ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК И ПОМЕЩЕНИЙ БОЛЬШОГО ОБЪЕМА
THERMAL POWER SYSTEM FOR HEAT SUPPLY OF MINE OPENINGS AND ROOMS OF LARGE VOLUME

Изобретение относится к системам теплоснабжения различных объектов как наземного, так и подземного назначения, и предназначено для получения тепловой энергии (горячего воздуха) и подачи, например, в присадку к шахтному вентиляционному воздуху.
Известно устройство для подогрева воздуха, подаваемого в шахту, предусматривающее нагрев, транспортирование и подачу горячего воздуха в присадку к основному потоку шахтного вентиляционного воздуха (патент на изобретение РФ №2189533, кл. F24D 15/00, заявлено 14.09.2000, опубликовано 20.09.2002, бюл. №26), содержащее камеру сгорания топлива с боковыми, фронтальной и отбойной стенками и потолочной частью, воздухоподогреватель, воздухораспределительное устройство горячего воздуха, дымосос и трубопроводы. Недостатками известного устройства являются невысокая экономичность, недостаточно интенсивный процесс горения топлива и низкий к.п.д нагревательной установки.
Известно устройство для подогрева шахтного вентиляционного воздуха, содержащее камеру сгорания топлива, вентиляторы вторичного дутья, конвективную рубашку, щелевые форсунки, воздухоподогреватель, воздухораспределительное устройство горячего воздуха, вентилятор горячего воздуха, дымосос, газоходы, воздуховод и КИП (патент на изобретение №2386034, кл. E21F 3/00, заявлено 08.07.2008, опубликовано 10.04.2010, бюл. №10).
Недостатками известного технического решения являются:
- низкий к.п.д применяемой схемы очистки дымовых газов, не превышающий 50%;
- конвективная рубашка, выполненная в виде щита, установленного возле боковых стенок камеры сгорания на расстоянии 50-70 мм, не обеспечивает достаточный нагрев холодного воздуха, забираемого из атмосферы, что отрицательно влияет на интенсивность процесса горения.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности и безопасности работы комплекса за счет новой схемы подачи топочного и вторичного дутья и применения модифицированной системы двухступенчатой очистки дымовых газов.
Предложен теплоэнергетический комплекс для теплоснабжения горных выработок шахт и других помещений, включающий воздухонагревательную установку с системой двухступенчатой очистки дымовых газов, системы топливоподачи и шлакозолоудаления и автоматизированную систему управления и контроля технологическим оборудованием.
Отличием является то, что воздух для топочного дутья подают в подогретом за счет аспирации виде, при этом частичный забор воздуха производят с помощью трубы, проходящей внутри шнекового золоуловителя, служащего для очистки проходящих по нему горячих дымовых газов.
Другим отличием является то, что подача вторичного дутья в топочный объем производится через конвективную рубашку, выполненную в виде закрытого герметичного короба и расположенную в кирпичной кладке камеры сгорания вплотную к стене, без зазора.
Отличием также является то, что воздухонагревательная установка комплекса содержит систему двухступенчатой очистки дымовых газов и в качестве первой ступени используют шнековый золоуловитель, установленный в горизонтальной части газохода между выходным патрубком камеры сгорания и групповым теплообменником, а второй ступенью очистки служит переходный боров группового теплообменника, выполняющий роль инерционного уловителя.
Эффективное решение технической задачи по применению технологии получения и подачи горячего воздуха в присадку к основному вентиляционному воздуху, подаваемого в шахту, возможно только при современных системах дозированной подачи подогретого воздуха топочного и вторичного дутья в камеру сгорания, очистки дымовых газов. За счет применения изобретения к.п.д системы очистки дымовых газов возрастает до 70-80%.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид теплоэнергетического комплекса в плане, на фиг.2 - то же, вид сбоку (сечение А-А фиг. 1), на фиг. 3 - то же (сечение Б-Б фиг. 1), на фиг. 4 - групповой теплообменник с переходным боровом, на фиг. 5 - камера сгорания с конвективной рубашкой.
В здании 1 теплоэнергетического комплекса расположены теплогенераторный блок 2, оборудование топливоподачи, золошлакоудаления и автоматизированной системы управления и контроля технологическим оборудованием. В здании размещают также операторскую 3 и бытовые помещения 4.
