PL192319B1 - Układ klimatyzacji centralnej wyrobisk górniczych kopalni węgla kamiennego - Google Patents

Abstract

Układ klimatyzacji centralnej wyrobisk górniczych kopalni węgla kamiennego w pokładach o wysokiej temperaturze skał, zawierający absorbcyjne urządzenia chłodnicze i kompresorowe urządzenia chłodnicze do schładzania wody chłodniczej przesyłanej w obiegu zamkniętym rurociągami chłodniczymi do chłodnic klimatyzatorów w podziemnych wyrobiskach górniczych, znamienny tym, że ma co najmniej dwa bloki chłodnicze (A, B) z absorbcyjnym urządzeniem chłodniczym (1) i kompresorowym urządzeniem chłodniczym (2), połączonymi ze sobą szeregowo swymi obwodami parownika, przy czym wyloty parowników kompresorowych urządzeń chłodniczych (2) ma przyłączone równolegle do obiegu powierzchniowego rurociągu chłodniczego (3) połączonego posobnie z szybowym rurociągiem chłodniczym (4), zaś wloty parowników absorbcyjnych urządzeń chłodniczych (1) ma przyłączone poprzez swe pompy (5) równolegle do powrotnego obiegu powierzchniowego rurociągu chłodniczego (3), natomiast wloty warników absorbcyjnych urządzeń chłodniczych (1) ma przyłączone równolegle do obiegu rurociągu ciepłowniczego (9) kopalnianej elektrociepłowni, a ich wyloty ma podłą­ czone równolegle do powrotnego obiegu tego rurociągu ciepłowniczego (9).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ klimatyzacji centralnej wyrobisk górniczych kopalni węgla kamiennego, drążonych zwłaszcza w głębokich pokładach o wysokiej temperaturze skał, dla uzyskania warunków klimatycznych o odpowiedniej temperaturze i wilgotności powietrza dla załogi górniczej, przy stosowaniu energii chłodniczej uzyskanej z absorbcyjnych urządzeń chłodniczych zasilanych energią cieplną wytwarzaną w elektrociepłowni, oraz z kompresorowych urządzeń chłodniczych zasilanych energią elektryczną z tej elektrociepłowni.

Dotychczas znane i stosowane są układy klimatyzacji lokalnej oraz układy klimatyzacji centralnej wyrobisk górniczych kopalń węgla kamiennego. Układy klimatyzacji lokalnej wyrobisk górniczych kopalń węgla kamiennego znajdują ograniczoną możliwość stosowania, z uwagi na trudności w instalacji urządzeń o większej mocy chłodniczej, jak również zbyt drogą ich eksploatację, wskutek konieczności doprowadzenia w podziemia kopalni węgla kamiennego energii elektrycznej do napędu sprężarek agregatów chłodniczych i pomp wody chłodniczej. Dla instalacji większej mocy chłodniczej stosuje się rozwiązania układów klimatyzacji centralnej powietrza w podziemiach kopalń węgla kamiennego z chłodniczymi agregatami sprężarkowymi lub absorbcyjnymi, zlokalizowanymi w stacji na powierzchni kopalni węgla kamiennego.

Znane jest z polskiego opisu patentowego nr 95935 rozwiązanie układu urządzeń do obniżenia temperatury powietrza w przodkach głębokich kopalń o wysokiej temperaturze pierwotnej skał, przy pomocy pośredniego wielostopniowego obiegu chłodziwa połączonego z powierzchniową maszyną chłodniczą. Układ zawiera co najmniej dwa stopnie średnioprężnego obiegu roztworu chłodzącego w izolowanym rurociągu, sprzężone posobnie poprzez co najmniej jeden pośredni wymiennik cieplny, sprzężony z niskoprężnym obiegiem wody chłodzącej z wymiennikiem cieplnym, połączonym izolowanymi rurociągami z dołowymi chłodziarkami powietrza w przodkach górniczych.

Powyższe rozwiązanie znalazło ograniczoną możliwość zastosowania, z uwagi na energochłonną i skomplikowaną instalację z ograniczoną możliwością przesyłu energii chłodniczej.

