной смеси. Сущность изобретения: одновременно с всасыванием метано-воздушной смеси из шахты осуществляют разделение ее посредством винтового завихрителя на три потока: с высоким содержанием метана (более 80%), обогащенного метаном до 5% и с низким содержанием метана менее 0,05%. Далее первые два вышеуказанных потока раздельно направляют посредством системы подачи смеси с высокой концентрацией метана и диффузора после сжатия в камеру сгорания газотурбинного двигателя. В результате сгорания подаваемой смеси происходит преобразование энергии расширяющихся газов в энергию вращательного движения вала двигателя, к которому может быть подключен генератор электроэнергии или иной потребитель. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к горной промышленности, а именно к утилизации шахтной метано-воздушной смеси.

Известен способ утилизации шахтной метано-воздушной смеси, основанный на переводе ее в гидратное состояние [1]

Недостатком этого способа является то, что в процессе преобразования метана в гидратное состояние требуются значительные затраты энергии.

Известен способ утилизации шахтного воздуха (смесь воздуха с метаном), включающий всасывание и сжатие газообразных компонентов с последующей подачей их в камеру сгорания двигателя и направление преобразованной энергии газов потребителю [2]

Устройство для осуществления этого способа содержит газотурбинный двигатель, состоящий из установленных на валу газовой турбины и компрессора, между которыми расположена камера сгорания, системы подачи топлива и потребитель энергии вращательного движения вала.

Этот способ и устройство взяты нами в качестве прототипа.

Недостатком известного способа и устройства для его осуществления является наличие непроизводительных затрат энергии на нагрев негорючих компонентов всасываемого шахтного воздуха, что снижает КПД процесса утилизации.

Задачей предложенного способа утилизации шахтной метано-воздушной смеси и устройства для его осуществления является повышение КПД процесса преобразования энергии метано-воздушной смеси за счет исключения вышеуказанного недостатка.

Это достигается тем, что в способе утилизации шахтной метано-воздушной смеси, включающем всасывание и сжатие газообразных компонентов смеси с последующей подачей их в камеру сгорания двигателя и направление преобразованной энергии газов потребителю, одновременно с всасыванием метано-воздушной смеси осуществляют разделение ее на три потока, первый из которых имеет высокую концентрацию метана, второй обогащен метаном и третий с низкой концентрацией метана, затем раздельно направляют первые два потока после их сжатия в камеру сгорания двигателя, а третий поток сбрасывают в атмосферу.

Решение поставленной задачи достигается также тем, что устройство для осуществления данного способа, содержащее газотурбинный двигатель, состоящий из установленных на валу газовой турбины и компрессора, между которыми расположены камера сгорания, системы подачи топлива и потребитель энергии вращательного движения вала, снабжено винтовым завихрителем, установленным на полом валу с отверстиями соосно с валом двигателя, диффузором, расположенным между компрессором двигателя и винтовым завихрителем, а также системой подачи в двигатель смеси с высокой концентрацией метана, состоящей из последовательно установленных рессивера, дополнительного компрессора и коллектора, сообщенного с полостью вала завихрителя.

На чертеже показано устройство для реализации предложенного способа.

Способ утилизации шахтной метано-воздушной смеси заключается в том, что метановоздушную смесь вентиляционной струи всасывают из шахты, сообщают ей вращательное движение относительно оси ее продольного перемещения. В результате этого происходит разделение метановоздушного потока на три потока, первый из которых имеет высокую концентрацию метана свыше 80% и находится в центральной части потока, поскольку метан имеет меньшую плотность по сравнению с воздухом, второй обогащен метаном до 5% и перемещается в продольном направлении вблизи центральной части потока, а третий поток с содержанием метана менее 0,05% находится на периферийной части вентиляционного потока. Затем высококонцентрированную и обогащенную метаном смеси раздельно сжимают до 0,5 0,7 МПа и подают в камеру сгорания двигателя, а низкоконцентрированную смесь сбрасывают в атмосферу. Одновременно в камеру сгорания двигателя подают основное топливо. В результате сгорания подаваемой смеси с высоким содержанием горючих компонентов выделяется дополнительное количество тепла и происходит преобразование энергии расширяющихся газов в энергию вращательного движения вала двигателя. К валу двигателя может быть подключен генератор электроэнергии или иной потребитель энергии вращательного движения.

