ШАХТНАЯ КАЛОРИФЕРНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использована в системе вентиляции шахт, нефтешахт и рудников.
Известна шахтная калориферная установка, расположенная в стене надшахтного здания, воздух в которую подается за счет общешахтной депрессии, создаваемой главной вентиляторной установкой (ГВУ), расположенной на вентиляционном стволе (RU 122698 U1, опубл. 10.12.2012 г.).
Недостатком известной установки является малая поверхность теплообмена нагреваемого воздуха с воздухонагревателями, в результате чего в стене требуется большое количество теплообменников. Кроме того, малая поверхность теплообмена воздухонагревателей с воздухом требует значительного расхода теплоносителя. В случае, если теплоносителем является вода, подаваемая из котельной установки, на ее подогрев также будут расходоваться большое количество энергоресурсов, а именно, природного газа, который является невозобновляемым источником энергии.
Наиболее близкой к заявляемой является шахтная калориферная установка, в которой использован воздухоподогреватель, выполненный в виде блока на рамной конструкции, которая вдвигается в трубчатый кожух по направляющим (RU 2047054, опубл. 27.10.1995 г.). Кожух изготовлен из композиционного теплоизоляционного материала, например, стеклопластика, а пластины выполнены в виде тонкослойных неметаллических стеклопластиковых электронагревателей. В процессе работы нагнетательные вентиляторы принудительно прогоняют холодный воздух через воздухоподогреватель, нагревая его до необходимой температуры.
Поскольку воздухоподогреватель расположен на поверхности шахты, то он осуществляет нагрев не только нагнетаемого воздуха, но и окружающей среды, что существенно снижает к.п.д. установки и повышает энергозатраты на ее работу.
Теплопроизводительность известной установки регулируется количеством воздухонагревателей. При повышении температуры наружного воздуха необходимо снижать давление, развиваемое нагнетательными вентиляторами, для того, чтобы в ствол поступал воздух требуемой температуры +2°С (Единые правила безопасности (ЕПБ) при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом (ПБ 03-553-03). Серия 03. Вып. 33/ГУП «НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», М, 2003), чтобы уменьшить расход теплоносителя (электроэнергию). В результате этого воздух при входе в ствол из калориферного канала полностью не перемешивается с наружным засасываемым через надшахтное здание воздухом. Это приводит к тому, что по ближней к калориферному каналу стенке ствола течет нагретый воздух, а по дальней - холодный, что ведет к деформации крепи ствола.
Кроме того, изоляция кожуха выполнена из стеклопластика, дорогостоящего и недостаточно прочного материала, который подвержен воздействию водяных паров и не обладает гибкостью (http://krizol.com/material/77/).
Задачи, которые решает заявляемое решение, заключаются в повышении к.п.д. шахтной калориферной установки и исключении деформации крепи ствола шахты.
Технический результат выражается в снижении энергозатрат на подогрев воздуха до требуемой температуры, что ведет к повышению к.п.д. установки в сравнении с прототипом, а также в обеспечении равномерности прогрева воздуха на входе его в ствол шахты и по мере движения по стволу, что исключает деформацию крепи ствола шахты.
Сущность полезной модели выражается в том, что в шахтной калориферной установке пластинчатые электронагревательные элементы закреплены в нижней части калориферного канала, прилегающего к стволу шахты, и ориентированы по потоку воздуха, поступающему в калориферный канал, указанные элементы выполнены с возможностью регулирования теплопроводности воздухоподогревателя изменением напряжения, приложенного к ним. Количество пластин рассчитано в зависимости от максимального отрицательного значения температуры наружного воздуха и его объема, поступающего в калориферный канал. Стенки нижней части калориферного канала, прилегающего к воздухоподающему стволу, выполнены по периметру с изоляционным слоем. Нагнетательные вентиляторы выполнены с возможностью изменения режима работы и регулирования процесса перемешивания воздуха, поступающего в воздухоподающий ствол шахты.
Изолировать калориферный канал от теплообмена с нагреваемым воздухом можно из любого изоляционного материала, не подверженного воздействию водяных паров и высоких температур. Поэтому в качестве материала изоляционного слоя нижней части калориферного канала, которые расположены по периметру нижней части калориферного канала, может быть использовано термостекло (thermo glass), либо теплоизоляционный материал типа вспененного каучука или кантона, т.е. вспененный эластомер ячеистой структуры с закрытыми порами (http://www2.dupont.com/Kapton/en_US/assets/downloads/pdf/summarvofprop.pdf.).
