установка для подготовки шахтного метана к утилизации

Формула изобретения

Установка для подготовки шахтного метана к утилизации, содержащая вакуум-насос, влагоотделитель, систему контроля за содержанием метана в газовой смеси и давлением со смесителем, систему защиты от аварийных режимов, трубопроводы подачи газовой смеси и каптированного газа и систему регулирования концентрации метана с первичным газоанализатором и регулятором концентрации газа, первичную демпфирующую емкость, установленную в линии подачи каптированного газа перед смесителем, и вторичную демпфирующую емкость, установленную после смесителя в линии подачи потребителю газовой смеси, и входной трубопровод с воздухозаборником, отличающаяся тем, что установка снабжена вторичным газоанализатором, соединенным с регулятором концентрации газа, фильтром мокрой очистки газа, установленным между вакуум-насосом и влагоотделителем, одоратором, соединенным со смесителем и регулятором концентрации газа посредством регулирующей задвижки, при этом на входном трубопроводе между воздухозаборником и смесителем установлены регулятор-стабилизатор давления, дополнительные регулирующие задвижки и отсечной клапан.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано при подготовке шахтного метана к утилизации различными потребителями.

Известна дегазационная установка, состоящая из всасывающего газопровода, вакуум-насоса, водоотделителя, электрозадвижек, каплеуловителя, нагнетательного газопровода, сигнализатора падения давления, клапана избыточного давления, клапана-отсекателя, газоанализаторов, блока управления системой защиты, трубопроводов подачи метановоздушной смеси потребителю (см., например. Руководство по дегазации угольных шахт, М., Недра, 1975, с.166).

Описанная выше установка осуществляет подачу метановоздушной смеси потребителям (котельным) только в том случае, если содержание метана в каптированной из шахты газовой смеси более 30%.

Кроме того, установка лишена приспособлений, которые могли бы обеспечить постоянство состава газовой смеси, подаваемой потребителю. Это снижает эффективность использования газового топлива и безопасность (горение происходит либо с большим избытком воздуха, либо с его недостатком возможно погасание пламени горелки).

Известна также установка, включающая вакуум-насос, аппаратуру для сушки газа, устройства контроля за содержанием метана в газовой смеси и давлением со смесителем, устройства защиты от аварийных режимов, трубопроводы подачи потребителю газовой смеси и каптированного газа и системы регулирования концентрации метана с газоанализатором (см., например, Айруни А.Т. и др. Использование каптированного метана на угольных шахтах за рубежом, М., ЦНИИЭИуголь, 1970, с.15-30).

Эта установка может обеспечить заданный состав газовой смеси, подаваемой потребителю, но при условии, что каптированный газ имеет постоянный состав, поскольку стабилизация в смеси основана на поддержании заданного соотношения расхода каптированного и природного газа (воздуха). При изменении состава каптированного газа возникают изменения состава и на выходе стабилизирующей станции, так как изменения состава каптированной смеси могут происходить при неизмененном ее расходе. Эта установка рассчитана на то, что каптированная смесь предварительно стабилизирована по составу, например, путем смещения метановоздушной смеси, поступающей от нескольких шахт.

Наиболее близкой по технической сути и достигаемому техническому результату является дегазационная установка, содержащая вакуум-насос, влагоотделитель, устройства контроля за содержанием метана в газовой смеси и давлением со смесителем, устройства защиты от аварийных режимов, трубопроводы подачи газовой смеси и каптированного газа и системы регулирования концентрации метана с газоанализатором и регулятором концентрации газа, первичную демпфирующую емкость, установленную в линии подачи каптированного газа перед смесителем, и вторичную демпфирующую емкость, установленную после смесителя в линии подачи потребителю газовой смеси и входной трубопровод с воздухозаборником (см., например, описание к А.С. №767363, кл. Е21F 7/00, опублик. 1980 г.).

Описанная установка неприменима в случаях, когда содержание метана в каптированной метановоздушной смеси составляет более 40%. Снижение и стабилизация концентрации метана с ее помощью невозможны.

