RU2578067C1 - Method of heating mine ventilation air - Google Patents

Abstract

FIELD: energy.

SUBSTANCE: method of mine ventilation air heating, which involves heating of atmospheric air in a mine ventilation by flue gases supplied from fuel combustion chamber into the heat exchanger. Temperature is adjusted for supplied flue gases at the inlet of heat exchanger. Temperature control of coming into heat exchanger hot flue gases is performed due to recycling of waste flue gases by dosed supply into flow of hot flue gases coming from fuel combustion chamber.

EFFECT: proposed technical solution provides increased safety of mine ventilation air heating, prevention of oxidation of metal parts of equipment (pipelines, parts of the heat exchanger, fans, valves etc), their corrosion and wear due to low content of oxygen, increased efficiency of processes of heating of mine ventilation air owing to use of waste flue gases.

1 cl, 1 dwg

Description

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.The proposed technical solution relates to the field of power engineering and can be most effectively used in various industries where there is a need for air heating, for example, in mines for heating mine ventilation air.

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.A known method of heating mine ventilation air and a device for its implementation (RF Patent No. 2386034, MKI E21F 3/00, E21F 1/00, F24H 3/02, author Krivoshapko A.V.). The method includes the operation of blowing cold air into the exhaust gas duct of the fuel combustion chamber, which is directed upward at an angle of at least 45 °. To blow cold air, a device is used, in the case of which an axial fan for supplying atmospheric air is built-in. This allows you to reduce the temperature of the hot gases at the outlet of the fuel combustion chamber, to regulate it and thereby ensure its optimality, which significantly affects the heat transfer process in the heat exchanger and the efficiency of the installation.

Данное изобретение является наиболее близким по технической сущности заявленному техническому решению, поэтому оно принято авторами за прототип.This invention is the closest in technical essence to the claimed technical solution, therefore, it is accepted by the authors as a prototype.

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.The disadvantages of this method are that while providing blowing of cold atmospheric air, oxygen is simultaneously introduced into the exhaust gas duct of the fuel combustion chamber, which contributes to the ignition of fuel particles carried away with hot gases due to their oxidation. Air admixture can lead to ignition of flue gas components in case of incomplete oxidation in the fuel combustion chamber. The presence of oxygen in the transported gaseous agent contributes to the oxidation of the metal parts of the equipment and its wear, which leads to a decrease in the overhaul time of the equipment and, in general, to an increase in operating costs. In addition, the addition of atmospheric air to flue gases reduces the efficiency of the installation as a whole, since there is a loss of thermal energy carried into the atmosphere by the heated additional air.

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.Mining enterprises are energy-intensive. A significant part of the energy consumption is accounted for by heating the supply air in the ventilation system. The maximum permissible air temperature in the mines is 22-26 ° C, the minimum is 6-12 ° C. Minimum permissible air temperature in mines + 2 ° C. Maintaining it within the specified limits is carried out by thermal insulation, heating the air when it enters the mine in winter, cooling in deep mines.

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.The technical result of the proposed technical solutions is to increase the safety of the heating process of mine ventilation air, prevent oxidation of metal parts of the equipment (pipelines, parts of the heat exchanger, fans, valves, etc.), increase their service life due to the reduced oxygen content, increase the efficiency and environmental friendliness of the processes of heating mine ventilation air due to the secondary use of exhaust flue gases.

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.A method for heating mine ventilation air is proposed, which includes heating atmospheric air in a mine ventilation system with flue gases coming from a fuel combustion chamber to a heat exchanger, adjusting parameters, namely temperature, flue gas volume at the inlet to the heat exchanger.

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.The difference is that the temperature of the hot flue gases entering the heat exchanger is controlled by the secondary use of the exhaust flue gases by dosing them into the hot flue gas stream coming from the fuel combustion chamber.

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.The main changes proposed by the authors are a change in the principle of regulating the temperature regime in the ventilation system and, as a result, establishing the optimal temperature of hot flue gases at the inlet to the heat exchanger. The main difference is the secondary use of exhaust hot flue gases by dosing them into a stream of hot flue gases, i.e. blowing chilled flue gases into a stream of hot ones. Hot flue gases coming directly from the furnace have a temperature at the inlet to the heat exchanger up to 1000 ° C. Thus, by supplying cooled flue gases (used), their temperature can be reduced. In warmer times, the heating temperature can be reduced, and in cold times, the heating temperature can be increased. In addition, the presence of oxygen in the system is significantly reduced, which, firstly, increases the safety of the ventilation process, because ignition of unburned fuel particles is excluded, and, secondly, the operational characteristics of the equipment and the service life of metal parts are increased, since the oxidation process practically stops. When diluting flue gases leaving the furnace with cooled flue gases leaving the heat exchanger, there is no increase in oxygen concentration in the mixture. Therefore, there is no additional chemical corrosion. The inventive method of operation of the installation will increase the period of its operation - increase the overhaul period of the equipment. A slight oxygen content in the gas mixture entering the heat exchanger will not affect the increase in chemical corrosion. In addition, the rejection of the additional amount of air leads to a decrease in the mass of gases leaving the chimney, therefore, to a decrease in heat loss and environmental friendliness of the proposed installation. The signs of the method are in a causal relationship with the claimed technical result.

