DD220386A1

DD220386A1 - METHOD FOR USING THE HEAT OF EXTENDING BUCKET WEATHER THROUGH HEAT PUMPS

Info

Publication number: DD220386A1
Application number: DD25904683A
Authority: DD
Inventors: Ruediger Streitz
Original assignee: Kali Veb K
Priority date: 1983-12-30
Filing date: 1983-12-30
Publication date: 1985-03-27

Abstract

DIE ERFINDUNG BETRIFFT EIN VERFAHREN ZUR WEITGEHEND VOLLSTAENDIGEN NUTZUNG DER IN ABWETTERN UNTERTAEGIGER BERGBAUBETRIEBE ENTHALTENEN SENSIBLEN BEZIEHUNGSWEISE SENSIBLEN UND LATENTEN WAERME. ZIEL UND AUFGABE DER ERFINDUNG IST DIE MERKLICHE VERGROESSERUNG DER GENUTZTEN WAERME DER SCHACHTWETTER ALS VORAUSSETZUNG FUER EINE VERBESSERTE OEKONOMISCHE EFFEKTIVITAET DER NUTZUNG DER SEKUNDAERENERGIE DURCH EINEN WAERMEPUMPENPROZESS. DIE AUFGABE WIRD DADURCH GELOEST, DASS DIE WAERMEUEBERTRAGUNG VON DEN SCHACHTWETTERN AUF DIE ZWISCHENTRAEGERFLUESSIGKEIT IM UNTERTAEGIGEN ABSCHNITT DES ABWETTERSCHACHTES VORGENOMMEN UND DIE VERBINDUNG ZUR UEBERTAEGIGEN WAERMEPUMPENANLAGE MITTELS ROHRLEITUNGEN IM GESCHLOSSENEN KREISLAUF HERGESTELLT WIRD. DIE ERFINDUNG KANN DORT ANGEWENDET WERDEN, WO GROSSE VOLUMENSTROEME AUSZIEHENDER WETTER MIT ENTSPRECHENDEM TEMPERATURNIVEAU ZUR VERFUEGUNG STEHEN UND DIE BISHER NICHT ODER NUR UNVOLLSTAENDIG ZUR WAERMERUECKGEWINNUNG GENUTZT WERDEN.THE INVENTION CONCERNS A METHOD FOR LARGELY COMPLETE UTILIZATION OF SENSITIVE SENSITIVE AND LATENT HEAT CONTAINED IN DOWNWARD UNDERGROUND MOUNTAIN ACCESSORIES. THE OBJECT AND OBJECT OF THE INVENTION IS TO MANAGE THE GENERALIZED HEAT OF THE BAY WEATHER AS A PRECONDITION FOR AN IMPROVED ECONOMIC EFFECTIVENESS OF THE USE OF SEGUNDAER ENERGY THROUGH A GAS PUMP PROCESS. THE TASK SHALL BE EFFECTED THAT HEAT TRANSFER FROM BUCKET WEATHER TO INTERMEDIATE FLUID IN THE SECONDARY SECTION OF THE JUNCTION BOX AND THAT THE CONNECTION TO THE EXISTING WATER PUMP SYSTEM MADE BY CLOSED CIRCUIT PIPE. THE INVENTION CAN BE APPLIED WHERE LARGE VOLUME STRUCTURES OF EXCEPTIONAL WEATHER ARE AVAILABLE AT A TEMPERATURE LEVEL SUITABLE, AND WHICH HAVE NOT BEEN USED AT ANY TIME, IN THE ABSENCE OF COMMERCIAL GAINING.

Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

Verfahren zur Nutzung der fl'äxme ausziehender Schachtwetter mittels WärmepumpenMethod for using the fl'äxme extracting shaft weather by means of heat pumps

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur weitgehend vollständigen Ausnutzung der in Abwettern untertägiger Bergbaubetriebe enthaltenen sensiblen beziehungsweise sensiblen und latenten Wärme. Es kann überall dort angewendet werden,The invention relates to a method for largely complete utilization of the sensitive or sensitive and latent heat contained in abortives underground mining operations. It can be applied everywhere

•!Φ wo ausreichend große Volumenströme ausziehender Wetter mit entsprechendem Temperaturniveau zur Verfügung stehen, die bisher»nicht beziehungsweise unvollständig zur Wärmerückgewinnung genutzt werden.•! Φ where sufficiently large volume flows of exhaustive weather with the appropriate temperature level are available, which so far are not or incompletely used for heat recovery.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen In untertänigen Bergbaubetrieben werden große Wettervolumenströme zur Verdünnung der Abgase aus Sprengvorgängen sowie der Abgase der eingesetzten Gerätetechnik mit Verbrennungsmotoren und zu einem geringeren Teil auch zur Versorgung der Grubenbelegschaft mit* Atemluft benötigt. Die einziehenden Erischwetter nehmen auf dem Weg durch das weitverzweigte Grubengebäude neben Schadstoffgasen, festen sowie flüssigen Bestandteilen vor allem auch beträchtliche Wärmeenergien auf. Diese resultieren aus der Wärmeabgabe des Gebirges und aus den Maschinenabwärmen der Arbeitsprozesse. Die in den ausziehenden Wettern enthaltene Um-Characteristics of the Known Technical Solutions In humble mining operations, large volume flow rates are required to dilute the exhaust gases from blasting operations as well as the exhaust gases of the equipment used with internal combustion engines and, to a lesser extent, to supply the pit crew with * breathing air. The incoming Erischwetter take on the way through the widely branched mine building in addition to pollutant gases, solid and liquid components above all on considerable heat energy. These result from the heat emission of the mountains and from the machine waste heat of the work processes. The changes contained in the withdrawing bettors

welt-und Prozeßwärme kann grundsätzlich mit dem Ziel der Einsparung von Primärenergie in technologischen oder nicht technologischen Prozessen genutzt werden. Pie jeweiligen Nutzungsverfahren richten sich in erster Linie nach den Erfordernissen des Wiedereinsatzes.In principle, world and process heat can be used with the aim of saving primary energy in technological or non-technological processes. Pie respective utilization procedures are directed primarily to the requirements of re-use.

Es wurde beispielsweise ein Verfahren der iiVärmenutzung vorgeschlagen, bei dem im übertägigen Bereich des ausziehenden tfetterschachtes die Abwetterwärme durch Wärmeübertrager auf einen Zwischenträger (Wasser, Wasser-Glykol-Gemische ) und danach auf das, Kältemittel der Wärmepumpe übertragen wird. Ausschließlich erfolgt der bekannte Kreisprozeß der Wärmehebung mit Wärmepumpen, wobei je nach Art der eingesetzten Kältemittel Nutzvorlauftemperaturen des Warmwassers von ca. 5>o°G beziehungsweise 7o°G erreicht werden. Die bekannten Nutzungskonzeptionen weisen mindestens folgende Nachteile auf. ·For example, a method of using the water has been proposed in which the waste heat is transferred through heat exchangers to an intermediate carrier (water, water-glycol mixtures) and then to the refrigerant of the heat pump in the overground area of the extracting tiller shaft. Only the known cycle of heat recovery with heat pumps takes place, whereby depending on the type of refrigerant used useful flow temperatures of the hot water of about 5> o ° G or 7o ° G can be achieved. The known usage concepts have at least the following disadvantages. ·

- Auf dem i^H/eg der Abwetter im Ausziehschacht nach übertage kühlen sie sich ab. Dabei geben die Abwetter einen Teil ihrer ursprünglichen '»v'ärme an das den Abwetterschaeht umgebende Gebirge ab. Diese vi/ärrae steht für die übertagige Nutzung nicht mehr zur Verfügung. Der Ausnutzungsgrad der Abwetterwärme, zum Beispiel ausgedrückt durch das Verhältnis , .- On the i ^H / eg the weather in the pull-out shaft after over-ground they cool off. In the process, the weathering spills part of their original vines to the mountains surrounding the Abwetterschaeht. This vi / arrae is no longer available for over-use. The degree of utilization of the waste heat, expressed for example by the ratio,.

