СПОСОБ ПОДОГРЕВА ШАХТНОГО ВЕНТИЛЯЦИОННОГО ВОЗДУХА
METHOD OF HEATING MINE VENTILATION AIR

Предлагаемое техническое решение относится к области теплоэнергетики и наиболее эффективно может быть использовано в различных отраслях промышленности, где имеется потребность в подогреве воздуха, например в шахтах для подогрева шахтного вентиляционного воздуха.
Известен способ подогрева шахтного вентиляционного воздуха и устройство для его осуществления (Патент РФ №2386034, МКИ E21F 3/00, E21F 1/00, F24H 3/02, автор Кривошапко А.В.). Способ включает операцию поддува холодного воздуха в выходной газоход камеры сгорания топлива, который направляют вверх под углом не менее 45°. Для поддува холодного воздуха служит устройство, в корпус которого встроен осевой вентилятор для подачи атмосферного воздуха. Это позволяет снижать температуру горячих газов на выходе их из камеры сгорания топлива, регулировать ее и тем самым обеспечивать ее оптимальность, что существенно влияет на процесс теплообмена в теплообменнике и на КПД установки.
Данное изобретение является наиболее близким по технической сущности заявленному техническому решению, поэтому оно принято авторами за прототип.
Недостатки известного способа в том, что при обеспечении поддува холодного атмосферного воздуха в выходной газоход камеры сгорания топлива одновременно вносится в него кислород, что способствует возгоранию уносимых с горячими газами частиц топлива за счет их окисления. Присадка воздуха может привести к возгоранию компонентов дымовых газов в случае их неполного окисления в камере сгорания топлива. Наличие кислорода в транспортируемом газообразном агенте способствует окислению металлических частей оборудования и его износу, что приводит к уменьшению межремонтных сроков оборудования и в целом к увеличению эксплуатационных затрат. Кроме того, добавка атмосферного воздуха в дымовые газы снижает КПД установки в целом, так как происходит потеря тепловой энергии, уносимой в атмосферу нагретым дополнительным воздухом.
Предприятия горнодобывающей отрасли относятся к числу энергоемких. Значительная часть затрат энергии приходится на подогрев приточного воздуха в системе вентиляции. Максимально допустимая температура воздуха в шахтах 22-26°C, минимальная 6-12°C. Минимально допустимая температура воздуха в шахтах +2°C. Поддержание ее в заданных пределах осуществляется теплоизоляцией, подогревом воздуха при поступлении его в шахту в зимнее время, охлаждением в глубоких шахтах.
Техническим результатом предлагаемых технических решений является повышение безопасности процесса подогрева шахтного вентиляционного воздуха, предотвращение окисления металлических частей оборудования (трубопроводов, деталей теплообменника, вентиляторов, клапанов и пр.), повышение их срока службы за счет пониженного содержания кислорода, повышение экономичности и экологичности процессов нагрева шахтного вентиляционного воздуха за счет вторичного использования отработанных дымовых газов.
Предлагается способ подогрева шахтного вентиляционного воздуха, включающий нагрев атмосферного воздуха в системе шахтной вентиляции дымовыми газами, поступающими из камеры сгорания топлива в теплообменник, регулирование параметров, а именно температуры, объема дымовых газов на входе в теплообменник.
Отличием является то, что регулирование температуры поступающих в теплообменник горячих дымовых газов производится за счет вторичного использования отработанных дымовых газов путем дозированной подачи их в поток горячих дымовых газов, поступающих из камеры сгорания топлива.
Основными изменениями, предлагаемыми авторами, являются изменение принципа регулирования температурного режима в системе вентиляции и, как следствие, установление оптимальной температуры горячих дымовых газов на входе в теплообменник. Основным отличием является вторичное использование отработанных горячих дымовых газов путем дозированной подачи их в поток горячих дымовых газов, т.е. поддув охлажденных дымовых газов в струю горячих. Поступающие непосредственно из топки горячие дымовые газы имеют температуру на входе в теплообменник до 1000°C. Таким образом, подавая охлажденные дымовые газы (использованные), можно снижать их температуру. В более теплое время температуру подогрева можно снижать, а в холодное время температуру подогрева повышать. Кроме того, значительно снижается присутствие кислорода в системе, что, во-первых, повышает безопасность процесса вентиляции, т.к. исключается возгорание несгоревших частиц топлива, а, во-вторых, повышаются эксплуатационные характеристики оборудования и срок службы металлических частей, т.к. практически приостанавливается процесс окисления. При разбавлении дымовых газов, выходящих из топки охлажденными дымовыми газами, выходящими из теплообменника, не наблюдается увеличение концентрации кислорода в смеси. Следовательно, нет дополнительной химической коррозии. Заявляемый способ работы установки увеличит срок ее работы - увеличится межремонтный период оборудования. Незначительное содержание кислорода в газовой смеси, поступающей в теплообменник, не повлияет на увеличение химической коррозии. Кроме того, отказ от добавочного количества воздуха приводит к уменьшению массы газов, уходящих в дымовую трубу, следовательно, к уменьшению потерь тепловой энергии и экологичности предлагаемой установки. Признаки способа находятся в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом.