Устройство для реализации описанного способа состоит из газотурбинного двигателя 1, винтового завихрителя 2, установленного на полом валу 3 с отверстиями 4, диффузора 5, расположенного между двигателем 1 и винтовым завихрителем 2, системы подачи основного топлива, включающей последовательно соединенные топливный бак 6, насос 7, магистраль 8, и системы подачи смеси с высокой концентрацией метана в двигатель. Газотурбинный двигатель содержит турбину 9, воздушный компрессор 10, установленные на валу 11, и между которыми расположена камера сгорания 12. Вал 3 завихрителя и вал 11 двигателя установлены соосно относительно друг друга. Система подачи смеси с высокой концентрацией метана в двигатель выполнена в виде последовательно установленных рессивера 13, соединенного магистралью 14 с камерой сгорания двигателя, дополнительного компрессора 15 и коллектора 16, сообщенного с полостью вала 3 завихрителя.

В качестве газотурбинного двигателя применен авиационный двигатель типа ГТД-350. Диаметр винта завихрителя задается в зависимости от поперечного сечения выработки и составляют 0,6 0,8 от ее диаметра. Диаметр диффузора выбирается в зависимости от размеров и частоты вращения винта и находится в пределах 0,7 0,8 от диаметра винта. Составные элементы системы подачи топлива и смеси с высокой концентрацией метана формируются из серийно выпускаемого оборудования (топливный насос, компрессор, рессивер, магистрали, вентили). При расходе метано-воздушной смеси вентиляционной струи 60 м3/с с содержанием метана 0,5% после разделения вентиляционного потока посредством винтового завихрителя на три потока обеспечена подача смеси с содержанием метана 90% с расходом 0,2 кг/сек в камеру сгорания двигателя и подача смеси с содержанием метана до 5% с расходом 3 кг/сек через диффузор также в камеру сгорания. Поток смеси с содержанием метана менее 0,01% сбрасывается в атмосферу. В результате сжигания газообразных компонентов смеси вырабатывается 8000 кВт тепловой энергии, которая преобразована в энергию вращательного движения с мощностью на валу двигателя 2000 кВт.

Часть энергии 300 кВт использована на осуществление вентиляции шахты посредством предложенного устройства, что позволило отключить имеющееся шахтное стационарное вентиляционное оборудование, а другая часть - использована для выработки электроэнергии.

При этом на преобразование энергии метана в шахтном воздухе использовано не более 6% от всей шахтной метано-воздушной смеси, что позволило исключить непроизводительные затраты на нагрев остальной (94%) части шахтного воздуха.

Данный способ и устройство обеспечивают в результате этого повышение КПД преобразования энергии за счет уменьшения в 30 раз тепловых потерь с отработанными газами. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ утилизации шахтной метановоздушной смеси, включающий всасывание и сжатие газообразных компонентов смеси с последующей подачей их в камеру сгорания двигателя и направление преобразованной энергии газов потребителю, отличающийся тем, что одновременно с всасыванием метановоздушной смеси осуществляют разделение ее на три потока, первый из которых имеет высокую концентрацию метана, второй обогащен метаном и третий с низкой концентрацией метана, затем раздельно направляют первые два потока после их сжатия в камеру сгорания двигателя, а третий поток сбрасывают в атмосферу.

2. Устройство для утилизации шахтной метановоздушной смеси, содержащее газотурбинный двигатель, состоящий из установленных на валу газовой турбины и компрессора, между которыми расположена камера сгорания, системы подачи топлива и потребитель энергии вращательного движения вала, отличающееся тем, что оно снабжено винтовым завихрителем, установленным на полом валу с отверстиями соосно с валом двигателя, диффузором, расположенным между компрессором двигателя и винтовым завихрителем, а также системой подачи в двигатель смеси с высокой концентрацией метана, состоящей из последовательно установленных ресивера, дополнительного компрессора и коллектора, сообщенного с полостью вала завихрителя.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Устройства и способы получения, хранения водорода, кислорода и биогаза






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска: "и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+водород -молекулярный".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "водород" будут найдены слова "водорода", "водородный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("водород!").


Устройства и способы получения кислорода и водорода | Устройства и способы хранения водорода и кислорода | Устройства и способы получения и хранения биогаза


Рейтинг@Mail.ru