RU133877U1

RU133877U1 - MINING CALORIFER INSTALLATION

Info

Publication number: RU133877U1
Application number: RU2013115777/03U
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Николаев; Николай Иванович Алыменко; Алексей Михайлович Седунин; Виктор Александрович Николаев; Григорий Захарович Файнбург
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Энергосервис"
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2013-10-27

Abstract

1. Шахтная калориферная установка, включающая нагнетательные вентиляторы и воздухоподогреватель с пластинчатыми электронагревательными элементами, отличающаяся тем, что пластинчатые электронагревательные элементы закреплены в нижней части калориферного канала, прилегающего к стволу шахты, и ориентированы по потоку воздуха, поступающему в калориферный канал, указанные элементы выполнены с возможностью регулирования теплопроводности воздухоподогревателя изменением напряжения, приложенного к ним, а количество пластин рассчитано в зависимости от максимального отрицательного значения температуры наружного воздуха и его объема, поступающего в калориферный канал, при этом стенки нижней части калориферного канала, прилегающего к воздухоподающему стволу, выполнены по периметру с изоляционным слоем, а нагнетательные вентиляторы выполнены с возможностью изменения режима работы и регулирования процесса перемешивания воздуха, поступающего в воздухоподающий ствол шахты.2. Шахтная калориферная установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве материала изоляционного слоя нижней части калориферного канала использованы термостекло или вспененный эластомер ячеистой структуры с закрытыми порами, например, вспененный каучук либо каптон.1. Mine air heater installation, including blower fans and an air heater with plate electric heating elements, characterized in that the plate electric heating elements are fixed in the lower part of the calorifer channel adjacent to the shaft of the shaft, and are oriented by the air flow entering the air channel, these elements are made with the ability to control the thermal conductivity of the air heater by changing the voltage applied to them, and the number of plates is calculated in depending on the maximum negative value of the temperature of the outdoor air and its volume entering the air duct, while the walls of the lower part of the air duct adjacent to the air supply barrel are made around the perimeter with an insulating layer, and the blowers are made with the possibility of changing the operating mode and regulating the mixing process air entering the mine’s air supply shaft. 2. Mine shaft heater according to claim 1, characterized in that as the material of the insulating layer of the lower part of the heater channel, thermal glass or foamed closed cell elastomer is used, for example, foamed rubber or kapton.

Description

Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использована в системе вентиляции шахт, нефтешахт и рудников.The utility model relates to the mining industry and can be used in the ventilation system of mines, oil mines and mines.

Известна шахтная калориферная установка, расположенная в стене надшахтного здания, воздух в которую подается за счет общешахтной депрессии, создаваемой главной вентиляторной установкой (ГВУ), расположенной на вентиляционном стволе (RU 122698 U1, опубл. 10.12.2012 г.).Known mine air heater, located in the wall of the mine building, the air into which is supplied due to the shaft depression created by the main fan installation (HLD), located on the ventilation shaft (RU 122698 U1, publ. 10.12.2012).

Недостатком известной установки является малая поверхность теплообмена нагреваемого воздуха с воздухонагревателями, в результате чего в стене требуется большое количество теплообменников. Кроме того, малая поверхность теплообмена воздухонагревателей с воздухом требует значительного расхода теплоносителя. В случае, если теплоносителем является вода, подаваемая из котельной установки, на ее подогрев также будут расходоваться большое количество энергоресурсов, а именно, природного газа, который является невозобновляемым источником энергии.A disadvantage of the known installation is the small heat exchange surface of the heated air with air heaters, as a result of which a large number of heat exchangers are required in the wall. In addition, the small heat exchange surface of air heaters with air requires a significant flow of heat carrier. If the heat carrier is water supplied from the boiler plant, a large amount of energy resources, namely natural gas, which is a non-renewable energy source, will also be consumed for its heating.

