DE2631754C3

DE2631754C3 - Einrichtung zur Wetterkühlung im Untertagebergbau

Info

Publication number: DE2631754C3
Application number: DE19762631754
Authority: DE
Inventors: Hans 4230 Wesel Henting
Original assignee: Ruhrkohle AG
Current assignee: RAG AG
Priority date: 1976-07-15
Filing date: 1976-07-15
Publication date: 1984-01-26
Also published as: HU178007B; GB1582154A; DE2631754B2; DE2631754A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Wetterkühlung im Untertagebergbau mit Hilfe einer Kaltwasser bzw. -sole führenden Ringleitung 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 Anlagenteile nicht beeinträchtigt werden.

Eine eier 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 Petrieb 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 warden. 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 aurti der Verdampfer. In diesem Aggregat wird das flüssige Kältemittel in den dampfförmigen Zustand überführt. Die Verdampfungswärme wird in Oberflächen von

iiö>;Rohren und damit dem Kälteträgerkreislauf entzogen,

"ider 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.

Iii Hochdruckwärmeaustauscher wird unter Tage dem Kaltwasserkreislauf 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 Wärmeaustauscher, in denen mit Hilfe eines Ventilators Wärme und Feuchtigkeit den Wettern entzogen werden, wobei gleichzeitig das Kaltwasser erwärmt wird. Das Kaltwasser kann auch zur Kühlung der Kondensatoren von Direktverdampfern benutzt werden. In diesen Wetterkühlern werden die Wetter mit Hilfe eines Ventilators durch einen Verdampfer geleitet, in dem den Wettern mit Hilfe von Kältemittel, das in Rohrschlangen verdampft, im Gegenstrom Wärme entzogen wird. Der Kältemittelkreislauf führt die Wärme einem Kondensator zu, >n welchem sie auf den Kaltwasserkreislauf übertragen wird.

Die Erfindung bezieht sich inbesondere auf Anlagen zur Wetterkühlung dieses grundsätzlichen Aufbaus, vermeidet aber deren Hauptnachteile.

Die eingangs bezeichnete Einrichtung ist bekannt (Zeitschrift »Bergbautechnik« Juni 1956, S. 322). In der Schachtleitung dieser Einrichtung (Hochdruckkreiciauf) 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 unter Tage aufgestellten Kältemaschine, der ein Niederdruckkondensator ist. Die Eintrittstemperatur des aus den Wetterkühlern kommenden Wassers wird 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 Ringleitung 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 K älteti'äger, 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. Dieses Kaltwasser muß auf irgend eine Weise zur Verfügung gestellt werden, 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 unier Tage stehenden Kondensators der untertägigen Kälieerzeugungsanlage 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 unter Tage und zum 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 stammende Wärme wärmetechnisch am günstigsten abführen läßt.

Gemäß der Erfindung wird bei der als bekannt vorausgesetzten Einrichtung diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zum einen in bekannter Weise die erstgenannten Wetterkühler über einen Sekundärkreis-' lauf mit einem Hochdruckwärmeaustauscher in die Ringleitung und zum anderen die untertägige Kälteerzeugungsanlage mit einem bekannten Hochdruckkondensator an die Ringleitung angeschlossen sind, in der der übertägigen Kälteerzeugungsanlage ein mit Außenluft oder befeuchteter Außenluft gekühlter Rückkühler vorgeschaltet ist.

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

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

Dadurch, daß man erfindungsgemäß ferner der KaltHerzeugungsanlage über Tage den mit der Außenluft bzw. der befeuchteten Luft beaufschlagten Rück kühler vorschaltet, kann man die Eimtrittstemperatiir des Kälteträgers in dem Kondensatoi der über Tage aufgestellten Kälteerzeugungsanlage so weit absenken, daß die gewünschte Anfangstemperaiur des Kälteträgers erreicht wird, mit der dieser in die Schachtringleitung eintreten muß.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum

ίο Betreiben der Einrichtung, die vorstehend im einzelnen beschrieben worden ist. Bei diesem Verfahren wird die Kälteträgereintrittstemperatur in derj Hochdruckwärmeaustauscher bei ca. 0 bis 5°C und die Källeträgeraustriltstemperatur bei ca. ?0 bis 25° C .gehalten, mit der der Kälteträger in den Hochdrucklondensator der unter Tage aufgestellten Kälteerzeuiungsanlage eintritt; Jiese Kälteerzeugungsanlage verläßt der Kälteträger mit einer Temperatur von ca. 45 bis 65°C und tritt mit dieser in den übertägigen Rückkühler ein, den der

20;:[KäIteträger mit einer Temperatur von ca. 25° C verläßt.

