Устройство для сжигания взрывоопасных газовых смесей
Владельцы патента RU 2338121:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный горный университет" (МГГУ) (RU)
Изобретение относится к энергетическим установкам и может быть использовано в горной промышленности при сжигании шахтных метановоздушных смесей. Устройство для сжигания взрывоопасных газовых смесей содержит камеру сгорания, датчик и электромагнитный вентиль, установленный в газопроводе и управляемый датчиком. Устройство снабжено промежуточной камерой, внутри которой размещен датчик температуры, при этом на торцах этой камеры расположены решетки, одна из которых находится в камере сгорания, а другая - в зоне подачи газовой смеси в промежуточную камеру. Изобретение позволяет повысить безопасность сжигания взрывоопасных газовых смесей за счет исключения воздействия пламени и детонационной волны на подводящий газопровод. 1 ил.
Изобретение относится к энергетическим установкам и может быть использовано в горной промышленности при сжигании шахтных метановоздушных смесей.
Известен огнепреградитель, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, огнепреграждающий элемент, выполненный в виде газопроницаемой пластины, прижатой пружиной к термочуствительному элементу и установленной в сильфоне, который соединен с другой пластиной, имеющей отверстие, перекрываемое клапаном, управляемым термочувствительным элементом [1].
Данное устройство обеспечивает гашение пламени при нагреве термочувствительного элемента и последующего перекрытия клапаном канала подачи горючей смеси.
Однако это устройство не обеспечивает преграждение пламени в случае детонационного распространения потока горения вследствие большой инерционности срабатывания термочувствительного элемента.
Известно устройство для сжигания взрывоопасных газовых смесей, содержащее камеру сгорания, датчик и электромагнитный вентиль, установленный в газопроводе и управляемый датчиком [2]. Это устройство взято нами в качестве прототипа.
Недостатком данного устройства является низкая безопасность в работе, обусловленная инерционностью датчика и электромагнитного вентиля.
Задачей изобретения является повышение безопасности сжигания взрывоопасных газовых смесей за счет исключения воздействия пламени и детонационной волны на подводящий газопровод.
Это достигается тем, что устройство для сжигания взрывоопасных газовых смесей, содержащее камеру сгорания, датчик и электромагнитный вентиль, установленный в газопроводе и управляемый датчиком, снабжено промежуточной камерой, внутри которой размещен датчик температуры, при этом на торцах этой камеры расположены решетки, одна из которых находится в камере сгорания, а другая - в зоне подачи газовой смеси в промежуточную камеру.
На чертеже схематично изображено предложенное устройство.
Устройство для сжигания взрывоопасных газовых смесей состоит из камеры сгорания 1, в которую подают газовую смесь из газопровода 2 через открытый электромагнитный вентиль 3 и промежуточную камеру 4. При этом на торцах этой камеры расположены решетки 5 и 6, первая из которых находится в камере сгорания, а вторая - в зоне подачи газовой смеси в промежуточную камеру, а внутри камеры размещен датчик температуры 7. Газовую смесь предварительно обогащают воздухом, который поступает через диффузор смесителя 8. Воспламенение смеси производят электродами зажигания 9. Процесс горения газовой смеси в камере сгорания 1 контролируют датчиком контроля пламени 10.
Устройство для сжигания взрывоопасных газовых смесей работает следующим образом.