K - h,^ K - h, ^

mitWith

h =..Enthalpie der Wetter bei der Anfalltemperatur vorh = .. Enthalpy of the weather at the seizure temperature before

Eintritt in die WärmeübertragerEntry into the heat exchanger

h .$ = Enthalpie der '»Vetter bei der Nutzungstemperatur am Austritt aus den Wäremübertragern h = Enthalpie der Wetter bei der Vergleichstemperaturh = $ enthalpy of the couter at the temperature of use at the exit from the heat transfer h = enthalpy of the weather at the reference temperature

bleibt deshalb vergleichsweise gering.therefore remains relatively low.

- Die iiifäxoieübertragungsprozesse iibwetter/Zwischenträger und Zwischenträger/Kältemittel müssen durph die vorausgegangene v'vetterabkühlung auf relativ niedrigen lemperaturniveau vorgenommen werden, wodurch die energetische Effektivität des vVarraepumpenprozesses,zUin Beispiel ausgedrückt durch die Leistungsziffer des Garnot-Vergleichsprozesses- The iiifäxoieübertragungsprozesse iibwetter / subcarrier and subcarrier / refrigerant must be made by the previous V'vetterabkühlung at relatively low temperature level, whereby the energetic effectiveness of vvara pumping process, for example, expressed by the performance figure of the Garnot comparison process

t' — TTj _φt '- TTj _φ

KoKo

iaitIAIT

IV = Kondensationstemperatur ( abhangig vom verwendetenIV = condensation temperature (depending on the used

Kältemittel )Refrigerant)

T = Verdampfungstemperatur ( abhängig vom Temperaturniveau der iVärmeübex-T = evaporation temperature (depending on the temperature level of the iVärmeübex-

11; tragung Zwischenträger / ^; 11; transmission intermediate carrier / ^;

' Kältemittel ) 'Refrigerant)

!ebenfalls niedrig ist. Dabei wird vorausgesetzt, daß die : vom Kältemittel her möglichen Kondensations- beziehungs- ^ weise Nutzvorlauftemperaturen in voller Höhe in Anspruch genommen werden.! is also low. It is assumed that: the full amount of the condensation or useful flow temperatures possible from the refrigerant is used.

Insgesamt führen die genannten Hauptnachteile der be- · kannten Verfahren zu einer begrenzten energetischen und Ökonomischen Effektivität dieser speziellen Sekundärenergienutzung sowie vor allem zu einer erheblichen Beschrankung der Zahl nutzbarer Sekundärenergiequellen in der Art der Schachtwetter. 'Overall, the mentioned main disadvantages of the known methods lead to a limited energetic and economic effectiveness of this particular secondary energy use and above all to a considerable limitation of the number of usable secondary energy sources in the manner of the shaft weather. '

ι ii i

Ziel der ErfindungObject of the invention

Unter weitgehender Vermeidung der genannten Nachteile des bisherigen Verfahrens besteht das Ziel der Erfindung in einer merklichen Vergrößerung der genutzten rfärme der Schachtwetter., in der Verbesserung der energetischen Effektivität des Wärmepumpenprozesses bei mindestens gleichbleibender oder erhöhter energetischer GesamteffektivitätWhile largely avoiding the disadvantages of the previous method, the object of the invention is a noticeable increase in the utilized heat of the shaft weather., In the improvement of the energetic effectiveness of the heat pump process with at least constant or increased overall energetic efficiency

:yj des' komplexen Sekundärenergienutzungsprozesses als Voraussetzung für eine verbesserte ökonomische Effektivität und Anwendungsbreite der Nutzung der öchachtwetterwärme mittels : yj of the complex secondary energy utilization process as a prerequisite for improved economic effectiveness and scope of application of the use of the amount of latent weather heat