Наиболее близкой к заявляемой является шахтная калориферная установка, в которой использован воздухоподогреватель, выполненный в виде блока на рамной конструкции, которая вдвигается в трубчатый кожух по направляющим (RU 2047054, опубл. 27.10.1995 г.). Кожух изготовлен из композиционного теплоизоляционного материала, например, стеклопластика, а пластины выполнены в виде тонкослойных неметаллических стеклопластиковых электронагревателей. В процессе работы нагнетательные вентиляторы принудительно прогоняют холодный воздух через воздухоподогреватель, нагревая его до необходимой температуры.Closest to the claimed one is a mine air heater, in which an air heater is used, made in the form of a block on a frame structure, which slides into the tubular casing along the guides (RU 2047054, publ. 10/27/1995). The casing is made of composite heat-insulating material, for example, fiberglass, and the plates are made in the form of thin-layer non-metal fiberglass electric heaters. During operation, the blower fans force cold air through the air heater, heating it to the required temperature.

Поскольку воздухоподогреватель расположен на поверхности шахты, то он осуществляет нагрев не только нагнетаемого воздуха, но и окружающей среды, что существенно снижает к.п.д. установки и повышает энергозатраты на ее работу.Since the air heater is located on the surface of the mine, it heats up not only the injected air, but also the environment, which significantly reduces the efficiency installation and increases energy costs for its work.

Теплопроизводительность известной установки регулируется количеством воздухонагревателей. При повышении температуры наружного воздуха необходимо снижать давление, развиваемое нагнетательными вентиляторами, для того, чтобы в ствол поступал воздух требуемой температуры +2°С (Единые правила безопасности (ЕПБ) при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом (ПБ 03-553-03). Серия 03. Вып. 33/ГУП «НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», М, 2003), чтобы уменьшить расход теплоносителя (электроэнергию). В результате этого воздух при входе в ствол из калориферного канала полностью не перемешивается с наружным засасываемым через надшахтное здание воздухом. Это приводит к тому, что по ближней к калориферному каналу стенке ствола течет нагретый воздух, а по дальней - холодный, что ведет к деформации крепи ствола.The heat output of a known installation is controlled by the number of air heaters. With an increase in the temperature of the outside air, it is necessary to reduce the pressure developed by pressure fans so that the air of the required temperature + 2 ° C enters the barrel (Unified Safety Rules (EPB) when developing ore, non-metallic and placer mineral deposits by underground method (ПБ 03- 553-03). Series 03. Issue 33 / State Unitary Enterprise “Scientific and Technical Center for Safety in Industry of the Gosgortekhnadzor of Russia”, M, 2003) in order to reduce the heat carrier consumption (electric power). As a result of this, the air at the entrance to the barrel from the air duct does not completely mix with the external air sucked in through the mine building. This leads to the fact that heated air flows through the barrel wall closest to the calorifer channel, and cold air flows through the distant channel, which leads to deformation of the trunk lining.

Кроме того, изоляция кожуха выполнена из стеклопластика, дорогостоящего и недостаточно прочного материала, который подвержен воздействию водяных паров и не обладает гибкостью (http://krizol.com/material/77/).In addition, the insulation of the casing is made of fiberglass, an expensive and insufficiently strong material that is exposed to water vapor and does not have flexibility (http://krizol.com/material/77/).

Задачи, которые решает заявляемое решение, заключаются в повышении к.п.д. шахтной калориферной установки и исключении деформации крепи ствола шахты.The tasks that the proposed solution solves are to increase the efficiency shaft heating installation and the exclusion of deformation of the lining of the mine shaft.

Технический результат выражается в снижении энергозатрат на подогрев воздуха до требуемой температуры, что ведет к повышению к.п.д. установки в сравнении с прототипом, а также в обеспечении равномерности прогрева воздуха на входе его в ствол шахты и по мере движения по стволу, что исключает деформацию крепи ствола шахты.The technical result is expressed in the reduction of energy consumption for heating the air to the required temperature, which leads to an increase in efficiency installation in comparison with the prototype, as well as to ensure uniform heating of the air at its entrance to the shaft of the shaft and as it moves along the shaft, which eliminates the deformation of the roof shaft support.