Znane są także rozwiązania układów klimatyzacji centralnej powietrza w podziemiach kopalń głębinowych o odpowiednio wyższej wydajności i efektywności, stosowane w kopalniach Niemiec i Republiki Południowej Afryki. Zainstalowane w stacji na powierzchni kopalni kompresorowe agregaty chłodnicze, jak też urządzenia pomocnicze są zasilane energią elektryczną i umożliwiają zadysponowaniem żądanej wielkości mocy chłodniczej poprzez schładzanie w parowniku wody z obiegu wody chłodniczej i przekazywanie odpowiedniej jej ilości w podziemia kopalni w zamkniętym obiegu chłodniczym z separacją od ciśnienia hydrostatycznego słupa wody w szybie przy pomocy trójkomorowej stacji transportowej wody chłodniczej do chłodnic w wyrobiskach górniczych. Ciepło odebrane z dołu kopalni jest przekazywane powrotnie poprzez skraplacz kompresorowego urządzenia chłodniczego do chłodni kominowej za pośrednictwem obiegu wody ciepłej.

Niedogodnością dotychczas znanych i stosowanych rozwiązań układów lokalnej i centralnej klimatyzacji powietrza w podziemiach kopalń głębinowych jest ich niezadowalająca efektywność energetyczna, wynikająca z niekorzystnej struktury układu energetycznego, ponieważ wskutek braku odpowiedniego skojarzenia przemian energetycznych oddzielnie jest wytwarzana energia elektryczna w elektrowniach parowych, w których ponad połowa energii jest tracona do atmosfery, oddzielnie jest wytwarzana energia cieplna w kotłowni na potrzeby kopalni, jak też oddzielnie jest wytwarzana energia chłodnicza przy wykorzystaniu kupowanej drogiej energii elektrycznej.

Znane jest z polskiego opisu zgłoszenia wynalazku nr P.321399 rozwiązanie układu klimatyzacji centralnej powietrza wyrobisk górniczych kopalń głębinowych, prowadzonych w pokładach o wysokiej temperaturze skał, zawierające absorbcyjne urządzenie chłodnicze, do którego warnika jest przyłączony zamkniętym obiegiem grzewczym kocioł medium grzewczego z prowadzonym do niego wylotem spalin napędu spalinowego. Do wlotu gazu tego napędu spalinowego jest podłączony poprzez urządzenie sprężające niskokalorycznego gazu metanowego rurociąg odmetanowania złóż węglowych. Do parownika absorbcyjnego urządzenia chłodniczego jest przyłączony w obiegu zamkniętym wody chłodniczej poprzez izolowany rurociąg i pompę wody chłodniczej wlot trójkomorowej stacji transportowej z separacją od ciśnienia hydrostatycznego słupa wody w wyrobisku szynowym, której wylot jest podłączony równolegle poprzez rurociąg do wlotów chłodnic klimatyzatorów chłodzonych wyrobisk górniczych. Wyloty chłodnic klimatyzatorów są podłączone równolegle poprzez powrotny rurociąg do parownika absorbcyjnego urządzenia chłodniczego. Absorber absorbcyjnego urządzenia chłodniczego jest przyłączony w obiegu zamkniętym wody chłodzącej poprzez pompę do chłodni zePL 192 319 B1 wnętrznej. Zastosowanie powyższego układu klimatyzacji centralnej powietrza wyrobisk górniczych umożliwia częściowe skojarzenie podstawowych przemian energetycznych w kopalni głębinowej oraz zredukować zużycie energii pierwotnej w sposób znaczący w porównaniu ze zużyciem tej energii dla przemian energetycznych rozdzielonych, przez wytwarzanie energii elektrycznej z ujętego gazu metanowego, przy równoczesnym wytwarzaniu energii chłodniczej dla potrzeb klimatyzacji centralnej w podziemiach kopalni głębinowej.

Niedogodnością powyższego rozwiązania jest ograniczona możliwość obniżania temperatury wody chłodniczej przez stosowane absorbcyjne urządzenia chłodnicze do granicznej wysokości +6°C. Wskutek tego jest ograniczona możliwość stosowania tego układu do klimatyzacji powietrza w odległych wyrobiskach górniczych, ponieważ zbyt duże straty energii doprowadzanej do tych wyrobisk górniczych wody chłodniczej powodują takie zwiększenie jej temperatury, że chłodzenie powietrza przez zainstalowane w tych wyrobiskach górniczych chłodnice klimatyzatorów dają niezadowalające rezultaty. Bardziej korzystne rezultaty chłodzenia powietrza odległych wyrobisk górniczych w pokładach o wysokiej temperaturze skał można by osiągnąć przez odpowiednie zmniejszenie temperatury wody chłodniczej, które jest nieosiągalne przy stosowaniu dotychczasowych rozwiązań układów klimatyzacji z absorbcyjnymi urządzeniami chłodniczymi.

