СПОСОБ ПОДОГРЕВА ШАХТНОГО ВЕНТИЛЯЦИОННОГО ВОЗДУХА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
MINE VENTILATION AIR HEATING METHOD AND ASSOCIATED DEVICE

Изобретение относится к системам обогрева различных объектов и предназначено преимущественно для использования при подогреве воздуха, подаваемого в шахту.
Известен способ регулирования теплообмена в системе вентиляции и устройство для реализации этого способа (патент РФ №2277205, МПК F24F 3/147), согласно которым воздух периодически подают вентиляторами из помещения на улицу и с улицы в помещение через устройство теплоаккумулирующей насадки со слоем сорбента со стороны вентиляционного объекта.
Недостатком этих способа и устройства является недостаточная функциональная надежность и невозможность использования в шахтах и тоннелях из-за недолговечности теплоаккумулирующего слоя и сорбента и невозможность нейтрализации вредных продуктов.
Известны также способ и устройство для нагрева воздуха с использованием электронагревательного элемента и послойной взаимовстречной подачей к нему воздуха (патент РФ №2280821, F24H 3/04).
Их недостатком является невозможность нейтрализации вредных продуктов функционирования и низкая экономичность.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ подогрева воздуха, подаваемого в шахту, реализованный в устройстве по патенту №2189533, F24D 15/00, принятый в качестве прототипа, который предусматривает нагрев, транспортирование горячего воздуха и его подачу в шахту через вентиляционную систему при помощи устройства для подогрева шахтного вентиляционного воздуха.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для подогрева шахтного вентиляционного воздуха по патенту №2189533, F24D 15/00, содержащее камеру сгорания топлива с боковыми, фронтальной и отбойной стенками и потолочной частью, воздухоподогреватель, воздухораспределительное устройство горячего воздуха, дымосос и трубопроводы.
Их общими недостатками являются недостаточная экономичность, трудность создания изотермического режима по всему объему камеры сгорания, как следствие этого недостаточно интенсивный процесс горения топлива, работа только на твердом топливе, низкий кпд воздухонагревательной установки.
Задачами, на решение которых направлены заявляемые способ и устройство, являются подогрев шахтного вентиляционного воздуха за счет повышения интенсификации процесса горения топлива, улучшение подогрева шахтного воздуха за счет дозированной подачи присадки горячего воздуха в шахтный вентиляционный поток, увеличение кпд воздухонагревательной установки за счет полного сгорания топлива, исключение попадания дымовых газов в вентиляционный поток, подаваемый в шахту, использование для сжигания твердого и газообразного топлива, уменьшение металлоемкости воздуховода за счет высокой температуры присадки горячего воздуха.
Технический результат заявляемого изобретения выражается в непосредственном подогреве подаваемой в шахту присадки горячего воздуха топочными газами при исключении попадания дымовых газов в вентиляционный поток, подаваемый в шахту, улучшении подогрева шахтного воздуха за счет дозированной подачи присадки горячего воздуха непосредственно в шахтный вентиляционный поток, подогреве шахтного вентиляционного воздуха за счет повышения интенсификации процесса горения топлива, увеличении кпд воздухонагревательной установки за счет полного сгорания топлива, использовании для сжигания твердого и газообразного топлива, уменьшении металлоемкости воздуховода.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе подогрева шахтного вентиляционного воздуха, включающем нагрев атмосферного воздуха дымовыми газами, поступающими из камеры сгорания топлива через выходной газоход и камеру догорания топлива, подачу его в шахту через вентиляционную систему, согласно изобретению присадку горячего воздуха подают в поток вентиляционного воздуха дозировано, непосредственно во всасывающий канал шахтного вентилятора главного проветривания, в камере сгорания используют вторичное дутье, вторичный воздух подогревают в конвективной рубашке боковых стенок камеры сгорания, а в выходном газоходе используют поддув холодного воздуха, который направляют вверх под углом не менее 45° для регулирования температуры дымовых газов.
Указанный технический результат достигается также тем, что в камере сгорания топлива используют комбинированное сжигание топлива.
Указанный технический результат достигается также тем, что в воздухонагревательной установке шахтного вентиляционного воздуха, содержащей камеру сгорания топлива с боковыми, фронтальной и отбойной стенками и потолочной частью, воздухоподогреватель, воздухораспределительное устройство горячего воздуха, дымосос и трубопроводы, согласно изобретению камера сгорания топлива снабжена расположенными снаружи вентиляторами вторичного дутья и выполненными в боковых стенках наклонными щелевыми форсунками, которые расположены на высоте 0,8-1 м от поверхности топочного колосникового полотна таким образом, что ось потока вторичного воздуха, поступающего из каждой щелевой форсунки, кроме отсечных, направлена в центр отбойной и фронтальной стенок камеры сгорания топлива, а наружная поверхность боковых стенок камеры сгорания топлива снабжена конвективной рубашкой, которая одновременно является теплоизоляцией, кроме того в трубопроводе установлены растопочно-аварийный и рабочий шиберы, при этом положению «открыто» рабочего шибера соответствует положение «закрыто» растопочно-аварийного шибера и наоборот.
