Воздухонагревательные установки

Проблемы теплоснабжения подземных горных выработок и их решение

Теплоснабжение подземных горных выработок - это сложная и ответственная задача.

На сегодняшний день наиболее распространёнными способами нагрева воздуха, подаваемого в шахту являются:

1. Тепловая схема "паровой котёл – калорифер";
2. Тепловая схема "водогрейный котел – калорифер";
3. Электронагреватели.

Система "котёл-калорифер" имеет следующие недостатки:

• Возможность размораживания системы;
• Низкий коэффициент полезного действия (не более 60%);
• Потребность в воде и её подготовке.

Схема с электрокалориферами имеет следующие недостатки:

• Большие электрические нагрузки, в связи с чем могут возникать трудности с получением технических условий на электроснабжение;
• Большие затраты на покупку электроэнергии;

Вышеперечисленные недостатки наиболее распространенных систем теплоснабжения подземных горных выработок отсутствуют при использовании современных теплоэнергокомплексов на базе воздухонагревательных установок (ВНУ).

ВНУ представляет собой топку, с установленным на ней рекуперативным теплообменником. В качестве теплоносителя в данном энергокомплексе применяется горячий «присадочный» воздух, нагреваемый в теплообменнике дымовыми газами, поступающими из топки. Горячие дымовые газы, проходя через рекуперативный теплообменник, состоящий из трубчатых нагревательных элементов, отдают тепло и далее дымососом через дымовую трубу удаляются в атмосферу. Холодный атмосферный воздух вентилятором горячего дутья прогоняется через теплообменник, далее горячий воздух по воздуховодам поступает к потребителю.

Воздухонагревательные установки могут использоваться для:

• Теплоснабжения вентиляции подземных горных выработок;
• Отопления и вентиляции производственных зданий и помещений, в том числе для карьерной техники;
• Теплоснабжения устройств по разогреву вагонов с углём.

Преимущества воздухонагревательных установок

Воздухонагревательные установки имеют ряд несомненных преимуществ по сравнению с традиционной схемой теплоснабжения шахт "котельная-калорифер".

При использовании воздухонагревательной установки (ВНУ) для подогрева воздуха, подаваемого в шахту, применяется законченный цикл - нагретый воздух после установки поступает непосредственно в шахту практически без каких-либо потерь. В случае использования котельной требуется дополнительный узел – калориферная установка. Поэтому для оценки КПД всей системы необходимо рассматривать КПД системы котел-калорифер, в которой сам котел (на угольном топливе) имеет КПД порядка 85%. КПД калорифера, по различным источникам, составляет всего 50-70%. Основными причинами является: неравномерность потоков теплоносителей; неравенство потоков воздуха, проходящих через калориферы с подветренной, наветренной и боковых сторон; частичный выброс нагретого воздуха в атмосферу, и так далее. Отсюда, в лучшем случае, получаем суммарный КПД системы котельная-калорифер: 0,85*0,7=0,6=60%, а возможно и ниже - в зависимости от конструктивного исполнения калорифера, качества применяемого топлива и его подготовки.

КПД полного цикла ВНУ (на угольном топливе) при этом на практике составляет порядка 75%, может варьироваться в зависимости от качества используемого топлива.

Таким образом, по сравнению с наиболее распространенными способами нагрева воздуха для подачи в шахты ВНУ обладают следующими преимуществами:

1. Отсутствие промежуточного теплоносителя (вода, пар):
• отсутствие риска размораживания системы;
• отсутствие потребности в воде.
2. Высокий КПД системы (до 80%);
3. Высокая ремонтопригодность;
4. Простота в обслуживании;
5. Низкие затраты на топливо;
6. Безопасность;
7. Высокая надежность работы системы.

Безопасность обеспечивается за счет того, что холодный воздух подается нагнетательным способом с помощью вентилятора, а дымовой газ удаляется всасывающим способом с помощью дымососа, что исключает возможность попадания продуктов сгорания в поток воздуха, подаваемого на обогрев помещений и в шахту.

Принципиальная схема работы воздухонагревательных установок

Твердое топливо для ВНУ подается скребковым транспортером, после чего сжигается в механической топке. В качестве топлива может использоваться каменный и бурый уголь, антрацит, отходы углеобогащения, природный газ, древесные отходы. Температура дымовых газов, поступающих в теплообменник из камеры сгорания, составляет около 500°С, а температура присадочного воздуха, выходящего из теплообменника – до 300°С. Горячие дымовые газы, проходя через рекуперативный теплообменник, состоящий из трубчатых нагревательных элементов, отдают тепло и попадают на золоуловитель, где очищаются от пыли и далее дымососом через дымовую трубу удаляются в атмосферу. Регулирование температуры горячего воздуха осуществляется за счёт подмешивания атмосферного воздуха (вторичного воздуха) к продуктам сгорания топлива перед теплообменником. Дутьевой вентилятор свежий атмосферный воздух прогоняет через теплообменник и далее по воздуховоду подогретый воздух подает в зависимости от способа вентиляции шахты:

• в камеру смешения главной вентиляционной установки в качестве «присадочного», либо в воздухозаборную шахту;
• в камеру смешивания системы вентиляции и отопления производственных зданий.