Powyższe niedogodności zostały wyeliminowane przez nowe rozwiązanie układu klimatyzacji centralnej wyrobisk górniczych kopalni węgla kamiennego w pokładach o wysokiej temperaturze skał, zawierającego absorbcyjne urządzenia chłodnicze i kompresorowe urządzenia chłodnicze do schładzania wody chłodniczej, przesyłanej w obiegu zamkniętym rurociągami chłodniczymi do chłodnic klimatyzatorów w podziemnych wyrobiskach górniczych. Zgodnie z wynalazkiem układ ma co najmniej dwa bloki chłodnicze z absorbcyjnym urządzeniem chłodniczym i kompresorowym urządzeniem chłodniczym, połączonymi ze sobą szeregowo swymi obwodami parownika. Wyloty parowników kompresorowych urządzeń chłodniczych są przyłączone równolegle do obiegu powierzchniowego rurociągu chłodniczego, połączonego posobnie z szybowym rurociągiem chłodniczym, zaś wloty parowników absorbcyjnych urządzeń chłodniczych są przyłączone poprzez swe pompy równolegle do powrotnego obiegu powierzchniowego rurociągu chłodniczego. Natomiast wloty warników absorbcyjnych urządzeń chłodniczych są przyłączone równolegle do obiegu rurociągu ciepłowniczego kopalnianej elektrociepłowni, a ich wyloty są podłączone równolegle do powrotnego obiegu tego rurociągu ciepłowniczego.

Korzystnie kompresorowe urządzenia chłodnicze są podłączone swymi napędami do zasilania elektrycznego z turbogeneratora kopalnianej elektrociepłowni.

Do szybowego rurociągu chłodniczego jest podłączony na co najmniej jednym poziomie wydobywczym dołowy rurociąg chłodniczy ze śluzą ciśnieniową, prowadzony do chłodnic klimatyzatorów w wyrobiskach górniczych.

Obieg rurociągu ciepłowniczego kopalnianej elektrociepłowni jest podłączony do obiegu wodnego kotła ciepłowniczego, zasilanego gazem z rurociągu odmetanowania kopalni.

Obieg wodny kotła ciepłowniczego jest zbocznikowany obiegiem wodnym wymiennika ciepłowniczego, podłączonego swym obiegiem parowym do turbiny turbogeneratora z kotłem parowym, zasilanym węglem kopalnianym i/lub gazem z rurociągu odmetanowania kopalni.

Zastosowanie układu klimatyzacji centralnej wyrobisk górniczych według wynalazku, zawierającego jednakowej konstrukcji bloki chłodnicze z absorbcyjnym urządzeniem chłodniczym, pobierającym energię cieplną z rurociągu ciepłowniczego kopalnianej elektrociepłowni, oraz z kompresorowym urządzeniem chłodniczym, podłączonym szeregowo swym obwodem parownika w obieg wody chłodniczej, a zasilanym energią elektryczną z turbogeneratora kopalnianej elektrociepłowni, pozwala na znaczne zwiększenie ilości energii chłodniczej dla klimatyzacji centralnej zwłaszcza odległych wyrobisk górniczych przez poważne obniżenie temperatury wody chłodniczej, przy skutecznym skojarzeniu podstawowych przemian energetycznych w kopalni węgla kamiennego, bez potrzeby korzystania z obcej energii zwłaszcza elektrycznej, zaś przy zapewnieniu pełnego wykorzystania gazu z odmetanowania złóż węglowych kopalni, zwłaszcza w czasie poza sezonem grzewczym.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony schematycznie w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym przedstawiono układ klimatyzacji centralnej wyrobisk górniczych kopalni węgla kamiennego z absorbcyjnymi urządzeniami chłodniczymi i kompresorowymi urządzeniami chłodniczymi do schładzania wody chłodniczej przesyłanej do klimatyzatorów w wyrobiskach górniczych.