Указанный технический результат достигается также тем, что в потолочной части камеры сгорания топлива расположены газовые горелки.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид установки для подогрева шахтного воздуха; на фиг.2 - камера сжигания топлива, разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез В-В на фиг.2.
Устройство для подогрева шахтного воздуха содержит камеру сгорания топлива 1 (далее по тексту - камера сгорания), соединенную с помощью газоходов 2 с дымососом 3. Между камерой сгорания 1 и дымососом 3 установлен воздухоподогреватель 4, состоящий из двух ступеней 5 и 6 по ходу дымовых газов с противоположным направлением и газовый боров 7, соединяющий первую 5 и вторую 6 ступень, который выполняет роль инерционного пылеуловителя. Устройство для подогрева шахтного воздуха имеет вентилятор горячего воздуха 8 для подачи присадочного воздуха из окружающей среды в воздухоподогреватель 4, от которого нагретый воздух по воздуховоду 9 поступает непосредственно во всасывающий канал 10 вентилятора главного проветривания (ВГП) 11, который подает воздух в шахту.
Камера сгорания 1 содержит слоевую топку 12 с топочным полотном 13, выполненные из огнеупорного материала боковые 14, фронтальную 15, отбойную 16 стенки и потолочную часть 17. В боковых стенках 14 камеры сгорания 1 выполнены наклонные щелевые форсунки 18, расположенные таким образом, чтобы создать круговое (циклонное) движение пылевоздушной смеси внутри камеры сгорания. Ось потока вторичного воздуха из каждой щелевой форсунки 18, кроме отсечных форсунок 19, направлена в центр отбойной 16 и фронтальной 15 стенок камеры сгорания, то есть наклонные щелевые форсунки 18, расположенные в одной боковой стенке, наклонены в сторону фронтальной стенки, а расположенные в другой боковой стенке - в сторону отбойной стенки. Такое направление наклонных щелевых форсунок 18 позволяет закрутить поток пылевоздушной смеси внутри камеры сгорания, а следовательно, выровнять температуру внутри камеры сгорания по всему ее объему, увеличить время нахождения мелких частиц топлива в топочном объеме для их полного выгорания и сократить химический недожог. Отсечные форсунки 19 обеспечивают дополнительное круговое вращение потока пылевоздушной смеси и предотвращают быстрый выброс пылевых частиц из камеры сгорания 20 в камеру догорания 21.
Наружная поверхность боковых стенок 14 камеры сгорания 1 снабжена конвективной рубашкой 22, одновременно являющейся теплоизоляцией, которая выполнена в виде металлического щита, установленного от верхнего края боковой стенки 14 камеры сгорания топлива 1 на расстоянии 50-70 мм от ее наружной поверхности до уровня топочного полотна и герметично закрытого по торцам. Конвективная рубашка 22 позволяет уменьшить потери тепла в окружающую среду. Камера сгорания топлива 1 снабжена расположенными снаружи вентиляторами вторичного дутья 23. От вентилятора вторичного дутья 23 воздух подают под давлением в конвективную рубашку 22, из которой через наклонные щелевые форсунки 18, расположенные в боковых стенках 14 камеры сгорания 1, подогретый вторичный воздух со скоростью 40-50 м/сек подают в камеру сгорания 1. Такая величина скорости позволяет закрутить поток пылевоздушной смеси внутри камеры сгорания.