Сущность полезной модели выражается в том, что в шахтной калориферной установке пластинчатые электронагревательные элементы закреплены в нижней части калориферного канала, прилегающего к стволу шахты, и ориентированы по потоку воздуха, поступающему в калориферный канал, указанные элементы выполнены с возможностью регулирования теплопроводности воздухоподогревателя изменением напряжения, приложенного к ним. Количество пластин рассчитано в зависимости от максимального отрицательного значения температуры наружного воздуха и его объема, поступающего в калориферный канал. Стенки нижней части калориферного канала, прилегающего к воздухоподающему стволу, выполнены по периметру с изоляционным слоем. Нагнетательные вентиляторы выполнены с возможностью изменения режима работы и регулирования процесса перемешивания воздуха, поступающего в воздухоподающий ствол шахты.The essence of the utility model is expressed in the fact that in a mine air heater installation, plate electric heating elements are fixed in the lower part of the air heater channel adjacent to the shaft of the mine and are oriented by the air flow entering the air heater channel, these elements are made with the possibility of regulating the heat conduction of the air heater by changing the voltage applied to them. The number of plates is calculated depending on the maximum negative value of the outdoor temperature and its volume entering the air duct. The walls of the lower part of the calorifer channel adjacent to the air supply barrel are made around the perimeter with an insulating layer. Pressure fans are made with the possibility of changing the mode of operation and regulating the process of mixing the air entering the air supply shaft of the mine.

Изолировать калориферный канал от теплообмена с нагреваемым воздухом можно из любого изоляционного материала, не подверженного воздействию водяных паров и высоких температур. Поэтому в качестве материала изоляционного слоя нижней части калориферного канала, которые расположены по периметру нижней части калориферного канала, может быть использовано термостекло (thermo glass), либо теплоизоляционный материал типа вспененного каучука или кантона, т.е. вспененный эластомер ячеистой структуры с закрытыми порами (http://www2.dupont.com/Kapton/en_US/assets/downloads/pdf/summarvofprop.pdf.).It is possible to isolate the air heater channel from heat exchange with heated air from any insulating material that is not exposed to water vapor and high temperatures. Therefore, as the material of the insulating layer of the lower part of the air-duct channel, which are located around the perimeter of the lower part of the air-duct channel, thermoglass (thermo glass) or heat-insulating material such as foamed rubber or canton, i.e. closed cell foam cellular elastomer (http://www2.dupont.com/Kapton/en_US/assets/downloads/pdf/summarvofprop.pdf.).

Известно, что термостекло (thermo glass) со стороны, прилегающей к стенкам калориферного канала, практически исключает теплообмен с ними, а по внутренней стороне стекла возможно пропускать электрический ток, способный нагреть стекло до 180-200°С (http://vamteplo.ru/catalog.18.html).It is known that thermo glass (thermo glass) from the side adjacent to the walls of the air-heating channel virtually eliminates heat exchange with them, and it is possible to pass an electric current on the inside of the glass that can heat the glass to 180-200 ° C (http://vamteplo.ru /catalog.18.html).

Полезная модель проиллюстрирована фиг.1 и 2.The utility model is illustrated in FIGS. 1 and 2.

На фиг.1 схематично показано размещение заявляемой установки в калориферном канале шахты, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, вид сверху.Figure 1 schematically shows the placement of the inventive installation in the calorifer channel of the mine, figure 2 is a section aa in figure 1, a top view.

В калориферном канале 1 размещен воздухоподогреватель 2, выполненный из пластинчатых электронагревательных элементов 3, изготовленных из металла либо другого материала, обладающего высокой теплоотдачей. Воздухоподогреватель 2 предназначен для нагрева воздуха 4, поступающего в воздухоподающий ствол 5. Регулирование теплопроводности воздухоподогревателя 2 осуществляется за счет изменения напряжения, приложенного к пластинчатым электронагревательным элементам 3, количество которых рассчитывают в зависимости от максимального отрицательного значения температуры наружного воздуха 4. и его объема, поступающего в калориферный канал 1. Пластинчатые электронагревательные элементы 3 воздухоподогревателя 2 ориентированы по потоку воздуха 4 и закреплены в нижней части 6 калориферного канала 1. Изоляционный слой 7 калориферного канала 1 может быть изготовлен из термостекла (thermo glass), вспененного эластомера ячеистой структуры с закрытыми порами, например, вспененного каучука, кантона либо другого изоляционного материала, не подверженного воздействию водяных паров и высоких температур. Позицией 8 обозначено надшахтное здание, через которое осуществляется подсос наружного воздуха в воздухоподающий ствол 5. Нагнетательные вентиляторы 9 работают в заданном режиме, обеспечивающем качественное смешивание нагретого в калориферной установке 2 и холодного воздуха 10, который подсасывается через надшахтное здание 8 для обеспечения равномерности прогрева воздуха на входе его в ствол 5 шахты, что позволяет избежать деформации ствола 5. При изменении параметров наружного воздуха, если отсутствует необходимость менять режим работы нагнетательных вентиляторов 9, требуется изменить теплопроизводительность калориферной установки 2, т.е. на воздухонагревательных пластинах 3 необходимо изменить величину подаваемого напряжения. При этом работа нагнетательных вентиляторов 9 выдерживается в таком режиме, чтобы обеспечивать смешиваемость нагретого в воздухоподогревателе 2 и холодного 10 потоков воздуха.An air heater 2 is placed in the air-heating channel 1, made of plate electric heating elements 3 made of metal or other material with high heat transfer. The air heater 2 is designed to heat the air 4 entering the air supply barrel 5. The thermal conductivity of the air heater 2 is controlled by changing the voltage applied to the plate-shaped electric heating elements 3, the amount of which is calculated depending on the maximum negative temperature of the outdoor air 4. and its volume coming in into the air duct 1. Plate electric heating elements 3 of the air heater 2 are oriented by the air flow 4 and 3 mounted in the lower part 6 of the calorifer channel 1. The insulating layer 7 of the calorifer channel 1 can be made of thermo glass, foamed closed cell elastomer, for example, foamed rubber, canton or other insulating material that is not exposed to water vapor and high temperatures. Reference numeral 8 denotes a mine building through which external air is sucked into the air supply barrel 5. Pressure fans 9 operate in a predetermined mode, which ensures high-quality mixing of cold air 10 heated in the air heater 2, which is sucked through the mine building 8 to ensure uniform heating of the air entering it into the shaft 5 of the shaft, which avoids deformation of the barrel 5. When changing the parameters of the external air, if there is no need to change the operating mode discharge fans 9, it is required to change the heating capacity of the air-heating unit 2, i.e. on air heating plates 3, it is necessary to change the magnitude of the applied voltage. In this case, the operation of the blower fans 9 is maintained in such a mode as to ensure the miscibility of the heated air flows 2 and cold 10 in the air heater.

Работа заявляемой установки описана на следующем примере.The operation of the inventive installation is described in the following example.

Установка работает при температуре наружного воздуха -36°С, при этом расчетный объем воздуха 4, проходящий через установку, должен составлять 15000 м³/мин.The installation operates at an outdoor temperature of -36 ° C, while the estimated volume of air 4 passing through the installation should be 15,000 m ³ / min.