Układ klimatyzacji centralnej wyrobisk górniczych według wynalazku zawiera dwa jednakowej konstrukcji bloki chłodnicze A i B z absorbcyjnym urządzeniem chłodniczym 1i kompresorowym urządzeniem chłodniczym 2, zainstalowane na powierzchni kopalni węgla kamiennego. Wylot parownika

PL 192 319B1 absorbcyjnego urządzenia chłodniczego 1 każdego bloku chłodniczego A, B jest połączony szeregowo z wlotem parownika kompresorowego urządzenia chłodniczego 2, którego wylot jest przyłączony równolegle do obiegu powierzchniowego rurociągu chłodniczego 3 połączonego posobnie z szybowym rurociągiem chłodniczym 4. Natomiast wlot parownika absorbcyjnego urządzenia chłodniczego 1 jest przyłączony poprzez swą pompę 5 równolegle do powrotnego obiegu powierzchniowego rurociągu chłodniczego 3. Do szybowego rurociągu chłodniczego 4 na danym poziomie wydobywczym jest podłączony dołowy rurociąg chłodniczy 6 ze śluzą ciśnieniową 7, który jest prowadzony do chłodnic klimatyzatorów 8 w wyrobiskach górniczych, zwłaszcza w chłodzonych przodkach górniczych. Wlot warnika absorbcyjnego urządzenia chłodniczego 1 każdego bloku chłodniczego A, B jest przyłączony równolegle do obiegu rurociągu ciepłowniczego 9 kopalnianej elektrociepłowni, zaś jego wylot jest przyłączony równolegle do powrotnego obiegu ciepłowniczego rurociągu 9 tej kopalnianej elektrociepłowni. Kompresorowe urządzenie chłodnicze 2 każdego bloku chłodniczego A, B ma swój napęd podłączony do zasilania elektrycznego z turbogeneratora 10 kopalnianej elektrociepłowni. Obieg rurociągu ciepłowniczego 9 kopalnianej elektrociepłowni z siecią ciepłowniczą 11 jest podłączony do obiegu wodnego kotła ciepłowniczego 12 z pompą wodną 13, zasilanego gazem z rurociągu odmetanowania 14 złóż węglowych kopalni, a zbocznikowanego obiegiem wodnym wymiennika ciepłowniczego 15. Obieg parowy tego wymiennika ciepłowniczego 15 jest podłączony do turbiny turbogeneratora 10, napędzanej parą wodną z kotła parowego 16, zasilanego węglem kopalnianym przy pomocy transportera węglowego 17 i/lub gazem z rurociągu odmetanowania 14 złóż węglowych kopalni. Obwód absorbera absorbcyjnego urządzenia chłodniczego 1i obwód skraplacza kompresorowego urządzenia chłodniczego 2 każdego bloku chłodniczego A, B są podłączone równolegle w obiegu wody chłodzącej do układu chłodzenia z chłodnią zewnętrzną 18 kopalnianej elektrociepłowni.