Если запасы и концентрация шахтного метана в системе дегазации шахты позволяют обеспечить длительное использование метана, то используют комбинированное сжигание топлива - газа и твердого топлива. Для подачи газа в камеру сгорания топлива в ее потолочной части установлены газовые горелки 24.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
В камеру сгорания 1 подают твердое или комбинированное топливо и разжигают его. После того как топливо разожгли, то есть температура в камере сгорания достигла 400-500 градусов, постепенно (сначала с небольшой производительностью) включают вентиляторы вторичного дутья 23. При дальнейшем увеличении температуры дымовых газов в камере сгорания 1 увеличивают подачу вторичного дутья до выхода процесса горения в рабочий режим, при котором количество и температура дымовых газов и горячего воздуха достигают расчетных показателей. Горячие дымовые газы, которые образуются при сгорании топлива в камере сгорания, через газоходы 2 дымососом 3 отсасывают из камеры сгорания 1 через воздухоподогреватель 4 и через дымовую трубу выбрасывают в атмосферу. Вентилятором горячего воздуха 8 присадочный воздух из окружающей среды подают в воздухоподогреватель 4, где происходит его нагрев до заданной температуры (например, до 300°). Пока идет подогрев воздуха до заданной температуры, открывают растопочно-аварийный шибер 25. (Растопочно-аварийный шибер 25 открывают также во время аварийной ситуации на вентиляторе главного проветривания 11). Как только воздух достигает заданной температуры, растопочно-аварийный шибер 25 закрывают и открывают рабочий шибер 26. Растопочно-аварийный 25 и рабочий 26 шиберы управляются, например, одним общим приводом, работающим так, что положение «открыто» рабочего шибера 26 соответствует положению «закрыто» растопочно-аварийного шибера 25 и наоборот. Подогретый до заданной температуры присадочный воздух подают непосредственно во всасывающий канал 10 шахтного вентилятора главного проветривания (ВГП) 11, что обеспечивает полноценный теплообмен горячей присадки и основного потока воздуха в проточной части ВГП и исключает движение основного потока холодными и горячими слоями в напорном канале шахтной вентиляции.
В выходном газоходе 27 камеры сгорания 1 для регулирования температуры уходящих газов используют поддув холодного воздуха с помощью осевого вентилятора 28. При этом направление потока поддувочного воздуха осуществляют вверх под углом не менее 45° с целью исключения попадания этого воздуха в камеру догорания 21.
Заявляемый способ выполняют следующим образом.
Сжигают топливо в камере сгорания топлива 1. Для интенсификации процесса сгорания топлива в камере сгорания используют вторичное дутье, обеспечивающее изотермический режим по всему ее объему. Вторичный воздух дополнительно подогревают в конвективной рубашке 22 боковых стенок 14 камеры сгорания до температуры 250-300°. При этом конвективная рубашка 22 камеры сгорания 1 одновременно выполняет роль теплоизоляции. Продукты сгорания топлива (дымовые газы) через газоход 2 подают в нагревательный контур теплообменника 4. А в нагреваемый контур теплообменника 4 подают атмосферный воздух. Полученный в результате горячий атмосферный воздух подают дозированно (то есть в зависимости от требуемой теплопроизводительности подают такое количество присадки, которое необходимо для создания нужной температуры в шахте) по воздуховоду 9 в качестве горячей присадки непосредственно во всасывающий канал 10 шахтного вентилятора главного проветривания 11 подземных горных выработок.
Преимуществом предлагаемых устройства и способа является возможность дозированной подачи присадки горячего воздуха непосредственно в шахтный вентиляционный поток без устройства теплообменных аппаратов (калориферов, теплообменников) непосредственно на шахтном воздухозаборе.
Заявляемые способ и устройство позволяют:
- улучшить подогрев шахтного воздуха за счет дозированной присадки горячего воздуха в шахтный вентиляционный поток и подачи его непосредственно во всасывающий канал шахтного вентилятора главного проветривания;
- интенсифицировать процесс горения топлива за счет применения вторичного дутья;
- увеличить кпд воздухонагревательной установки за счет более полного сгорания топлива, что достигается организацией вторичного дутья и подачей его через наклонные щелевые форсунки в камеру сгорания;
- использовать для сжигания как твердое, так и комбинированное (газ плюс твердое топливо) топливо за счет установленных в потолочной части камеры сжигания газовых горелок, а следовательно, утилизировать метан и экономить твердое топливо;
- уменьшить потери тепла в окружающую среду за счет того, что камера сжигания снабжена конвективной рубашкой.
Краткое описание чертежей:
Фиг.1 - Блок-схема устройства для мониторинга разработки нефтяных залежей.
Фиг.2 - Реологическая карта распределения мобильности нефти из добывающих скважин опытного участка залежи (Западная Сибирь).
Источники информации
1. Руководство по определению свойств горных пород и насыщающих их флюидов импульсным ЯМР. РД 39-4-1070-84. М., 1985.
2. Михайлов Н.Н. и др. Физико-геологические проблемы остаточной нефтенасыщенности. М. Наука. 1993.
3. Авторское свидетельство СССР №928290, Бюлл. изобр. №18, 1982.
4. Коноплев Ю.В. Геофизические методы контроля за разработкой нефтяных и газовых месторождений. К., КГУ. 1999.
5. Автор. свид. СССР (SU) №1339440, G01N 11/00, опубл. 23.09.1987.
6. Патент RU 2301993 С1. кл. G01N 24/08, опубл. 27.06.2007.