После поступления обогащенной газовой смеси в камеру сгорания 1 ее воспламеняют посредством электродов 9. Воспламенение смеси в камере сгорания в начале процесса горения всегда сопровождается резким повышением давления в ее объеме и возникновением детонационной волны. Распространение пламени в промежуточную камеру 4 предотвращается первой решеткой 5, обеспечивающей рассечение фронта пламени и детонационной волны и преграждающей их дальнейшее распространение. При нормальном горении газовой смеси в камере сгорания 1 давление продуктов горения стабилизируется, принимая значение, многократно меньшее величины давления газа при детонации. Безопасность сжигания газа в камере сгорания обеспечивается надежностью функционирования первой решетки 5. При длительной работе устройства для сжигания взрывоопасных газовых смесей возможен износ первой решетки 5 вследствие воздействия температуры и длительного контакта с продуктами горения. Постепенное выгорание поверхности первой решетки 5 может привести к проскоку пламени в пространство промежуточной камеры 4, которое сопровождается повышением давления продуктов горения в камере 4. При этом максимальная величина давления продуктов горения в промежуточной камере 4 меньше по сравнению с максимальной величиной давления детонации в камере 1, а следовательно, воздействие детонационной волны на вторую решетку будет меньше, чем воздействие детонационной волны в камере на решетку 5. Этим достигается более высокий запас прочности решетки 6. Вторая решетка 6, выполненная конструктивно идентично первой решетке, выполняет также функцию рассекателя пламени. В этом режиме вторая решетка 6 предотвращает попадание пламени и воздействие детонационной волны на подводящий газопровод 2. По мере повышения температуры в промежуточной камере 4 срабатывает датчик температуры 7 и подает сигнал в цепь управления электромагнитного вентиля, который перекрывает подачу взрывоопасной газовой смеси в камеру сгорания устройства. Таким образом, высокая безопасность обеспечивается вне зависимости от инерционности датчика температуры и электромагнитного вентиля.
Пример реализации. Шахтная метановоздушная смесь, извлекаемая в процессе работы шахты «Северная» ОАО «Воркутауголь», перемещается по газопроводу на поверхность и имеет концентрацию метана до 60%. Метан с концентрацией в пределах 5...15% представляет наибольшую опасность, поэтому случайный проскок пламени в газовую магистраль шахты может вызвать серьезную аварию. Шахтная метановоздушная смесь имеет переменную концентрацию, управление которой и поддержание на взрывобезопасном уровне, например более 50%, трудно осуществимо.
Устройство для сжигания взрывоопасных газовых смесей имеет камеру сгорания диаметром 700 мм, обеспечивающую сжигание 5...10 м3/мин метана в смеси с воздухом. Метановоздушная смесь доставляется до устройства по газопроводу диаметром 200 мм, в который вмонтирован электромагнитный вентиль типа Ду 40. Промежуточная камера длиной 300 мм и диаметром 250 мм расположена на входе в камеру сгорания и имеет последовательную аэродинамическую связь с электромагнитным вентилем. В промежуточной камере расположен температурный датчик температуры в виде хромель-алюмелевой термопары, концы которой встроены в электрическую цепь, подключенную в управляющую цепь электромагнитного вентиля. Промежуточная камера ограничена двумя одинаковыми решетками, каждая из которых выполнена в виде многослойной металлической сетки с диаметром отверстий 2-3 мм. Решетки механически закреплены в корпусе промежуточной камеры и выдерживают силовое и температурное воздействие детонационной волны с заданным запасом прочности, что заранее проверяется и подтверждается в стендовых условиях.
В процессе работы устройства для сжигания взрывоопасных газовых смесей безопасность сжигания шахтной метановоздушной смести обеспечивается верхней решеткой, исключающей распространение пламени и детонационной волны за пределы камеры сгорания. Однако в течение 100...200 суток происходит износ решетки и ее постепенное прогорание. При проскоке пламени в промежуточную камеру в ней происходит вспышка продуктов горения. Вторая решетка с еще большим запасом прочности выдерживает возникающее давление, величина которого меньше максимального в камере сгорания. Температура в промежуточной камере резко повышается (1000°С и более), что фиксируется датчиком температуры, передающим управляющий сигнал для перекрытия потока электромагнитным вентилем. Важным достоинством изобретения является запас времени для технологической операции перекрытия газового потока.
Таким образом, в процессе работы устройства для сжигания взрывоопасных газовых смесей достигается высокая безопасность и надежность работы.
Источники информации
1. Авт. свидетельство №497023, кл. А62С 4/02.
2. Авт. свидетельство №1790954, кл. А62С 4/02, Бюл. №4 от 30.01.93 (прототип).
Устройство для сжигания взрывоопасных газовых смесей, содержащее камеру сгорания, датчик и электромагнитный вентиль, установленный в газопроводе и управляемый датчиком, отличающееся тем, что оно снабжено промежуточной камерой, внутри которой размещен датчик температуры, при этом на торцах этой камеры расположены решетки, одна из которых находится в камере сгорания, а другая - в зоне подачи газовой смеси в промежуточную камеру.
