DE2631754B2

DE2631754B2 - Einrichtung zur Wetterkühlung im Untertagebergbau

Info

Publication number: DE2631754B2
Application number: DE19762631754
Authority: DE
Inventors: Hans Henting; Peter Dr. Hermanns
Original assignee: Ruhrkohle AG
Current assignee: RAG AG
Priority date: 1976-07-15
Filing date: 1976-07-15
Publication date: 1979-10-04
Also published as: DE2631754C3; GB1582154A; HU178007B; DE2631754A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Wetterkühlung im Untertagebergbau mit Hilfe einer Kaltwasser bzw. -sole führenden Ringleilung als Verbindung von Über- nach Untertage, eine über Tage aufgestellten Kälteerzeugungsanlage, einer unter Tage in die Ringleitung eingeschalteten Vorrichtung zur Versorgung mehrerer Wetterkühler mit Kaltwasser verminderten Druckes, sowie mit einer untertägigen Kälteerzeugungsanlage für einen weiteren mit Wetterkühlern versehenen Kaltwasserkreislauf, welche mit ihrem Kondensator in den Rückleitungsteil der Ringleitung eingeschaltet ist.

Einrichtungen dieser Art ermöglichen die Klimatisierung der Grubenbaue, indem sie den dazu erforderlichen Abtransport von Wärme übernehmen. Hierdurch können die nachteiligen Wirkungen der mit wachsender Teufe zunehmenden Gebirgstemperaturen auf das Klima unter Tage entscheidend verringert bzw. ganz vermindert werden. Es ist jedoch wesentlich, daß einerseits ein wirtschaftlicher Betrieb einer solchen Anlage möglich ist, und daß andererseits die vorhandenen Grubenbaue, insbesondere die Schächte, durch die in ihnen zu verlegenden Anlagenleile nicht beeinträch-',IlM werden.

Eine der bekannten Einrichtungen zur Wetterkühlung im Untertagebergbau besitzt über Tage einen Kältemittelkreislauf, in welchem ein Kältemittel zwischen einem Kompressor, einem Kondensator, einem Expansionsventil und einem Verdampfer geführt wird; als Kältemittel dienen verschiedene chemische Flüssigkeiten. Für den Betrieb von Kälteerzeugungsanlagen im Bergbau eigenen sich insbesondere Dichlordifluormethan (CCI2F2) und Chlordifluormethan (CHCIF₂).

Übertage ist ferner ein Kondensator aufgestellt, in den das im Kreislauf erhitzte Kältemittel an Rohren kondensiert, die von Kühlwasser durchflossen werden. Für dieses Kühlwasser ist ein offener Kreislauf vorgesehen. Er führt durch einen Kühlturm, welcher über Tage aufgestellt ist und feuchte Warmluft erzeugt. Zu den über Tage befindlichen Anlageteilen gehört auch der Verdampfer. In diesem Aggregat wird das flüssige Kältemittel in den dampfförmigen Zustand überführt. Die Verdampfungswärme wird in Oberflächen von Rohren und damit dem Kälteträgerkreislauf entzogen, der durch diese Rohre verläuft. Der auf diese Weise gekühlte Kälteträger durchläuft eine Ringleitung, deren wesentliche Strecken durch eine oder mehrere Schächte geführt sind. Deshalb steht der Kälteträger unter dem statischen Druck der Teufe und erfordert unter Tage einen Hochdruckwärmeaustauscher.

Im Hochdruckwärmeaustauscher wird unter Tage dem Kaltwa^serkreislauf Wärme entzogen. Diesem Kaltwasserkreislauf wird die den Wettern entzogene Wärme aufgeladen. Das geschieht in den Wetterkühlern. Meistens handelt es sich hierbei um speziell für den Untertagebetrieb konstruierte Wärmeauslauscher, in denen mit Hilfe eines Ventilators Wärme und Feuchtigkeit den Wettern entzogen werden, wobei

J5 gleichzeitig das Kaltwasser erwärmt wird. Das Kaltwasser kann auch zur Kühlung der Kondensatoren von Direktverdampfern benutzt werden. In diesen Wcttcrkühlern werden die Wetter mit Hilfe eines Ventilators durch einen Verdampfer geleitet, in dem den Wettern

4» mit Hilfe von Kältemittel, das in Rohrschlangen verdampft, im Gegenstrom Wärme enl/ogen wird. Der Kältemittelkreislauf führt die Wärme einem Kondensator zu, in welchem sie auf den Kaltwasscrkreislauf übertragen wird.

Vi Die Erfindung bezieht sich inbesonderc auf Anlagen zur Wcttcrkühlung dieses grundsätzlichen Aufbaus, vermeidet aber deren Hauptnachteile.