Осуществление предлагаемого способа показано на чертеже, где схематично показан принцип осуществления способа подогрева шахтного вентиляционного воздуха.The implementation of the proposed method is shown in the drawing, which schematically shows the principle of the method of heating mine ventilation air.

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.The method is carried out on the principle where the air is heated due to the heat released by the combustion products (for example, natural gas, mine methane, etc.). In this case, mixing of products from fuel combustion with air entering the mine is excluded. The air and gas paths are reliably isolated from each other.

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.Fuel is supplied to the combustion chamber 1 and burned, whereby hot flue gases are generated. Hot flue gases from the fuel combustion chamber 1 and the gas duct 2 located in it are fed through a gas pipeline 5 to the heat exchanger channels (not shown), where they give their heat to the ventilation air, heating it. Then, through the gas pipeline 6, the flue gases enter the suction channel 7 of the fan 8 and are discharged into the chimney 4. During use, the flue gases are cooled.

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.Using an injection fan 9, cold air is pumped from the environment into the channel system of the heat exchanger 3, where it is heated, and then through the duct 10 to supply ventilation air to the shaft, the heated air is supplied to the main stream of ventilation air and mixed with it in any known manner. The duct 10 is equipped with a regulator for the supply of heated air 11. The authors assume that the regulator for the supply of heated air 11 can be made in the form of a valve or in the form of a valve (in the form of a gate). There are other possible versions of the controller for supplying heated air (for example, automated), allowing you to open and close the flow of heated air. In the warm season, when there is no need for heating the air, using the heated air regulator 11 it is assumed that the hot air supply is completely shut off.

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.The proposed device allows the use of exhaust flue gases in the system to regulate the internal temperature regime. For this, the proposed device contains an element for collecting used flue gases from the chimney 12, cut into the chimney at an angle to the flow of flue gases. The used flue gases are sucked in by the fan 13 and fed into the gas pipe 5 through the gas duct 14, where they are mixed with hot flue gases coming from the fuel combustion chamber 1. Thus, the exhaust flue gases having a lower temperature are added to the hot flue gases entering from the fuel combustion chamber 1. Thus, the optimum temperature inside the heating channels of the heat exchanger is equalized and set. The gas duct 14 is equipped with a flue gas volume regulator 15. Reg the flue gas feed exchanger 15 is made of mechanical action. To control the temperature of the gases entering the heat exchanger 3, a device for automatically measuring the temperature 16 is installed in the gas duct 5.

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.The proposed method allows the secondary use of exhaust flue gases to add them to the hot flue gases coming from the combustion chamber of the fuel to the heat exchanger, which allows you to adjust the temperature of the hot flue gas without significant heat loss. In this way, the optimum temperature required for use in the heat exchanger is leveled and set. The selection of used flue gases is made from the chimney, above the place of their receipt from the heat exchanger. Excessive cooling of gases is eliminated, heat energy is saved. This increases the efficiency of the process of heating mine ventilation air. The method allows to reduce the mass of gases leaving the chimney, therefore, the method is environmentally friendly. The sign is in a causal relationship with the claimed technical result.

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.In addition, the flue gases used for the additive are inert and have the same composition as the flue gases leaving the combustion chamber. Flue gases do not participate in chemical oxidation processes. Therefore, the likelihood of ignition and ignition of the heated gas mixture is significantly reduced, the safety of the heating process is increased, which contributes to a significant reduction in oxygen content, and possibly its complete absence. The low oxygen content also helps to slow down oxidation reactions and reduce chemical corrosion of individual parts of the device. The service life is extended, operating costs are reduced, the overhaul period is increased. The signs are in a causal relationship with the claimed technical result.

Claims (1)

Способ подогрева шахтного вентиляционного воздуха, включающий нагрев атмосферного воздуха в системе шахтной вентиляции дымовыми газами, поступающими из камеры сгорания топлива в теплообменник, регулирование температуры поступающих дымовых газов на входе в теплообменник, отличающийся тем, 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. The method of heating mine ventilation air, including heating the atmospheric air in the mine ventilation system with flue gases coming from the fuel combustion chamber to the heat exchanger, controlling the temperature of the incoming flue gases at the inlet to the heat exchanger, characterized in that the temperature of the hot flue gases entering the heat exchanger is controlled by the secondary use of exhaust flue gases by dosing them into a stream of hot flue gases coming from the combustion chamber Pliva.