Wärmepumpen·Heat pumps ·

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

JiS liegt die technische Aufgabe zugrunde, durch einen tVärmepumpenprozeß die Sekundär energie der Schachtwetter zu nutzen und dabei die Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden·JiS is based on the technical object to use by a tVärmepumpenprozeß the secondary energy of the shaft weather and thereby avoid the disadvantages of the known methods ·

Die genannten Zielstellungen wurden erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Verfahrensschritt der Wärmeübertragung von den ,Schachtwettern auf die ZwischenträgerflüssigkeitThe stated objectives were inventively achieved in that the step of heat transfer from the, chess bettors on the intermediate carrier liquid

•-' räumlich vom Wärmepumpenprözeß getrennt und vollständig in den untertänigen Teil des AbwetterSchachtes verlegt wird. Die Verbindung zwischen der untertagig vorgenommenen Wärmeübertragung Abwetter/Zwischentrager und dem weiterhin übertägig durchgeführten eigentlichen Wärmepumpenkreisprozeß wird durch Rohrleitungen im Abwetterschacht hergestellt· Je nach Teufe der Schachtanlage und den Wärmeübertragungsverhältnissen zwischen Gebirge und Schachtwetter ist das Temperaturniveau der wetter, im untertägigen Abwetterkanal um ca· 8 bis 12 K größer, als im übertägigen Abwetterkanal. Entsprechend vergrößern sich die nutzbaren Temperaturbeziehungsweise Enthalpiedifferenzen der Schachtwetter, wenn man zum Beispiel aus Gründen der Wärmetauscherkorrosion als untere Grenze der Nutzungsendtemperatür• - 'spatially separated from the Wärmepumpenprözeß and completely laid in the submissive part of the AbwetterSchachtes. Depending on the depth of the shaft and the heat transfer conditions between the mountains and the shaft weather, the temperature level of the weather is approx. 8 to approx 12 K larger than in the above-ground Abwetterkanal. Accordingly, the usable temperature or enthalpy differences of the shaft weather increase, for example, for reasons of heat exchange corrosion as the lower limit of the end of use temperature

-π C Temperatur nach den Wärmeübertragern ) die Taupunkttemperatur entsprechend der vorhandenen Wetterfeuchtig- · keit betrachtet.-π C temperature after the heat exchangers), the dew point temperature is considered in accordance with the existing weather humidity.

Ausführungsbeispielembodiment

In der Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel für das erfind üngs gern äße Verfahren zur Abwetternutzung dargestellt. - werden bei der untertägigen Wetterabkühlung Temperaturen der »Vetter nach dem «Värmeübertrager erreicht, die niedriger ala die des umgebenden Gebirges sind, so wird auf dem weiteren Wetterweg nach übertage zunächst solange vVärme vom Gebirge an die Wetter übertragen, bis entsprechend der geothemischen Tiefenstufe ( T ~ 35 m/k ) bei der Teufe T die -wetter- und Gebirgstemperaturen übereinstimmen. ,FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the method according to the invention for the use of the weather. - If during the daytime cooling of the weather temperatures of the "cousin to the" Värmeübertrager are lower ala those of the surrounding mountains, then on the further weather path to above first vVärme from the mountains to the weather is transferred to according to the geothermal depth (T. ~ 35 m / k ) at the depth T the weather and mountain temperatures coincide. .

- 5 - . - 5 -.

Erst in Teufen T <. T wird wie bei dem bekannten Verfahren wieder Wärme von den wettern ans Gebirge übertragen.. Durch die Größe der untertägigen temperaturabsenkung kann bei gegebenen Strömungs- und geometrischen Verhältnissen im Abc wetterschacht die Lage der Teufe Τ_χ beeinflußt werden. ( Figur · 2 )Only in Teufen T <. As with the known method, heat is again transferred from the weather to the mountains. Due to the size of the subsurface temperature reduction, the position of the depth Τ _χ can be influenced for given flow and geometric conditions in the wastewater shaft. (Figure 2)

Die Realisierung der Verbindung zwischen den untertägigen Wärmeübertragern und der übert'ägigen jVärmepumpenanlage erfolgt zweckmäßig im geschlossenen Kreislauf, weil dann als ^₀ Zusatzleistung P.~ der Zwischenträgerpumpen nur die Bewegungswiderstände zu überwinden sind. Allerdings sind dann· Hochdruckausführungen der .Rohrleitungen und Wärmeübertrager erforderlich. Ersatzweise kann auch ein offener Kreislauf des Zwischenträgers mitNiederdruckausführung der.Wäxmeüber- trager und teilweiser Energierückgewinnung der potentiellen Energie des Zwischenträgers über Turbinen verwendet werden, „'i/egen der höheren Wärmeübergangswiderstände zwischen Wettern und dem Zwischenträger ( vtfärmedurchgang ) und der verhältnismäßig geringen Übertragungsflächen im Vergleich zum Wärmeübergangswiderstand zwischen vi/ettern und Gebirge ( Wärmeübergang ) und den großen Übertragungsflächen können die auf beziehungsweise von dem Zwischenträger übertragenen Wärmemengen für'überschlägige Wärmebilanzen vernachlässigt werden. ,The realization of the connection between the underground heat exchangers and the über' day jVärmepumpenanlage is expedient in a closed circuit, because then as ^ ₀ additional power P. ~ the intermediate carrier pumps only the movement resistance to overcome. However, high-pressure versions of the pipes and heat exchangers are then required. Alternatively, an open circuit of the subcarrier with low pressure design of the heat exchanger and partial energy recovery of the potential energy of the subcarrier via turbines may be used, in comparison to the higher heat transfer resistances between bettors and the intermediate carrier and the relatively small transmission surfaces in comparison For the heat transfer resistance between vias and mountains (heat transfer) and the large transfer surfaces, the amounts of heat transferred to and / or from the intermediate carrier can be neglected for superimposed heat balances. .

Die in der Figur 1 dargestellten Stützlüfter L mit der Zusatzleistung P ρ sind erforderlich, um die Druckverluste¹ der Wetter in den vi/ärmeüber trager η rfü auszugleichen. Andernfalls würde sich der für den Hauptgrubenlufter maßgebende . Druckverlust der Wetter im Grubengebäude erhöhen und der i/i/ettervolumenstrom verringern, was aus Gründen der Einhaltung optimaler arbeitshygienischer Parameter ( Schadstoffkonzentrationen ) unzulässig ist.The support fans L shown in Figure 1 with the additional power P ρ are required to compensate for the pressure losses ^{1 of} the weather in the vii / ülmeüber carrier η rfü. Otherwise, the authoritative for the main mine air. Increase the pressure loss of the weather in the mine building and reduce the i / i / ttervolumenstrom, which is inadmissible for reasons of compliance with optimal occupational hygiene parameters (pollutant concentrations).

Die energetische Gesamteffektivität des speziellen Sekundärenergienutzungsprozesses kann durch die Leistungsziffer λ-^f-The overall energy efficiency of the particular secondary energy use process can be expressed by the coefficient of performance λ- ^ f-

Q_K = abgegebene Leistung am Kondensator der WärmepumpeQ _K = output power at the condenser of the heat pump

( Heizleistung ) ±',p elektrische Antriebsleistung des Kalt emit te lver-(Heating power) ± ', p electrical drive power of the cold-emitting

dichters ' poet 's

l·' j= elektrische Antriebsleistung der Stützlüfter P^y-j- elektrische Antriebsleistung der Zwischenträgerpumpen'' ausgedrückt werden. l '' j = electrical drive power of the support fans P ^ yj- electrical drive power of the intermediate carrier pump '' are expressed.

Claims

It is a pr ou ct

Method for using the heat extracting shaft weather by means of heat pumps with increased energetic. Characterized in that the step of transferring heat from the chess bettors to the subcarrier liquid is made in the downhole section of the sewer, and the connection to the overground i / heat pump plant is made by closed loop drilling.

For this

2 sheets of drawings