Осуществление предлагаемого способа показано на чертеже, где схематично показан принцип осуществления способа подогрева шахтного вентиляционного воздуха.
Способ осуществляется по принципу, где подогрев воздуха осуществляется за счет тепла выделяемого продуктами сгорания (например, природным газом, шахтным метаном и т.д.). При этом исключено смешивание продуктов от сгорания топлива с воздухом, поступающим в шахту. Тракт воздушный и газовый надежно изолированы друг от друга.
В камеру сгорания топлива 1 подается топливо и сжигается, за счет чего образуются горячие дымовые газы. Горячие дымовые газы из камеры сгорания топлива 1 и расположенным в ней газоходом 2 по газопроводу 5 подаются в каналы теплообменника (не показаны), где отдают свое тепло вентиляционному воздуху, нагревая его. Затем по газопроводу 6 дымовые газы поступают во всасывающий канал 7 вентилятора 8 и выводятся в дымовую трубу 4. В процессе использования дымовые газы охлаждаются.
При помощи нагнетающего вентилятора 9 закачивается холодный воздух из окружающей среды в систему каналов теплообменника 3, где происходит его подогрев, и затем по воздуховоду 10 для подачи вентиляционного воздуха в шахту нагретый воздух подается в основную струю вентиляционного воздуха и смешивается с ней любым известным способом. Воздуховод 10 снабжен регулятором подачи нагретого воздуха 11. Авторами предполагается, что регулятор подачи нагретого воздуха 11 может быть выполнен в виде вентиля или в виде задвижки (в виде шибера). Возможны и другие варианты исполнения регулятора подачи нагретого воздуха (например, автоматизированные), позволяющие открывать и закрывать поток нагретого воздуха. В теплое время года, когда отсутствует необходимость в подогреве воздуха, при помощи регулятора подачи нагретого воздуха 11 предполагается полное перекрытие подачи горячего воздуха.
Предлагаемое устройство позволяет использовать в системе отработанные дымовые газы для регулирования внутреннего температурного режима. Для этого предлагаемое устройство содержит элемент для забора использованных дымовых газов из дымовой трубы 12, врезанный в дымовую трубу под углом к потоку движения дымовых газов. Использованные дымовые газы при помощи вентилятора 13 всасываются и по газоходу 14 подаются в газопровод 5, где смешиваются с горячими дымовыми газами, поступающими из камеры сгорания топлива 1. Таким образом, осуществляется присадка отработанных дымовых газов, имеющих более низкую температуру к горячим дымовым газам, поступающим из камеры сгорания топлива 1. Таким образом, выравнивается и устанавливается оптимальная температура внутри подогревающих каналов теплообменника 3. Газоход 14 снабжен регулятором подачи объема дымовых газов 15. Регулятор подачи дымовых газов 15 выполнен механического действия. Для регулирования температуры газов, поступающих в теплообменник 3, в газоходе 5 установлен прибор для автоматического замера температуры 16.
Предлагаемый способ позволяет вторично использовать отработанные дымовые газы для присадки их к горячим дымовым газам, поступающим из камеры сгорания топлива в теплообменник, что позволяет регулировать температуру горячих дымовых газов без значительных потерь тепла. Таким образом, выравнивается и устанавливается оптимальная температура, необходимая для использования в теплообменнике. Отбор использованных дымовых газов производится из дымовой трубы, выше места их поступления из теплообменника. Исключается излишнее охлаждение газов, экономится теплоэнергия. При этом повышается экономичность процесса нагрева шахтного вентиляционного воздуха. Способ позволяет уменьшить массу газов, уходящих в дымовую трубу, следовательно, способ экологичен. Признак находится в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом.
Кроме того, используемые для присадки отработанные дымовые газы инертны и имеют такой же состав, что и дымовые газы, выходящие из камеры сгорания. Дымовые газы не участвуют в химических процессах окисления. Следовательно, значительно снижается вероятность возгорания и воспламенения подогретой газовой смеси, повышается безопасность процесса подогрева, чему способствует значительное снижение содержания кислорода, а возможно и полное его отсутствие. Низкое содержание кислорода также способствует замедлению реакций окисления и снижению химической коррозии отдельных частей устройства. Продлевается срок службы, снижаются эксплуатационные затраты, увеличивается межремонтный срок. Признаки находятся в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом.