ШАХТНАЯ КАЛОРИФЕРНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использована в системе вентиляции подземных горнодобывающих предприятий.
Известна шахтная калориферная установка, расположенная в стене надшахтного здания, воздух в которую подается за счет общешахтной депрессии, создаваемой главной вентиляторной установкой (ПЗУ), расположенной на вентиляционном стволе (RU 122698 U1, опубл. 10.12.2012 г.).
В данную калориферную установку можно подавать как горячую воду с котельной установки в холодное время года, так и охлажденную воду для кондиционирования воздуха в теплое время года.
Недостатком известной установки является малая поверхность теплообмена нагреваемого (охлаждаемого) воздуха с воздухонагревателями, в результате чего в стене требуется большое количество теплообменников. Кроме того, малая поверхность теплообмена воздухонагревателей с воздухом требует значительного расхода теплоносителя (хладоносителя). В случае, если теплоносителем (хладоносителем) является вода, подаваемая из котельной установки (системы охлаждения воды), на ее подогрев (охлаждение) также будут расходоваться большое количество энергоресурсов.
Наиболее близкой к заявляемой является шахтная калориферная установка (RU 133877, опубл. 27.10.2013 г.), включающая нагнетательные вентиляторы и воздухоподогреватель с пластинчатыми элементами, закрепленными в нижней части калориферного канала, прилегающего к стволу шахты и ориентированными по потоку воздуха, поступающего в калориферный канал. Нагревательные элементы калориферной установки нагреваются электрическим током в зависимости от температуры наружного воздуха, а часть калориферного канала, прилегающего к стволу, выполнена с изоляционным слоем.
Недостатки данного изобретения следующие:
- калориферная установка может применяться только для нагрева воздуха в холодное время года. В теплое время года установка неспособна охлаждать поступающий в воздухоподающий ствол воздух.
- на нагрев воздуха расходуется значительное количество электроэнергии. В перерасчете на финансовые затраты, на нагрев одного и того же объема воздуха при равных условиях (одинаковое количество пластин при одинаковых габаритных размерах) требуется большие экономические вложения.
Технический результат заключается в создании шахтной калориферной установки, позволяющей осуществлять как нагрев, так и охлаждение воздуха с низкими расходами энергоресурсов, т.е. имеющей возможность эффективной работы в холодное и теплое времена года.
Сущность полезной модели выражается в том, что шахтная калориферная установка, включающая нагнетательные вентиляторы и ряд пластинчатых элементов, установленных в нижней части калориферного канала, прилегающего к стволу шахты и ориентированных по потоку воздуха, согласно п. 1. формулы, снабжена закрепленной на пластинчатых элементах системой теплообменных трубок, образующей замкнутый контур циркуляции жидкого тепло- или хладоносителя, которая включает управляющие задвижки и устройства для охлаждения и нагрева тепло- или хладоносителя.
С помощью управляющих задвижек и устройств для нагрева теплоносителя заявляемая установка в холодное время года способна подавать горячую воду в систему теплообменных трубок, которые нагревают пластинчатые нагревательные элементы, расположенные по ходу движения воздуха. Поступающий за счет общешахтной депрессии и работы нагнетательных вентиляторов воздух омывает пластинчатые элементы, нагревается и поступает в воздухоподающий ствол.
В теплое время года в шахтную калориферную установку будет подаваться хладоноситель, например, холодная вода, предназначенная для кондиционирования воздуха, поступающего в воздухоподающий ствол. Хладоноситель предварительно будет охлаждаться и циркулировать в системе теплообменных трубок, охлаждая пластинчатые элементы.
В случае использования шахтной калориферной установки для кондиционирования воздуха, под пластинчатыми элементами размещена емкость для сбора влаги (п. 2 формулы),что позволяет удалять конденсат из калориферного канала.
Полезная модель проиллюстрирована следующим образом.
На фиг. 1 схематично показано размещение заявляемой установки в калориферном канале шахты, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, вид сверху.
На фиг. 3 представлен пластинчатый элемент с расположенной в нем трубкой с теплоносителем, а на фиг. 4 - схема подачи теплоносителя в калориферную установку.
1 - калориферный канал;
2 - калориферная установка;
3 - пластинчатый элемент;
4 - наружный воздух;
5 - воздухоподающий ствол;
6 - нижняя часть калориферного канала;
7 - теплоизоляционный слой;
8 - надшахтное здание;
9 - нагнетательные вентиляторы;
10 - наружный воздух, подсасываемый через надшахтное здание;
11 - теплообменные трубки;
12 - котельная установка;
13 - управляемые задвижки;
14 - система охлаждения хладоносителя;
15 - устройство управления приводами задвижек;
16 - питательные насосы.
Шахтная калориферная установка работает следующим образом. В холодное время года наружный воздух 4 поступает в калориферный канал 1 за счет общешахтной депрессии и работы нагнетательных вентиляторов 9. Проходя по нижней части калориферного канала 6, наружный воздух 4 нагревается в калориферной установке 2. Установка 2 состоит, например, из пяти пластинчатый элементов 3 толщиной 0,01 м, шириной 5 м и длиной 25 м. В пластинчатые элементы 3 встроены трубки 11, по которым протекает теплоноситель, например, вода или этиленгликоль, т.е. они являются ребрами трубок 11.
Теплоизоляционный слой 7 выполнен, например, из термостекла (thermo glass) и расположен по периметру нижней части 6 калориферного канала 1. Пластинчатые элементы 3 нагреваются теплообменными трубами 11, по которым протекает теплоноситель, поступающий с котельной установки 12. В теплое время года, изменив положения управляемых задвижек 13, в калориферную установку 2 подают хладоноситель, например, холодную воду, поступающую из системы охлаждения хладоносителя 14, которая отдает тепло пластинчатым элементам 3, охлаждая теплый наружный воздух 4.
В воздухоподающий ствол 5 через надшахтное здание 8 подсасывается наружный воздух 10. С целью смешивания подготавливаемого в калориферной установке 6 наружного воздуха 4 с подсасываемым 10 через надшахтное здание 8 нагнетательные вентиляторы 9 выполнены с возможностью изменения их производительности.
Теплопроизводительность шахтной калориферной установки регулируется за счет изменения производительности нагнетательных вентиляторов 9 и изменения расхода теплоносителя как совместно, так и в отдельности. Расход теплоносителя может регулироваться производительностью питательных насосов 16 или положением управляемых задвижек 13, либо путем их совместного использования.
В случае использования шахтной калориферной установки 2 для кондиционирования воздуха 4, под пластинчатыми элементами 3 необходимо предусмотреть емкость для сбора сконденсированной влаги с возможностью ее откачки из калориферного канала 1.
Сравнительный анализ энергетических и финансовых затрат на подогрев воздуха в электрической (по прототипу) и предлагаемой установках приведен в таблице.
Таблица
Тип калориферной установки
P<sub>уст</sub>
W<sub>усл</sub>
C
По прототипу с электронагревательными пластинами
2880
69120
207 360,0
Заявляемая
2740
7365,12
29460,5
уст
P - мощность установки для нагрева воздуха с температуры -36°C до +2°C, кВт;
усл
W - расход энергоресурсов, затрачиваемых на нагрев воздуха:
3
для заявляемой калориферной установки - расход природного газа (м/ч),
для установки - прототипа - расход электроэнергии (кВт·ч);
3
С - финансовые затраты на энергоноситель, при средней цене (по данным за первое полугодие 2013 г.) на электроэнергию 3 руб. за кВт·ч и 4 руб. за м/ч природного газа.
Из расчетов видно, что на работу предлагаемой установки финансовые затраты примерно в 7 меньше.
Пример
3
Установка заявленной конструкции работает в районе Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей (ВКМКС), для которого температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки составляет -36°C, а наиболее теплой +21,5°C (СНиП 23-01-99. Строительные нормы и правила Российской Федерации. Строительная климатология: утв. постановлением Госстроя России №49 от 11.06.99. М.: Госстрой России, 2000. 68 с). Объем подогреваемого (охлаждаемого) воздуха составляет 15000 м/ мин.
Для охлаждения и осушения наружного воздуха 4 температура его должна быть снижена с 21,5°C до 4,9°C. При использовании для кондиционирования воздуха заявляемой калориферной установки 2 согласно расчетам в нее необходимо подавать в качестве теплоносителя воду, температура которой будет составлять 2°C в объеме 19552 кг/ч (54,32 кг/с). При этом температура обратной воды будет составлять 6°C. в процессе охлаждения воздуха с температуры 21,5°C до 4,9°C, на пластинах будет осаждаться влага 4950 кг/ч (1,36 кг/с) сконденсированной воды. В случае отсутствия системы кондиционирования воздуха, вся эта влага будет выпадать в руднике.
Объем осажденной влаги достаточно велик и, при условии, что температура ее составляет порядка 4-5°C, ее можно использовать для подачи в систему охлаждения хладоносителя 14.