способ отсоса, энергетического использования и экологической нейтрализации шахтного метана

Формула изобретения

Способ отсоса и использования метана угольных шахт для генерирования электроэнергии и тепла с использованием газового двигателя и синхронной или асинхронной машины, отличающийся тем, что способ осуществляют поэтапно, при этом на первом этапе в режиме запуска на синхронную или асинхронную машину из сети подают напряжение для работы машины в моторном режиме и привода газового двигателя, который при выключенном зажигании работает в режиме вакуумного насоса для откачивания метановоздушной смеси из системы дегазационных скважин, при достижении концентрации метана в смеси 25% включают зажигание и переводят газовый двигатель из насосного в генераторный режим, при падении концентрации метана, отсасываемого из шахты, ниже 25% выключают зажигание газового двигателя и переводят его в режим работы вакуумного насоса, потребляя энергию из сети.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обеспечения взрывобезопасности рудничной атмосферы, энергетического использования и нейтрализации парникового эффекта метана угольных шахт.

Известен способ отсоса метана из дегазационных скважин в угольных пластах вакуумными, обычно водокольцевыми, насосами, находящимися на поверхности и подающими метан к газовым двигателям, приводящими в действие синхронные генераторы, отдающими электроэнергию в энергосистему шахты.

Ахим Вёрсдёрфер. Первый практический опыт эксплуатации установок по утилизации рудничного газа. Глюкауф, №1, 2003. - С.25-29.

Г.И.Разгильдеев, В.И.Серов. Газоотсасывающая и электрогенерирующая установка на закрытой шахте. Вестник Кузбасского государственного технического университета №4.2 (49), Кемерово, 2005. - С.29-30.

Д.В.Тищенко. Выработка электроэнергии и тепла на газопоршневых генераторных установках компании «Катерпиллар». Горный журнал. Специальный выпуск, 2004. - С.95-97.

В приведенных работах описаны существующие способы энергетического использования шахтного метана с применением силовых газомоторных установок, питаемых метаном, отсасываемым вакуумным насосом. Их недостатком является наличие вакуумного насоса с электродвигателем для отсоса метана из дегазационной системы шахты.

Водокольцевые вакуумные насосы создают разрежение в дегазационных скважинах 100-150 мм водяного столба, необходимое для интенсификации газоотдачи скважин.

Поршневые газовые двигатели могут без заметного снижения мощности работать при таком разрежении во всасывающем коллекторе. Этот позволяет возложить на них функцию газоотсоса и получить систему отсоса и энергетического использования шахтного каптированного метана, состоящую не из четырех элементов: газового двигателя, синхронной или асинхронной машины, вакуумного насоса и электродвигателя его привода; а из двух: газового двигателя и синхронной или асинхронной машины, выполняющих роль генератора в установившемся режиме и роль двигателя в пусковом режиме работы газоотсасывающего устройства.

Принципиальная схема предлагаемого способа приведена на чертеже, где 1 - газовый двигатель; 2 - синхронная или асинхронная машина; 3 - выхлопная труба шахтной дегазационной сети; 4 - привод дроссельной заслонки газового двигателя; 5 - стабилизатор концентрации метана в метановоздушной смеси, подаваемой к двигателю путем управления дроссельной заслонкой двигателя, контролируемой по сигналу датчика метана на входе метановоздушной смеси; 6 - воздушный вход; 7 - воздушный фильтр; 8 - фильтр на газовом выходе; 9 - пламепреградитель на выходе метана из дегазационной сети шахты; 10 - отбор тепла охлаждающей воды и выхлопного газа.

Работа системы отсоса метана в режиме запуска (полагая условно концентрацию метана в системе равной нулю и давление, равное атмосферному). Первый этап: на синхронную или асинхронную машину привода из электрической сети шахты подается напряжение, генератор работает в моторном режиме и вращает газовый двигатель, который при выключенном зажигании начинает работать в режиме вакуумного насоса и откачивать метановоздушную смесь из системы дегазационных скважин, при этом концентрация метана возрастает.

При достижении концентрации метана в смеси 25% - уровня, разрешенного Правилами для энергетического использования метана, включается зажигание, газовый двигатель переходит из насосного в двигательный режим и, вращаясь с асинхронной или синхронной частотой, переводит систему из насосного режима в режим генераторный, преобразующий теплотворную способность метана в электроэнергию и попутно в тепло, снимаемое с системы охлаждения выхлопных газов газового двигателя.

При падении концентрации метана, отсасываемого из шахты, ниже 25%, зажигание газового двигателя выключается, и система продолжает отсасывать метан из шахты, работая в режиме вакуумного насоса, потребляя энергию из сети.