Поток наружного воздуха 4 поступает в калориферный канал 1 за счет нагнетательных вентиляторов 9 и обтекает пять пластинчатых электронагревательных элемента 3, которые выполнены в виде металлических пластин толщиной 0,01 м, шириной 5 м и длиной 25 м. Напряжение, приложенное к элементам 3, составляет 12 В. Общий объем воздуха, проходящего через воздухоподогреватель 2 равен 14610,6 м³/мин. Эквивалентное давление, развиваемое нагнетательными вентиляторами 9 совместно с общешахтной депрессией ГВУ, составит 31,47 Па и будет удовлетворять условиям, при которых нагретый в воздухоподогревателе 2 воздух будет смешиваться с холодным 10 воздухом, подсасываемом через надшахтное здание 8 в воздухоподающий ствол 5 в объеме 389,4 м³/мин, до температуры +2°С.The flow of outdoor air 4 enters the air duct 1 due to pressure fans 9 and flows around five plate electric heating elements 3, which are made in the form of metal plates with a thickness of 0.01 m, a width of 5 m and a length of 25 m. The voltage applied to the elements 3 is 12 V. The total volume of air passing through the heater 2 is equal to 14610.6 m ³ / min. The equivalent pressure developed by pressure fans 9 together with the general mine depression of the HLD will be 31.47 Pa and will satisfy the conditions under which the air heated in air heater 2 will mix with cold 10 air that is sucked in via shaft building 8 into air supply barrel 5 in volume 389, 4 m ³ / min, up to a temperature of + 2 ° С.

Фактически затраченная электроэнергия составляет порядка 2880 кВт·ч, что на 22% меньше по сравнению с прототипом (порядка 3700 кВт·ч). К.п.д. установки составляет 80-86%.The actual energy consumed is about 2880 kWh, which is 22% less compared to the prototype (about 3700 kWh). C.p.d. installation is 80-86%.

Развиваемые нагнетательными вентиляторами 9 давление и калориферной установкой 2 температура воздуха обеспечивают заданную смешиваемость нагретого в калориферной установке 2 и холодного 10 потоков воздуха до требуемой температуры перед поступлением воздушной смеси в воздухоподающий ствол 5. При этих условиях деформация крепи ствола наблюдаться не будет.The air temperature developed by pressure fans 9 and air heater 2 ensures the given miscibility of the air flows heated in air heater 2 and cold 10 to the required temperature before the air mixture enters the air supply barrel 5. Under these conditions, no deformation of the trunk lining will be observed.

Если в качестве изоляционного материала использовать термостекло (then-no glass), которое будет нагреваться при протекании по нему электрического тока всего до 50°С, то к.п.д. установки повысится до 97-98%.If thermal glass (then-no glass) is used as insulating material, which will heat up when the electric current flows through it to only 50 ° C, then the efficiency installation will increase to 97-98%.

Электроэнергия, затрачиваемая на нагрев пластин, при обеспечении той же теплопроизводительности, снизиться до 1634 кВт·ч. На нагрев термостекла (then-no glass) дополнительно потребуется 140 кВт·ч электроэнергии. Общее количество затрачиваемой электроэнергии снизится до 1774 кВт·ч (на 52,05%).The electric energy spent on heating the plates, while ensuring the same heat output, is reduced to 1634 kWh. To heat the glass (then-no glass), an additional 140 kWh of electricity is required. The total amount of consumed electricity will decrease to 1774 kWh (by 52.05%).

Claims

1. Mine air heater installation, including blower fans and an air heater with plate electric heating elements, characterized in that the plate electric heating elements are fixed in the lower part of the calorifer channel adjacent to the shaft of the shaft, and are oriented by the air flow entering the air channel, these elements are made with the ability to control the thermal conductivity of the air heater by changing the voltage applied to them, and the number of plates is calculated in depending on the maximum negative value of the temperature of the outdoor air and its volume entering the air duct, while the walls of the lower part of the air duct adjacent to the air supply barrel are made around the perimeter with an insulating layer, and the blowers are made with the possibility of changing the operating mode and regulating the mixing process air entering the mine’s air supply shaft.

2. The mine air heater according to claim 1, characterized in that as the material of the insulating layer of the lower part of the air duct, thermal glass or foamed closed cell elastomer is used, for example, foamed rubber or kapton.