Układ klimatyzacji centralnej wyrobisk górniczych według wynalazku działa efektywnie i skutecznie przy przekazywaniu odpowiedniej wymaganej ilości energii chłodniczej, przetworzonej z energii cieplnej oraz z energii elektrycznej, wytworzonych w elektrociepłowni. Energia cieplna jest przekazywana w postaci gorącej wody o temperaturze 130°C obiegiem rurociągu ciepłowniczego 9 kopalnianej elektrociepłowni z obiegu wodnego kotła ciepłowniczego 12 do obwodu warnika absorbcyjnego urządzenia chłodniczego 1 każdego bloku chłodniczego A, B. Wskutek tego przepływająca przez jego parownik woda chłodnicza zostaje schłodzona do temperatury 6°C i przepompowana do wlotu parownika kompresorowego urządzenia chłodniczego 2 danego bloku chłodniczego A, B, którego napęd czerpie energię elektryczną z obwodu zasilania elektrycznego turbogeneratora 10 kopalnianej elektrociepłowni. Przepływająca przez ten parownik woda chłodnicza zostaje dalej schłodzona do temperatury 2°C i wtłoczona poprzez powierzchniowy rurociąg chłodniczy 3 do szybowego rurociągu chłodniczego 4, z którego na danym poziomie wydobywczym dalej przepływa dołowym rurociągiem chłodniczym 6 ze śluzą ciśnieniową 7 do chłodnic klimatyzatorów 8 w chłodzonych wyrobiskach górniczych. Odbierane przez chłodnice klimatyzatorów 8 ciepło powoduje podniesienie temperatury wody chłodniczej do 18°C, transportowanej powrotnym obiegiem dołowego rurociągu chłodniczego 6 ze śluzą ciśnieniową 7 do obiegu powrotnego szybowego rurociągu chłodniczego 4. Stąd podgrzana woda chłodnicza jest transportowana dalej poprzez powrotny obieg powierzchniowego rurociągu chłodniczego 3 z pompą 5 do wlotu parownika absorbcyjnego urządzenia chłodniczego 1 danego bloku chłodniczego A, B. Ciepło odebrane z wody chłodniczej poprzez obwód absorbera absorbcyjnego urządzenia chłodniczego 1 oraz obwód skraplacza kompresorowego urządzenia chłodniczego 2 danego bloku chłodniczego A, B jest przekazywane przez obieg wody chłodzącej równolegle do układu chłodzenia z chłodnicą zewnętrzną 18 kopalnianej elektrociepłowni, gdzie zostaje oddane jako ciepło odpadowe do atmosfery, powodując obniżenie temperatury obiegu powrotnego wody chłodzącej.

Claims (5)

1. Układ klimatyzacji centralnej wyrobisk górniczych kopalni węgla kamiennego w pokładach o wysokiej temperaturze skał, zawierający absorbcyjne urządzenia chłodnicze i kompresorowe urządzenia chłodnicze do schładzania wody chłodniczej przesyłanej w obiegu zamkniętym rurociągami chłodniczymi do chłodnic klimatyzatorów w podziemnych wyrobiskach górniczych, znamienny tym, że maco najmniej dwa bloki chłodnicze (A, B) z absorbcyjnym urządzeniem chłodniczym (1) i kompresorowym urządzeniem chłodniczym (2), połączonymi ze sobą szeregowo swymi obwodami parownika, przy czym wyloty parowników kompresorowych urządzeń chłodniczych (2) ma przyłączone równolegle

PL 192 319 B1 do obiegu powierzchniowego rurociągu chłodniczego (3) połączonego posobnie z szybowym rurociągiem chłodniczym (4), zaś wloty parowników absorbcyjnych urządzeń chłodniczych (1) ma przyłączone poprzez swe pompy (5) równolegle do powrotnego obiegu powierzchniowego rurociągu chłodniczego (3), natomiast wloty warników absorbcyjnych urządzeń chłodniczych (1) ma przyłączone równolegle do obiegu rurociągu ciepłowniczego (9) kopalnianej elektrociepłowni, a ich wyloty ma podłączone równolegle do powrotnego obiegu tego rurociągu ciepłowniczego (9).

2. Układ klimatyzacji centralnej według zastrz. 1, znamienny tym, że ma kompresorowe urządzenia chłodnicze (2) podłączone swymi napędami do zasilania elektrycznego z turbogeneratora (10) kopalnianej elektrociepłowni.

3. Układ klimatyzacji centralnej według zastrz. 1, znamienny tym, że ma do szybowego rurociągu chłodniczego (4) podłączony na co najmniej jednym poziomie wydobywczym dołowy rurociąg chłodniczy (6) ze śluzą ciśnieniową (7), prowadzony do chłodnic klimatyzatorów (8) w wyrobiskach górniczych.

4. Układ klimatyzacji centralnej według zastrz. 1, znamienny tym, że ma obieg rurociągu ciepłowniczego (9) kopalnianej elektrociepłowni podłączony do obiegu wodnego kotła ciepłowniczego (12), zasilanego gazem z rurociągu odmetanowania (14) złóż węglowych kopalni.

5. Układ klimatyzacji centralnej według zastrz. 1 i 4, znamienny tym, że ma obieg wodny kotła ciepłowniczego (12) zbocznikowany obiegiem wodnym wymiennika ciepłowniczego (15), podłączonego swym obiegiem parowym do turbiny turbogeneratora (10) z kotłem parowym (16), zasilanym węglem kopalnianym i/lub gazem z rurociągu odmetanowania (14) złóż węglowych kopalni.