На многих существующих шахтах, где ведутся дегазационные работы, каптируются метановоздушные смеси с содержанием метана более 40%, которые не используются, а выбрасываются в атмосферу, загрязняя ее.

Технический результат, ожидаемый от использования настоящего изобретения, заключается в улучшении качества газового состава на выходе установки путем обеспечения его стабилизации, повышении срока службы оборудования и в повышении безопасности эксплуатации установки.

Указанный технический результат достигается тем, что установка для подготовки шахтного метана к утилизации, содержащая вакуум-насос, влагоотделитель, систему контроля за содержанием метана в газовой смеси и давлением со смесителем, систему защиты от аварийных режимов, трубопроводы подачи газовой смеси и каптированного газа и систему регулирования концентрации метана с первичным газоанализатором и регулятором концентрации газа, первичную демпфирующую емкость, установленную в линии подачи каптированного газа перед смесителем, и вторичную демпфирующую емкость, установленную после смесителя в линии подачи потребителю газовой смеси и входной трубопровод с воздухозаборником, отличающаяся тем, что, установка снабжена вторичным газоанализатором, соединенным с регулятором концентрации газа, фильтром мокрой очистки газа, установленным между вакуум-насосом и влагоотделителем, одоратором, соединенным со смесителем и регулятором концентрации газа посредством регулирующей задвижки, при этом на входном трубопроводе между воздухозаборником и смесителем установлены регулятор-стабилизатор давления, дополнительные регулирующие задвижки и отсечной клапан.

Изобретение поясняется чертежом, где представлена функциональная схема установки для подготовки шахтного метана к утилизации.

Установка содержит вакуум-насос 1, подсоединяемый с одной стороны к всасывающему газопроводу 2, а с другой - к нагнетательному газопроводу 3, влагоотделитель 4, расположенный в нагнетательном газопроводе 3 после вакуум-насоса 1, регулятор 5 давления, установленный в газопроводе 6, связывающем нагнетательный газопровод 3 со "свечой" 7, регулирующую задвижку 8 на "свече" 7, управляемую задвижку 9 в нагнетательном газопроводе 3, трубопровод 10 для подачи стабилизированной смеси потребителю, клапан-отсекатель 11 в трубопроводе 10, потребитель шахтного метана 12, блок управления 13 системой защиты, газоанализатор 14 системы защиты, и сигнализатор 15 давления, присоединяемые к трубопроводу 10 и передающие информацию в блок управления 13 системой защиты, стабилизирующую станцию, состоящую из ряда элементов: входного трубопровода 16 метановоздушной смеси, соединенного с газопроводом 3 за управляемой задвижкой 9, клапана-отсекателя 17 стабилизирующей станции, первичной демпфирующей емкости 18, которая через регулируемую задвижку 19 соединена со смесителем 20, регулятором 21 концентрации газа и первичным газоанализатором 22. Выходной трубопровод 23, соединенный с вторичной демпфирующей емкостью 24. Воздухозаборник 25, который посредством входного трубопровода (воздухопровода) 26 соединен со смесителем 20. Между вакуум-насосом 1 и влагоотделителем 4 установлен фильтр 27 мокрой очистки газа, одоратор 28, соединенный через дополнительную регулируемую задвижку 33 со смесителем 20. Первичный газоанализатор 22 и вторичный газоанализатор 29 соединены с регулятором 21 концентрации газа. На входном трубопроводе (воздухопроводе) 26 между воздухозаборником 25 и смесителем 20 установлены отсечной клапан 30, регулятор-стабилизатор 31 давления, дополнительные регулирующие задвижки 32, 33.

Блок управления 13 системой защиты, клапан-отсекатель 11, клапан-отсекатель 17 стабилизирующей станции, одоратор 28, отсечной клапан 30, газоанализатор 14 системы защиты, сигнализатор 15 давления, регулирующая задвижка 8, регулируемая задвижка 9 и фильтр 27 мокрой очистки представляют собой систему защиты от аварийных режимов.

Регулятор 5 давления и регулятор-стабилизатор 31 давления - система контроля за содержанием метана в газовой смеси и давлением.

Регулятор 21 концентрации газа, первичный газоанализатор 22 регулятора концентрации газа, вторичный газоанализатор 29 являются системой регулирования концентрации метана.