Система топливоподачи содержит угольный бункер 5, дробилку 6, железоотделитель 7, скребковый конвейер 8 со сбрасывателями топлива, топочные бункера 9 и опорные металлоконструкции 10. Данная система предназначена для обеспечения бесперебойной подачи топлива в камеры сгорания. Управление скребковым конвейером 8 со сбрасывателями топлива и дробилкой 6 осуществляют в автоматическом режиме - оператором с сенсорной панели управления, а в местном режиме - кнопками, расположенными в местах установки электроприводов (не показаны).
Система сухого шлакозолоудаления содержит следующие элементы:
транспортеры спиральные 11, скребковый конвейер шлакозолоудаления 12, опорные металлоконструкции 13 и бункер 14 с секторным затвором. Система предназначена для удаления золы и шлака из-под теплообменников, шнековых золоуловителей, топок и сбора их в бункер 14. Управление данным оборудованием осуществляют так же, как и системы топливоподачи.
Воздухонагревательная установка включает теплогенераторный блок 2, рекуперативный групповой теплообменник 15, тракт холодного воздуха с вентилятором 16, тракт горячего воздуха (трубопровод) 17, систему удаления дымовых газов 18, дымовую трубу 19.
Теплогенераторный блок 2 содержит несколько, в зависимости от мощности теплоэнергокомплекса, теплоисточников. Каждый теплоисточник представляет собой камеру сгорания 20 с топкой обратного хода, работающей на твердом топливе. Каждая камера сгорания имеет систему топочного дутья 21, систему вторичного дутья 22, систему аварийного автоматического снижения температуры газов с осевым вентилятором 23, а также винтовые конвейеры 24 удаления просыпей и золы и зольный бункер 25. Корпус камеры сгорания 20 выложен из шамотного кирпича и ее боковые и лобовая стенки опираются на топку, а у задней стенки выкладывают камеру 26, в которой происходит аварийное снижение температуры дымовых газов. Верх камеры сгорания выполнен арочным сводом, а со стороны лобовой (фронтальной) стенки расположены забрасыватели топлива 27. Под камерой сгорания расположен бункер 25 для сбора золы и шлака, течки для сбора просыпи угля и подачи их винтовыми конвейерами 24 на скребковый конвейер 12. Частичный забор воздуха для топочного дутья 21 производят трубой 28, находящейся внутри шнекового золоуловителя 29, служащего для очистки проходящих по нему горячих дымовых газов. Проходя по горячей трубе 28, подогретый воздух поступает в карман воздухозабора 30 топочного вентилятора. Подачу вторичного дутья 22 в топочный объем камеры сгорания производят через конвективные рубашки 31, выполненные в виде плоских герметично закрытых коробов, расположенных в кирпичной кладке камеры сгорания вплотную к стене, без зазора.
Рекуперативный групповой теплообменник 15 осуществляет нагрев холодного воздуха, поступающего из атмосферы, горячими дымовыми газами, исходящими из камеры сгорания.
Тракт холодного воздуха предназначен для подачи холодного воздуха, забираемого из атмосферы вентилятором 16, в рекуперативный групповой теплообменник 15.
Тракт горячего воздуха 17 предназначен для подачи горячего воздуха, выходящего из теплообменников 15, в присадку к основному потоку холодного воздуха, поступающего, например, на вентиляцию шахты. Воздуховоды горячего воздуха оборудованы шиберами (не показаны) и их управление возможно от кнопок (местное управление) или дистанционно. Для компенсации температурных изменений длины воздуховоды горячего воздуха оборудованы компенсаторами 32 тепловых перемещений типа ПГВУ.
