7.2. Використання нагрітого шахтного повітря в котельні

В связи с тем, что вентиляционный поток проходит по горным выработкам, он содержит шахтный газ – метан, в процентном соотношении до 0,75% к общему количеству воздуха. Что не противоречит нормам концентрации для предела взрываемости смеси горючих газов, в соответствии с которыми: С_сн4= 4 - 6% - нижний предел горючести; С_сн4= 9,5% - взрыв максимальной мощности.

Кроме того шахтный воздух содержит, так называемую, респирабельную угольную пыль фракции менее 10 мкм, которая образуется при горных работах, а также из-за самодиспергации более крупных частиц наночастицы которой не удерживают никакие фильтры.

Рассмотримвозможность утилизации, повторного использования отработанного шахтного воздуха для нужд шахтной котельной, расположенной в непосредственной близости от вентиляционного ствола. Шахтная котельная является неотъемлемой и важной частью предприятия для добычи угля, ведь она не только создаёт комфортные условные для работы административно-бытового комбината, но и круглосуточно снабжает шахтные сушилки паром, душевые – горячей водой, а в зимнее время производимый ею пар используется для обогрева шахтного ствола и исключения его промерзания.

Наиболее эффективным представляется использование шахтных геотермальных теплообменников, в которых происходит нагрев воздуха до температуры горного массива (30…50⁰С) и выдача него по обособленному каналу (рис.7.3).

Горячий воздух по теплоизолированному трубопроводу направляют к агрегатам котельной для предварительного подогрева циркулирующей в системе воды, а также в качестве дутья в топку.

Для сокращения расходов на топливные ресурсы можно рассматривать следующие вариант применения шахтного воздуха, в условиях нестабильной ценовой политики, как на мировом, так и украинском энергетическом рынке:

а) подогревать питательную воду перед её подачей в систему теплоснабжения, а также всю воду, используемую для горячего водоснабжения;

б) использовать тёплый шахтный воздух для интенсификации горения топлива, непосредственно в топке котла;

в) экономить горючее, за счёт содержащихся в шахтном воздухе метана и угольной пыли.

Рис. 7.3. Схема подготовки воздуха для использования в шахтной котельной: 1 - воздухоподающий ствол, 2- выработки-теплообменники; 3 – вентиляционный ствол; 4 – дополнительный вентилятор; 5 - теплоизолированный трубопровод; 6 – агрегаты котельной; 7 – дымовая труба

Для осуществления данных энергосберегающих мероприятий необходимо провести следующие работы:

1. монтаж теплоизолированного воздуховода от шахтного вентиляционного ствола до котельной;

2. выбор и установка теплообменника, в котором отработанный шахтный воздух подогревает воду, идущую на подпитку системы отопления и горячее водоснабжение;

3. обеспечение доступа шахтного воздуха непосредственно к горелкам котлов.

7.2.1. Розрахунок і вибір устаткування

Котельная – отопительная, состоит из трёх котлов ДКВР 10-13 (первое число после наименования котла обозначает паропроизводительность, т/ч.; второе число - давление пара в барабане котла, кгс/см².). Постоянно работают два котла, расход природного газа составляет 1105 м³/ч, температура шахтного воздуха перед теплообменником +24⁰С. При нвличии ШГТ температура воздуха равна температуре массива (30...50⁰С) за вычетом потерь на политропное расширение воздуха при подъеме его из шахты и потерь тепла при транспортировке, что составляет до 10…15%, а в абсолютных показателях 3…7⁰С т.е перед теплообменником температура воздуха - 27…47⁰С.

Для выбора теплообменного аппарата необходимо определить расходы воды и воздуха через него, а также его тепловую мощность. Расход воды через теплообменник равен расходу подпиточной воды для котлов ДКВР 10-13 и составляет:

В_вод=n∙m∙B_кот, (7.6)

где n=2 – число постоянно работающих котлов; m=0,1 – доля питательной воды; В_кот= 2,7 кг/с – расход воды на один котёл.

В_вод= 2∙0,1∙2,7 = 0,54 кг/с

Тепловая мощность теплообменника:

N= с_вод∙∆tⁱ_вод∙В_вод, (7.7)

где с_вод= 4187 Дж/(кг∙К) – удельная теплоёмкость воды; ∆t¹_вод= 10 К – необходимый в теплообменнике перепад температур воды (от 283 до 293 К) при использовании шахтного воздуха; ∆t¹¹_вод= 30 К – необходимый в теплообменнике перепад температур воды (от 283 до 323 К) при использовании ШГТ.

N₁= 4187∙10∙0,54 = 22680 Дж/с

N₂= 4187∙30∙0,54 = 68040 Дж/с

Расход шахтного воздуха через теплообменник:

В_воз=N/(η∙с_воз∙∆t_воз), (7.8)

где η = 0,95 – КПД пластинчатого теплообменника; с_воз= 1006 Дж/(кг∙К) – удельная теплоёмкость воздуха; ∆t_воз= 1 К или 3К – перепад температур воздуха в теплообменнике от входа до выхода при использовании, соответственно, шахтного воздуха и ШГТ .

В¹_воз= 22680/(0,95∙1006∙1) = 23,6 кг/с

В²_воз= 68040/(0,95∙1006∙3) = 23,6 кг/с

Объёмный расход воздуха в данном интервале температур:

В¹_воз= В²_воз=19,6 м³/с;

На основании полученных данных при использовании шахтного воздуха выбираем пластинчатый теплообменник ТР1, N≤ 0,1 Гкал/час, стоимость которого составляет 2700 грн.

Выбор воздуховода осуществляем исходя из предположения, что расстояние от шахтного вентиляционного ствола до котельной составляет 100 м. Такой же длины должен быть воздухопровод. С учётом расхода воздуха через него выбираем гибкий термоизолированный воздухопровод ISODEC,d= 508 мм. Цена воздухопровода – 560 грн/10 м. соответственно стоимость 100 – метрового воздухопровода – 5600 грн.

Для отвода необходимого количества теплого воздуха от шахтного вентиляционного ствола предназначен вентилятор. При использовании шахтного воздуха необходима подача В¹_воз= 19,6 м³/с. Для обеспечения такого расхода выбираем вентиляторAR1000DGAXIALFAN, максимальный расход равен 25 м³/с, потребляемая мощность – 5,5 кВт, годовая стоимость электроэнергию – 26500 грн. Стоимость вентилятора – 53000 грн.