Устройство для передачи тепловой энергии газообразных продуктов подземного сжигания угля теплоносителю

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземном сжигании угля. Устройство состоит из камеры дожигания газообразных продуктов подземного сжигания угля, сообщенной с продуктивной скважиной, центробежного сепаратора, установленного на выходе скважины, турбореактивного двигателя, вход которого соединен с приспособлением для выделения легких газообразных компонентов из продуктов подземного сжигания сепаратора, а сопло двигателя расположено в камере дожигания, на выходе которой установлен теплообменник. Данное устройство обеспечивает более полное сжигание горючих компонентов продуктов подземного сжигания за счет повышения коэффициента их эжекции в камеру дожигания и интенсификации процесса их сжигания. 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземном сжигании угольных запасов с возможностью извлечения тепловой энергии продуктов сжигания и использования потребителем.

Известно устройство для передачи тепловой энергии газообразных продуктов подземного сжигания угля (ПСУ) теплоносителю, содержащее дымосос, всасывающий патрубок которого сообщен с продуктивной скважиной, а выходной с теплообменником [1] Недостатком этого устройства является низкая производительность извлечения газа ПСУ, ограниченная температура извлекаемых газов ПСУ, а также низкая эффективность использования его тепловой энергии, вследствие отсутствия процесса дожигания горючих компонентов всасываемого газа ПСУ.

Известно устройство для передачи тепловой энергии газообразных продуктов подземного сжигания угля теплоносителю, содержащее камеру дожигания продуктов ПСУ, сообщенную с продуктивной скважиной, эжектор и газовую горелку, установленные в камере дожигания, на выходе которой размещен теплообменник [2] Недостатком этого устройства является низкий коэффициент полезного действия (КПД) процесса передачи тепловой энергии теплоносителю.

Задачей данного устройства является повышение КПД процесса передачи тепловой энергии теплоносителю.

Это достигается тем, что устройство для передачи тепловой энергии газообразных продуктов подземного сжигания угля (ПСУ) теплоносителю, содержащее сообщенную с продуктивной скважиной камеру дожигания продуктов ПСУ, на выходе которой установлен теплообменник, снабжено центробежным сепаратором и турбореактивным двигателем, при этом сепаратор размещен на выходе продуктивной скважины, а его приспособление для выделения легких газообразных компонентов соединено со входом турбореактивного двигателя, сопло которого расположено в камере дожигания, причем корпус камеры дожигания размещен в кожухе с зазором, аэродинамически сообщенным с одной стороны с атмосферой, а другой с внутренней полостью камеры дожигания.

Наличие в устройстве центробежного сепаратора и турбореактивного двигателя повышает коэффициент эжекции продуктов ПСУ в камеру дожигания и интенсифицирует процесс их сжигания за счет повышения температуры рабочего газа.

На чертеже изображено описываемое устройство.

Устройство для передачи тепловой энергии ПСУ теплоносителю состоит из камеры дожигания 1, сообщенной с продуктивной скважиной 2, теплообменника 3, установленного на выходе камеры дожигания, центробежного сепаратора 4 и турбореактивного двигателя 5. При этом центробежный сепаратор 4 размещен на выходе продуктивной скважины 2 соосно с последней, причем вход сепаратора 4 ориентирован навстречу потоку продуктов ПСУ, а его приспособление 6 для выделения легких газообразных компонентов соединено каналом 7 со входом 8 турбореактивного двигателя 5. Турбореактивный двигатель 5 содержит компрессор 9, установленный на одном валу 10 с турбиной 11, камеру сгорания 12 и сопло 13, которое расположено в камере дожигания 1. В канале 7 установлен вентиль 14. Корпус 15 камеры дожигания размещен в кожухе 16 с зазором, аэродинамически сообщенным с одной стороны с атмосферой через заслонку 17, а с другой через отверстия 18 с внутренней полостью камеры дожигания 1.

Устройство работает следующим образом.

Газообразные продукты ПСУ поступают из подземного газогенератора (на чертеже не показано) по продуктивной скважине 2 в камеру дожигания 1. Одновременно продукты ПСУ поступают в центробежный сепаратор 4, в котором происходит разделение газообразных продуктов на легкие горючие компоненты и более тяжелые. С приспособления 6 сепаратора 4 легкие горючие компоненты направляют по каналу 7 через вентиль 14 на вход 8 турбореактивного двигателя 5. В зависимости от температуры продуктов ПСУ и содержания в них горючих компонентов вентилем 14 регулируют подачу горючих компонентов на вход двигателя 5. Подачу горючих компонентов также обеспечивают за счет изменения количества оборотов компрессора 9 двигателя 5. После сжигания горючих компонентов ПСУ в камере сжигания 12 двигателя 5 высокотемпературный газовый поток раскручивает турбину 11 и истекает через сопло 13 в камеру дожигания 1. Температура газового потока составляет порядка 1300^oC, а скорость 800 м/с, что обеспечивает повышение коэффициента эжекции на 10% интенсифицирует процесс дожигания газа ПСУ. Это приводит к повышению температуры смешанного потока в камере дожигания до 800 900^oC, что, в свою очередь, обеспечивает более интенсивный съем тепловой энергии теплоносителем в теплообменнике 3. Для охлаждения корпуса 15 камеры дожигания через зазор между корпусом 15 и кожухом 16 пропускают через заслонку 17 воздух, который после обтекания корпуса 15 нагревается и который через отверстие 18 направляют в камеру дожигания 1. При этом уменьшаются потери тепловой энергии в окружающую среду. Интенсификация сжигания продуктов ПСУ обеспечивает экологическую чистоту отработанных газов.

Формула изобретения

Устройство для передачи тепловой энергии газообразных продуктов подземного сжигания угля теплоносителю, содержащее сообщенную с продуктивной скважиной камеру дожигания продуктов подземного сжигания угля, на выходе которой установлен теплообменник, отличающееся тем, что оно снабжено центробежным сепаратором и турбореактивным двигателем, при этом сепаратор размещен на выходе продуктивной скважины, а его приспособление для выделения легких газообразных компонентов соединено с входом турбореативного двигателя, сопло которого расположено в камере дожигания, причем корпус камеры дожигания размещен в кожухе с зазором, аэродинамически сообщеным с одной стороны с атмосферой, а с другой с внутренней полостью камеры дожигания.

РИСУНКИ

Рисунок 1