3
Система удаления дымовых газов 18 предназначена для вывода продуктов сгорания топлива (дымовых газов), образовавшихся в камере сгорания, в дымовую трубу 19. Дымовые газы, нагретые в камере сгорания до высоких (более 400°С) температур, подхватывая частицы золы, под действием разрежения, развиваемого дымососом 33, перемещаются через шнековый золоуловитель 29 в рекуперативный групповой теплообменник 15. Охлажденные в теплообменнике до температуры 100÷105°С дымовые газы направляются на всас дымососа 33 и далее через дымовую трубу 19 выбрасываются в атмосферу. Для компенсации изменений длины газоходов система удаления дымовых газов также снабжена компенсаторами 34 тепловых перемещений типа ПГВУ. Воздухонагревательная установка снабжена системой двухступенчатой очистки дымовых газов. Первой ступенью является шнековый золоуловитель 29, выполненный по аналогии с прямоточным циклонным элементом типа «винт» с углом раскрытия 30°. Шнековый золоуловитель 29 установлен в горизонтальной части газохода между выходным патрубком камеры сгорания и групповым теплообменником 15. Удаление частиц уноса производится через вертикальный рукав 35, тангенциально подведенный к обечайке корпуса уловителя, и золоудалитель 36. Второй ступенью очистки служит переходный боров 37 группового теплообменника 15, выполняющий роль инерционного уловителя. Газовый поток в борове меняет направление движения на 180° и скорость его уменьшается в 2,5 раза за счет увеличения проходного сечения. Частицы золы плотностью до 2,5 г/см и диаметром более 20 мкм, сохраняя первоначальную скорость и направление движения, выпадают в нижней части борова и их удаляют в спиральные транспортеры 11.
Принцип действия энергокомплекса заключается в получении в теплогенераторном блоке 2 горячих дымовых газов, которые, поступая в групповой теплообменник 15, нагревают воздушный поток атмосферного воздуха, нагнетаемого вентилятором 16.
Температура дымовых газов на входе в воздухоподогреватель группового теплообменника не должна превышать 530°С, что обеспечивается организованной подачей атмосферного воздуха (топочное и вторичное дутье) в камеру сгорания или включением в работу (при достижении аварийного значения температуры газов) осевого вентилятора 23. В то же время, подача холодного атмосферного воздуха может резко снизить температуру в топочном объеме камеры сгорания и отрицательно повлиять на интенсивность процесса горения топлива. Чтобы этого не допустить, атмосферный воздух для вторичного дутья подогревается в конвективной рубашке 31, расположенной с минимальным зазором в кладке боковых стенок камеры сгорания, а воздух топочного дутья подогревается за счет аспирации, при этом частичный забор его производят через трубу 28, находящуюся внутри шнекового золоуловителя 29, по которому проходят горячие дымовые газы. Охлажденные в рекуперативном групповом теплообменнике 15 до температуры 100-105°С дымовые газы поступают через дымосос 33 в дымовую трубу 19. Для уменьшения выброса вредных веществ в атмосферу технологией предусмотрена двухступенчатая очистка дымовых газов. Первой ступенью служит шнековый золоуловитель, в котором происходит улавливание крупных частиц, а второй ступенью очистки является переходный боров 37 группового теплообменника 15, в котором оседают более мелкие частицы, находящиеся в дымовых газах. При такой технологии степень очистки дымовых газов составляет 70-80%.
Нагретый до 300°С горячий воздух по трубопроводу 17 подают на распределительное устройство 38 в присадку к основному потоку шахтного вентиляционного воздуха. Газовый поток внутри трубок воздухоподогревателя группового теплообменника 15 находится под разрежением, создаваемым дымососом 33, а воздушный в межтрубном пространстве - под напором, создаваемым вентилятором 16, что исключает попадание продуктов сгорания в горячий воздух, идущий на вентиляцию шахты.
Зона всаса шахтного вентилятора представляет собой контактный теплообменник (впрыск горячего присадочного воздуха в основной поток холодного вентиляционного воздуха). Здесь отсутствует обратная линия греющего теплоносителя и к.п.д. такого теплообменника, при отсутствии утечек, 100%.
Система автоматизированного управления и контроля (САУК) обеспечивает управление вентиляторами, приводами топочных решеток, топочными питателями, дымососами, конвейерами углеподачи и шлакоудаления, транспортерами удаления уноса, винтовыми конвейерами, дробилкой и шиберами. Система САУК предусматривает аварийное отключение подачи горячего воздуха в случае содержания СО в горячем воздухе за воздухоподогревателем выше допустимого.
Теплоэнергетический комплекс обеспечивает получение и дозированную подачу горячего воздуха для теплоснабжения вентиляции горных выработок, использование подогретого воздуха топочного и вторичного дутья и применение двухступенчатой очистки дымовых газов, направленной на уменьшение вредных выбросов в атмосферу, повышает эффективность работы и к.п.д воздухонагревательной установки.