Известно, что термостекло (thermo glass) со стороны, прилегающей к стенкам калориферного канала, практически исключает теплообмен с ними, а по внутренней стороне стекла возможно пропускать электрический ток, способный нагреть стекло до 180-200°С (http://vamteplo.ru/catalog.18.html).
Полезная модель проиллюстрирована фиг.1 и 2.
На фиг.1 схематично показано размещение заявляемой установки в калориферном канале шахты, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, вид сверху.
В калориферном канале 1 размещен воздухоподогреватель 2, выполненный из пластинчатых электронагревательных элементов 3, изготовленных из металла либо другого материала, обладающего высокой теплоотдачей. Воздухоподогреватель 2 предназначен для нагрева воздуха 4, поступающего в воздухоподающий ствол 5. Регулирование теплопроводности воздухоподогревателя 2 осуществляется за счет изменения напряжения, приложенного к пластинчатым электронагревательным элементам 3, количество которых рассчитывают в зависимости от максимального отрицательного значения температуры наружного воздуха 4. и его объема, поступающего в калориферный канал 1. Пластинчатые электронагревательные элементы 3 воздухоподогревателя 2 ориентированы по потоку воздуха 4 и закреплены в нижней части 6 калориферного канала 1. Изоляционный слой 7 калориферного канала 1 может быть изготовлен из термостекла (thermo glass), вспененного эластомера ячеистой структуры с закрытыми порами, например, вспененного каучука, кантона либо другого изоляционного материала, не подверженного воздействию водяных паров и высоких температур. Позицией 8 обозначено надшахтное здание, через которое осуществляется подсос наружного воздуха в воздухоподающий ствол 5. Нагнетательные вентиляторы 9 работают в заданном режиме, обеспечивающем качественное смешивание нагретого в калориферной установке 2 и холодного воздуха 10, который подсасывается через надшахтное здание 8 для обеспечения равномерности прогрева воздуха на входе его в ствол 5 шахты, что позволяет избежать деформации ствола 5. При изменении параметров наружного воздуха, если отсутствует необходимость менять режим работы нагнетательных вентиляторов 9, требуется изменить теплопроизводительность калориферной установки 2, т.е. на воздухонагревательных пластинах 3 необходимо изменить величину подаваемого напряжения. При этом работа нагнетательных вентиляторов 9 выдерживается в таком режиме, чтобы обеспечивать смешиваемость нагретого в воздухоподогревателе 2 и холодного 10 потоков воздуха.
Работа заявляемой установки описана на следующем примере.
3
Установка работает при температуре наружного воздуха -36°С, при этом расчетный объем воздуха 4, проходящий через установку, должен составлять 15000 м/мин.
3
3
Поток наружного воздуха 4 поступает в калориферный канал 1 за счет нагнетательных вентиляторов 9 и обтекает пять пластинчатых электронагревательных элемента 3, которые выполнены в виде металлических пластин толщиной 0,01 м, шириной 5 м и длиной 25 м. Напряжение, приложенное к элементам 3, составляет 12 В. Общий объем воздуха, проходящего через воздухоподогреватель 2 равен 14610,6 м/мин. Эквивалентное давление, развиваемое нагнетательными вентиляторами 9 совместно с общешахтной депрессией ГВУ, составит 31,47 Па и будет удовлетворять условиям, при которых нагретый в воздухоподогревателе 2 воздух будет смешиваться с холодным 10 воздухом, подсасываемом через надшахтное здание 8 в воздухоподающий ствол 5 в объеме 389,4 м/мин, до температуры +2°С.
Фактически затраченная электроэнергия составляет порядка 2880 кВт·ч, что на 22% меньше по сравнению с прототипом (порядка 3700 кВт·ч). К.п.д. установки составляет 80-86%.
Развиваемые нагнетательными вентиляторами 9 давление и калориферной установкой 2 температура воздуха обеспечивают заданную смешиваемость нагретого в калориферной установке 2 и холодного 10 потоков воздуха до требуемой температуры перед поступлением воздушной смеси в воздухоподающий ствол 5. При этих условиях деформация крепи ствола наблюдаться не будет.
Если в качестве изоляционного материала использовать термостекло (then-no glass), которое будет нагреваться при протекании по нему электрического тока всего до 50°С, то к.п.д. установки повысится до 97-98%.
Электроэнергия, затрачиваемая на нагрев пластин, при обеспечении той же теплопроизводительности, снизиться до 1634 кВт·ч. На нагрев термостекла (then-no glass) дополнительно потребуется 140 кВт·ч электроэнергии. Общее количество затрачиваемой электроэнергии снизится до 1774 кВт·ч (на 52,05%).