Die eingangs bezeichnete Einrichtung ist bekannt (Zeitschrift »Bergbautechnik« Juni 1956, S. 322). In der

■>() Schaehtleitung dieser Einrichtung (Hochdruckkreislauf) ist ein Peltonrad eingebaut. Mit dieser Turbine wird Energie gewonnen, die zum Betrieb des Kaltwasserkreislaufes ausgenutzt wird. Das von der Turbine entspannte Kaltwasser wird über mehrere Pumpen in Wetterkühler eingeführt. Das aus diesen Wetterkühlern abgeführte Wasser gelangt in den Kondensator einer unier Tage aufgestellten Kältemaschine, der ein Niederdruckkondensator ist. Die Eintrittstemperatur des aus den Wetterkühlcrn kommenden Wassers wird

ω) hauptsächlich durch den Niederdruckkondensator auf die Temperatur im aufsteigenden Ast der Ringleitung gesteigert.

Nachteilig wirkt sich in der bekannten Einrichtung aus, daß die Temperatur im aufsteigenden Ast der

ti^ri Ringltilung nicht wesentlich gesteigert werden kann. Für den Fall einer Kapazitätserweiterung muß daher eine weitere Ringleitung im Schacht eingebaut werden. Außerdem ist der Kälteverlust einer solchen Klimatisie-

rungsanlage nachteilig, der zum überwiegenden Teil auf dem starken Wärmegefälle zwischen dem kalten Wasser aus der Turbine und den verhältnismäßig warmen einziehenden Wettern zurückzuführen ist.

Bei der bekannten Einrichtung wird der Kälteträger, bevor er in den ersten der vier in Reihe geschalteten Verdampfern der über Tage aufgestellten Kälteerzeugungsanlage eintritt, durch einen Wärmeaustauscher geführt, der mit Kaltwasser beaufschlagt ist. Diesis Kaltwasser muß auf irgend eine Weise zur Verfügung gestellt werde ä, wozu eine weitere Kälteerzeugungsanlage in Betracht kommt. Das ergibt sich aus dem notwendigen Wärmegefälle zwischen dem mit Wärme beladenen Kaltwasser in der Schachtleitung und dem zur Vorkühlung benutzten Kaltwasser über Tage.

Wärmetechnisch wäre es allerdings wesentlich günstiger, das Kühlwasser des unter Tage stehenden Kondensators der untertägigen Kälteerzeugungsanlage unmittelbar durch Luft oder befeuchtete Luft zu kühlen, um die Enthalpie direkt auf die Außenluft zu übertragen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, in einer Einrichtung zur Wetterkühlung im Bergbau, bei der die Schachtleitung wie bekannt doppelt, nämlich zum Transport der Kälteleistung der über Tage aufgestellten Kältemaschine nach unier Tage und zum 2> Transport der Kondensatorwärme der untertägigen Kältemaschine nach über Tage benutzt wird, den Kälteträger in der Schachtleitung so weit aufzuheizen, daß sich die aus dem Kühlwasser des Kondensators der unter Tage stehenden Kälteerzeugungsanlage stam- tu mende Wärme wärmetechnisch am günstigsten abfüh ren läßt.

Gemäß der Erfindung wird bei der als bekannt vorausgesetzten Einrichtung diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zum einen in bekannter Weise die r> erstgenannten Wetterkühler über einen Sekundärkreislauf mit einem Hochdruckwärmeaustauscher in die Ringleitung und zum anderen die untcrtügigc Kälteerzeugungsanlage mit einem bekannten Hochdruckkondensator an die Ringleitung angeschlossen sind, in der der übertägigen Kälteerzeugungsanlage ein mit Außenluft oder befeuchteter Außenluft gekühlter Rückkühler vorgeschaltet is;.

Erfindungsgemäß wird in der vorbekannten Einrichtung das Peltonrad durch einen Hochdruckwärmeaus- ί> tauscher ersetzt, was ebenfalls bekannt ist (vgl. a. a. O.). Dadurch kann man aber mehr Wärme auf den Kälteträger ir, der Schachtringleitung aus deii erstgenannten Wetterkühlern übertragen. Das beruht darauf, daß im Hochdruckwärmeaustauscher ein höheres ~>o Wärmegefälle erzeugt wird als in den Wetterkühlern.

Dadurch, daß man erfindungsgemäß ferner einen lloehdruckkondensator, der an sich ebenfalls bekannt ist, vgl. »Glückauf«, 1959, S. 44, in die untei Tage aufgestellte Kälteerzeugungsanlage anstelle mehrerer v> Niederciruckkondensatoren einbaut, kann man einerseits den aus dem Hochdruckwärmeaustauscher austretenden Kälteträger ohne Entspannung in den Kondensator der untertägigen Kälteerzeugungsanlage einführen. Andererseits kann man trotz der vorausgehenden wi stärkeren Aufheizung des Kälteträgers noch das erforderliche Wärmgefälle für diese Kältecrzeugungsanlage herstellen. Auf diese Weise gelingt es, den Kälteträger so weit aufzuheizen, daß /ur Abführung der dem Kälteträger im Kondensator der unter Tage · > aufgestellten Kältemaschine aufgeladenen Wärmemengen die Außenluft Verwendung finden kann.