* iDer Kälteträger tritt mit dieser Temperatur in den Verdampfer der über Tage aufgestellten Kälteerzeugungsanlage ein. Der Kaltwasserkreislauf weist eine Vorlaufternperatur von ca. 4 bis 7⁰C 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 Aiuführungsbeispieies, das in dem Blockdiagramm wiedergegeben ist.

In die allgemein mit 1 bezeichnete und mit Strömungspfeilen versehene Ringleitmg 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 ί des Kälteträgerkreislaufes geführte Wasser bzw. die Sole gelangt zunächst in einen Hochdruckwärmeaustauscher 6 unt«r 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 Ausführungsbeispiel mit 27°C in den Hochdruckwärmeaustauscher 6 eintritt und diesen mit ca. 7° C wieder verläßt. Der Kaltwasserkreislauf 7 ist unter Tage verlegt und dient zum Betrieb von Wetterkühlern oder von mit Kält«mittelkreisläufen 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 Hochdruckwärmeaustauscher 6 wird die Anfangstemperatur des Kälteträgers h der Ringleitung 1 von ca. 5° C gemäß dem dargestellten Ausfüh^rungsbeispiel auf ca. 25°C gebracht. M<t diesel Temperatur tritt der Kälteträger in einen Hochdruckkondensator 10 ein, der zu einer allgemein mit 11 bezeichneten und unter Tage aufgestellten Kälteerzeugungsanlage gehört Der Hoühdruckkondensator führt ein Kältemittel in einem Kältemittelkreislauf 12, dessen Verdampfer bei 13 dargestellt ist. Der Verdampfer dient mr 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 Ausirittstemperaturbei ca. 7° C Hegt.

Dementsprechend werden die in den Kaltwasserkreislauf eingeschalteten Wetterkühler 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 Hochdmckkondensator 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. 50° C 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 Eintritfstemperatur von ca. 25°C auf eine Austrittstemperatur von ca. 35°C erwärmt. Zur Rückkühlung dient ein Kühlturm 22, dar seinerseits feuchte Abluft über Tage liefert.

Die vorstehend beschriebene Anlage kann sich aus der Erweiterung einer Anlage ergeben, welche im linken Teil des ßlockdiagramms wiedergegeben ist, wobei zur Erweiterung die im rechten Teil des Blockdiagramms gezeichneten Anlageteile dienen. Natürlich kann die Anlage aber von vornherein entsprechend dem Slockdiagramm ausgebildet sein und hat dann den

ίο Vorteil, daß sie von Anfang an verhältnismäßig große Wärmemengen durch einen verhältnismäßig engen

Kälteträgerkreislauf 1 von Unter- nach Übertage transportieren kann.

Das System kann noch dadurch verbessert werden, daß die Kälteträgerkreisläufe 7 'und 14 in einem ^einheitlichen Kreislauf zusammengefaßt Werden und ,zwar dadurch, daß das den Hochdrückwärmeaustauscher verlassende Kaltwasser anschließend durch den Verdampfer 13 der untertägigen Kältemaschine geführt wird. Hierdurch kann die Wärmeübertragung sowohl im H&chdruckwärmcaustauscher 6 wie auch im Verdampfer !3 verbessert werden.

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Γ' 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 einer, weiteren mit Wetferkühlern 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 HochdruckkondensatorilO) an die Ringleitung (1) angeschlossen sind, in der der übertägigen Kälteerzeugungsanlage (18) ein mit Außenlufi oder befeuchteter Außenluft gekühlter Rückkühler (16) vorgeschaltet ist.

2. Verfahren zum Betreiben der Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kälteträgereintrittstemperatur in den Hochdruckwärmeaustauscher (6) bei ca. 0 bis 5° C und die Kälteträgeraustrittstemperatur bei ca. 20 bis 25° C liegt, mit der der Kälteträger in den Hochdruckkondensator (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 mit einer Temperatur von ca. 25° C verläßt, mit der er in den Verdampfer (4) der über Tage aufgestellten Kälteerzeugungsanlage (18) eintritt, und daß der Kaltwasserkreislauf (7) eine Vorlauftemperatur von ca. 4 bis 7° C und eine Rücklauf temperatur von ca. 24 bis 27° C aufweist.