Установка работает следующим образом. Вакуум-насос 1 по газопроводу 2 отсасывает метановоздушную смесь из шахты и подает ее в нагнетательный газопровод 3, где в фильтре 27 мокрой фильтрации и влагоотделителе 4 происходит соответственно отделение угольной и породной пыли, а также сконденсировавшейся влаги. Очищенный и осушенный газ через открытую управляемую задвижку 9 направляется на стабилизирующую (газоподготовительную) станцию, в которой по входному трубопроводу 16 через открытый клапан-отсекатель 17 стабилизирующей станции, первичную демпфирующую емкость 18 и регулируемую задвижку 19 каптированная метановоздушная смесь поступает в смеситель 20, где происходит смешение ее с воздухом, поступающим из атмосферы через воздухозаборник 25, открытый отсечной клапан 30, регулятор-стабилизатор 31 давления, открытую дополнительную управляемую задвижку 32 и входной трубопровод (воздухопровод) 26. В смеситель 20 из одоратора 28 через дополнительную регулирующую задвижку 33 поступает одорант для придания метановоздушной смеси специфического запаха.

После смесителя метановоздушная смесь по трубопроводу 23 через вторичную демпфирующую емкость 24 поступает в трубопровод 10 и далее через клапан-отсекатель 11 направляется потребителю шахтного метана 12 (топка котла).

Давление в нагнетательном трубопроводе 3 поддерживается в заданных пределах с помощью регулятора 5 давления путем изменения расхода каптированного газа по трубопроводу 6 в «свечу» 7 регулирующей задвижкой 8.

Давление во входном трубопроводе 26, смесителе 20, выходном трубопроводе 23 поддерживается в заданных пределах с помощью регулятора-стабилизатора 31 давления.

Концентрация метана в метановоздушной смеси в трубопроводах 23 и 10 поддерживается в заданных пределах (не более 45%) с помощью первичного 22 газоанализатора регулятора концентрации газа и вторичного газоанализатора 29, регулятора 21 концентрации газа и дополнительной регулирующей задвижки 32, которые соответствующим образом (пропорционально отклонению фактической концентрации метана в метановоздушной смеси от заданного) изменяют подачу воздуха в каптированную метановоздушную смесь в смесителе 20.

При повышении концентрации метана выше 45% или отключении давления установленных пределов газоанализатор 14 системы защиты и сигнализатор 15 давления передают об этом информацию в блок 13 управления системой защиты. В результате закрываются отсечные клапаны 17, 30 и 11, задвижки 8 и 9, прекращается работа стабилизирующей газоподготовительной станции.

Первичная демпфирующая емкость 18 в линии подачи каптированного газа в смеситель газа 20 замедляет процесс изменения содержания метана в каптированном газе перед смесителем. Поэтому на выходе смесителя процесс изменения содержания метана также замедляется.

Это позволяет первичному и вторичному газоанализаторам 22 и 29 и регулятору 21 концентрации газа осуществлять своевременное управление регулирующими задвижками 19 и 32 и обеспечивать постоянным заданное содержание метана на выходе смесителя 20.

Вторичная демпфирующая емкость 24 сглаживает колебания содержания метана в метановоздушной смеси, выходящей из смесителя 20, в трубопроводе 10, возникающие в процессе регулирования, что исключает понижение концентрации метана менее 40% в метановоздушной смеси, подаваемой потребителю, и срабатывание блока 13 управления системы защиты, который получает сигнал от газоанализатора 14 системы защиты, несмотря на кратковременное понижение содержания метана ниже 40% или повышение более 45% в газовой смеси после смесителя 20 перед вторичной демпфирующей емкостью 24.

Повысить безопасность работы установки позволяет наличие одоратора 28, управляемого регулятором 21 концентрации газа посредством дополнительной регулирующей задвижки 33.

Наличие фильтра 27 мокрой очистки газа позволяет улучшить качество метановоздушной смеси и повысить безопасность работы установки, так как фильтр 27 мокрой очистки газа одновременно выполняет функцию огнепреградителя.