Dadurch, daß man erfindungsgemäß ferner der Kalteerzeugungsanlage über Tage den mit der Außenluft bzw. der befeuchteten Luft beaufschlagten Rückkühler vorschaltet, kann man die Eintrittstemperatur des Kälteträgers in dem Kondensator der über Tage aufgestellten Kälteerzeugungsanlage so weit absenken, daß die gewünschte Anfangstemperatur des Kälteträgers erreicht wird, mit der dieser in die Schachtringleitung eintreten muß.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben der Einrichtung, die vorstehend im einzelnen beschrieben worden ist. Bei diesem Verfahren wird die Kälteträgereintrittstemperatur in den Hochdruckwärmeaustauscher bei ca. 0 bis 5° C und die Kälteträgeraustrittstemperatur bei ca. 20 bis 25° C gehalten, mit der der Kälteträger in den Hochdruckkondensator der unter Tage aufgestellten Kälteerzeugungsanlage eintritt; diese Kälteerzeugungsanlage verläßt der Kälteträger mit einer Temperatur von ca. 45 bis 65°C und tritt mit dieser in den übertägigen Rückkühler ein, den der Kälteträger mit einer Temperatur von ca. 25°C verläßt. Der Kälteträger (ritt mit dieser Temperatur in den Verdampfer der über Tage aufgestellten Kälteerzeugungsanlage ein. Der Kaitwasserkreislauf weist eine Vorlauftemperatur von ca. 4 bis 7"C und eine Rücklauftemperatur von 24 bis 27° C auf.

Die Einzelheiten und weiteren Merkmale sowie andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, das in dem Blockdiagramm wiedergegeben ist.

In die allgemein mit 1 bezeichnete und mit Strömungspfeilen versehene Ringleiuing ist mit einer horizontal gestrichelte Linie 2 die Grenze zwischen Über- und Untertage eingezeichnet. Übertage befindet sich demnach der Verdampfer 4 einer Kältemaschine. Das durch diesen Verdampfer und die erwähnte Ringleitung 1 des Kälteträgerkreislaufes geführte Wasser bzw. die Sole gelangt zunächst in einen Hochdruckwärmeaustauscher 6 unter Tage. Dieser Hochdruckwärmeaustauscher gibt dem in der Ringleitung 1 strömenden Kälteträger die Wärme eines allgemein mit 7 bezeichneten Kaltwasserkreislaufes auf. In dem Kaltwasserkreislauf 7 strömt Wasser, das gemäß dem dargestellten Ausführüngsbeispiel mit 27^UC in den Hochdruckwärmeaustauscher 6 eintritt und diesen mit ca. 7°C wieder verläßt. Der Kaltwasserkreislauf 7 ist unter Tage verleg: und dient zum Betrieb von Wetterkühlern oder von mit Kältemittelkreisläufen versehenen Direktverdampfern, die in den Grubenbauen und insbesondere vor Ort aufgestellt sind. Einer dieser Wetterkühler ist bei 8 schematisch gezeichnet. In ihn treten die Grubenwetter beispielsweise mit ca. 34"C und einer relativen Feuchte von 80% ein. Sie verlassen den Wetterkühler 8 mit einer Temperatur von ca. 22"C und ca. 95% relativer Feuchte.

Von dem Hochdruckwarmeaustauscher 6 wird die Anfangstemperatur des Kälteträgers in der Ringleiuing 1 von ca. 5°C gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf ca. 25°C gebracht. Mit dieser Temperatur tritt der Kälteträger in einen Hochdruckkondensalor 10 ein, der zu einer allgemein mit 11 bezeichneten und unter Tage aufgestellten Kälteerzeugungsanlage gehört. Der Hochdruckkondensator führt ein Kältemittel in einem Kältemittelkreislauf 12, dessen Verdampfer bei Il dargestellt ist. Der Verdampfer dient zur Kühlung eines Kaltwasserkreislaufes 14, welcher ebenso wie der Kaltwasserkreislauf 7 mit Wasser betrieben wird, dessen Eintrittstemperatur in den Verdampfer bei ca. 27 C und dessen Ajstrittstempcratur bei ca. 7°C liegt.

Dementsprechend werden die in den Kaltwasserkreislauf eingeschalteten Wetierkühler 15 betrieben, so daß auch hier die Wetter von ca. 34°C und ca. 80% relativer Feuchte auf ca. 22°C und 95% relativer Feuchte gekühlt werden.