Рис. 1. Принципиальная схема работы ВНУ

Модификации ВНУ и их характеристики

В зависимости от назначения воздухонагревательные установки подразделяются на:

1. ВНУ малой мощности производительностью 0,1 - 1,2 Гкал/ч;
2. ВНУ большой мощности производительностью 1,6 - 6,0 Гкал/ч.

Характеристики ВНУ малой мощности

	LRF-10	LRF-20	LRF-30	LRF-40	LRF-60	LRF-80	LRF-100	LRF-120
Тепловая мощность, МВт (Гкал)	0,12 (0,1)	0,23 (0,2)	0,32 (0,3)	0,47 (0,4)	0,7 (0,6)	1,0 (0,8)	1,2 (1,0)	1,4 (1,2)
Температура горячего воздуха на выходе из ВНУ, °С	150 - 600
Расход воздуха через ВНУ, нм3/ч	1688 - 3071	1688 - 3017	2184 - 3222	3130 - 5750	4296 - 6445	5330 - 8440	12890 - 21484	21484 - 31055
Расход топлива, кг/ч	20	40 - 50	50 - 60	70 - 80	100 - 110	130 - 140	190 - 200	240 - 250
Потребляемая мощность, кВт	5,5	7,0	9,5	14	22	30	45	52
КПД установки, %	≥73	≥73	≥73	≥73	≥73	≥73	≥73	≥73
Габаритные размеры, мм	1220 х 2300	1500 х 2800	1750 х 3500	1840 х 3600	1220 х 2300	2200 х 5000	2400 х 5500	2600 х 5800
Масса, т	1,3	1,6	2,3	3,8	4,2	5,5	9,8	12

 

 

Характеристики ВНУ большой мощности

	LRF-160	LRF-200	LRF-250	LRF-300	LRF-360	LRF-400	LRF-500	LRF-600
Тепловая мощность, МВт (Гкал)	1,86 (1,6)	2,33 (2,0)	2,91 (2,5)	3,49 (3,0)	4,19 (3,6)	4,65 (4,0)	5,82 (5,0)	6,98 (6,0)
Температура холодного воздуха на входе в ВНУ, °С	-45	-45	-45	-45	-45	-45	-45	-45
Температура горячего воздуха на выходе из ВНУ, °С	150 - 300
Расход воздуха через ВНУ, нм3/ч	32380	48797	48797	56605	67457	58200	75552	80570
Температура подогретого воздуха на входе в шахту, °С	+5	+5	+5	+5	+5	+5	+5	+5
Расход топлива, кг/ч	400	500	550	800	800	1200	1300	1500
Потребляемая мощность, кВт	48	55	55	85	188	188	256	290
КПД установки, %	≥75	≥75	≥75	≥75	≥75	≥75	≥75	≥75

 

Общий вид воздухонагревательных установок различных исполнений

1. ВНУ большой мощности с выносным теплообменником

а)



б)


2. ВНУ большой мощности со встроенным теплообменником

3. ВНУ большой мощности со встроенным и дополнительным выносным теплообменником


Подробный сравнительный анализ различных вариантов теплоснабжения шахт и подземных горных выработок

 

	Водогрейные котельные	Паровые котельные	Воздухонагревательные установки
	Занимают меньшую площадь; Низкие капзатраты; Низкая инерционность установки.	Занимают меньшую площадь; Низкая инерционность установки.	Отсутствует риск замораживания теплообменника; Отсутствует промежуточный теплоноситель (вода, пар); %li>Высокий КПД на границе забора шахтного воздуха; Малая потребность в исходной воде; Не требуется персонал высокой квалификации; Не подведомственны Ростехнадзору.
	Калориферы подвержены риску замораживания; Потребность в большом количестве исходной воды; Низкий суммарный КПД системы «котел-калорифер»; Необходимость водоподготовки; Требуется высокая квалификация персонала.	Калориферы подвержены риску замораживания; Потребность в большом количестве исходной воды; Необходимость подготовки воды высокого качества; Требуется высокая квалификация персонала; Небольшой диапазон регулирования нагрузки.	Повышенные требования к обмуровке; Повышенные требования в части ведения топочного режима для исключения зашлаковывания печи; Высокая инерционность установки.

 

Сравнение технико-экономических показателей различных вариантов

 

Показатель	ед. изм.	Водогрейные котлы - калорифер	Паровые котлы - калорифер	ВНУ
КПД всей установки (включая калорифер и вентилятор главного проветривания)	%	58	68	75
Удельный расход топлива	кг.у.т./ Гкал	246	210	190
Удельный расход электроэнергии на выработку тепла	кВт*ч/ Гкал	115,7	113,9	110,4

Заключение

Воздухонагревательные установки являются наиболее эффективным и надежным источником теплоснабжения вентиляции подземных горных выработок и обладают следующими преимуществами перед системами теплоснабжения с промежуточным теплоносителем:

1. Надежность работы, обусловленная:
• отсутствием промежуточного теплоносителя, что исключает основную проблему – замораживание калориферов;
• минимальным количество запорной и регулирующей арматуры;
• низкими требованиями к автоматизации;
• отсутствием оборудования, работающего под давлением;
• и др.
2. Простота в эксплуатации и обслуживании
3. Высокий общий КПД системы
4. Низкие эксплуатационные затраты
5. Низкая себестоимость вырабатываемой тепловой энергии


Скачать опросный лист на подбор воздухонагревательный установки
музыкальные новости
туристические обзоры