Der im Hochdruckkondensator 10 der Kälteerzeugungsanlage 11 unter Tage mit weiterer Wärme beaufschlagte Kälteträger verläßt den Hochdruckkondensator 10 mit ca. 50° C. Mit dieser Temperatur gelangt der Kälteträger nach über Tage und tritt zunächst in einen vorgeschalteten Rückkühler 16 ein. In diesem Rückkühler wird der Kälteträger von ca. 50⁰C auf ca. 25°C abgekühlt. Das geschieht mit Luft bzw. befeuchteter Luft, deren Kreislauf bei 17 wiedergegeben ist. Die Wärme wird somit an die Luft über Tage abgegeben.

Der mit ca. 25°C aus dem Rückkühler 16 austretende Kälteträger tritt gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit dieser Temperatur in den Verdampfer 4 der über Tage stehenden Kältemaschine ein, die allgemein mit 18 bezeichnet ist. Dementsprechend ist der Verdampfer 4 mit einem Kältemittelkreislauf 19 versehen, in den ein Kondensator 20 eingeschaltet ist. Der Kondensator 20 wird mit einem Kühlwasserkreislauf 21 beaufschlagt. Dieses Kühlwasser wird von einer Eintrittstemperatur von ca. 25°C auf eine Austrittstemperatur von ca. 35°C erwärmt. Zur Rückkühlung dient ein Kühlturm 22, der seinerseits feuchte Abluft übei Tage liefert.

Die vorstehend beschriebene Anlage kann sich au; der Erweiterung einer Anlage ergeben, welche im linker Teil des Blockdiagramms wiedergegeben ist, wobei zui Erweiterung die im rechten Teil des Blockdiagramnii gezeichneten Anlageteile dienen. Natürlich kann die Anlage aber von vornherein entsprechend den' Blockdiagramm ausgebildet sein und hat dann der Vorteil, daß sie von Anfang an verhältnismäßig große Wärmemengen durch einen verhältnismäßig enger Kälteträgerkreislauf 1 von Unier- nach Übertage transportieren kann.

Das System kann noch dadurch verbessert werden daß die Kälteträgerkreisläufe 7 und 14 in eincir einheitlichen Kreislauf zusammengefaßt werden unc zwar dadurch, daß das den Hochdruckwärmcausiauscher verlassende Kaltwasser anschließend durch der Verdampfer 13 der untertägigen Kältemaschine gefiihn wird. Hierdurch kann die Wärmeübertragung sowohl iir Hochdruckwärmeaustauscher 6 wie auch im Verdampfer 13 verbessert werden.

Außerdem können im Kaltwasserkreislauf Temperaturen nahe 0°C erreicht werden, ohne Sole in' Kaltwasserkreislauf zu verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Wetterkühlung im Untertagebergbau mit Hilfe einer Kaltwasser bzw. -sole führenden Ringleitung als Verbindung von Übernach Untertage, einer über Tage aufgestellten Kälteerzeugungsanlage, einer unter Tage in die Ringleitung eingeschalteten Vorrichtung zur Versorgung mehrerer Wetterkühler mit Kaltwasser verminderten Druckes, sowie mit einer untertägigen Kälteerzeugungsanlage für einen weiteren mit Wetterkühlern versehenen Kaltwasserkreislauf, welche mit ihrem Kondensator in den Rückleitungsteil der Ringleitung eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum einen in bekannter Weise die erstgenannten Wetterkühler (8) über einen Sekundärkreislauf mit einem Hochdruckwärmeaustauscher (6) an die Ringleitung (1) und zum anderen die untertägige Kälteerzeugungsanlage (11) mit einem bekannten Hochdruckkondensator (10) an die Ringleitung (1) angeschlossen sind, in der der übertägigen Kälteerzeugungsanlage (18) ein mit Außenluft oder befeuchteter Außenluft gekühlter Rückkühler(16) vorgeschahet ist.

2. Verfahren zum Betreiben der Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kälteträgcreintritlstemperalur in den Hochdruckwärmeaustauscher (6) bei ca. 0 bis 5°C und die Kältelrägeraustrittstcmpcratur bei ca. 20 bis 25°C liegt, mit der der Kälteträger in den Hochdruekkondensator (10) der unter Tage aufgestellten Kälteerzeugungsanlage (11) eintritt, den der Kälteträger mit einer Temperatur von ca. 45 bis 65" C verläßt und mit der er in den übertägigen Rückkühler (16) eintritt, den der Kälteträger mil einer Temperatur von ca. 25"C verläßt, mit der er in den Verdampfer (4) der über Tage aufgestellten Kälteerzeugungsanlage (18) eintritt, und daß der Kaltwasscrkrcislauf (7) eine Vorlauftcmperatut von ca. 4 bis 7"C und eine Rüeklauflemperaiur von ca. 24 bis 27'C aufweist.