RU2212000C2

RU2212000C2 - Subsurface power complex

Info

Publication number: RU2212000C2
Application number: RU2001101821/06A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Стеблецов
Original assignee: Стеблецов Виктор Никитович
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2003-09-10

Abstract

FIELD: power generation directly at coal mining enterprises. SUBSTANCE: power complex has boiler with coal-burning furnace and turbine-generator set supplied with superheated steam from boiler. The latter is disposed directly in mine working excavated beyond coal-bed whose coal is burned. Power complex also has heat-transfer apparatus mounted in uptake waste-gas shaft for discharging superheated steam downstream of turbine-generator set. Heat-transfer apparatus is filled with water for heat transfer during its continuous circulation through earth surface and tanks disposed on rising ground, and its discharge through chains of water-generating units mounted both on surface and at different elevations of second shaft passing air stream downward to subsurface water collector and to heat- transfer apparatus. In the process actuating element of each water-generating unit is made in the form of conveyer with parallel running and idle sides provided with stops and hinged blades for their locking perpendicular to flow on running side and in parallel on idle one. EFFECT: enhanced efficiency in coal combustion. 1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области выработки электроэнергии нетрадиционным способом на вновь открываемых, работающих и дорабатывающих шахтные поля подземных угледобывающих предприятиях. The invention relates to the field of power generation in an unconventional way in newly opened, working and modifying mine fields of underground coal mining enterprises.

Известны способы выработки электроэнергии от сжигания горючих ископаемых на электростанциях, расположенных непосредственно или вблизи этих источников. Недостаток таких способов - низкий коэффициент полезного действия от сжигания топлива. Known methods for generating electricity from the burning of fossil fuels in power plants located directly or near these sources. The disadvantage of such methods is the low efficiency of fuel combustion.

Д. И. Менделеевым предложен способ сжигания угля всего пласта с поверхности земли, а из компонентов сгорания - выработку в широком диапазоне химических элементов для промышленных и бытовых нужд. Подземная технология сжигания угля также может обеспечить выработку электрической энергии. Однако такой процесс сложный, трудно управляемый, невыгодный из-за очень низкого коэффициента полезного действия при преобразовании тепловой энергии в электрическую. Сгорание угольного пласта может вызвать внезапное и интенсивное оседание больших участков поверхности земли с последующим разрушением зданий, сооружений и различного рода других коммуникаций, т.е. искусственно могут создаваться колебания земли (землетрясения). D. I. Mendeleev proposed a method of burning coal from the entire seam from the surface of the earth, and from the components of combustion - the production of a wide range of chemical elements for industrial and domestic needs. Underground coal burning technology can also generate electricity. However, such a process is complex, difficult to manage, disadvantageous due to the very low efficiency when converting thermal energy into electrical energy. The burning of a coal seam can cause sudden and intense subsidence of large sections of the earth’s surface with the subsequent destruction of buildings, structures and various other utilities, i.e. Earth vibrations (earthquakes) can be artificially created.

Современные технологии добычи угля из-за сложных горно-геологических условий залегания пластов являются энергетически затратными. До 30...40% электрической энергии потребляется горным предприятием, в основном, на выдачу угля из шахты. При отработке пластов, залегающих на больших глубинах, себестоимость одной тонны угля резко возрастает. Вышеизложенные факторы свидетельствуют, что угледобывающие предприятия в целом нерентабельны. Due to the difficult mining and geological conditions of bedding, modern coal mining technologies are energy-intensive. Up to 30 ... 40% of electric energy is consumed by a mining enterprise, mainly for the production of coal from a mine. When mining seams at great depths, the cost of one ton of coal increases sharply. The above factors indicate that coal mining enterprises are generally unprofitable.

С учетом транспортировки угля к ТЭЦ, расположенной на большом расстоянии от угольного предприятия, значительно возрастает себестоимость электрической энергии. Taking into account the transportation of coal to the CHPP, located at a large distance from the coal enterprise, the cost of electric energy increases significantly.

Недостатки известных способов сжигания угля с последующим преобразованием тепловой энергии в электрическую частично можно устранить с применением тепловой электростанции, описанной в источнике (Баптиданов Л.Н. и др. Электрические сети и станции. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963, с. 94-97). Недостатком тепловой электростанции является неэффективное сжигание топлива. 15...35% топлива вообще не сгорает и выбрасывается вместе с золой (шлаком) в отходы. The disadvantages of the known methods of burning coal with the subsequent conversion of thermal energy into electrical energy can partially be eliminated using the thermal power station described in the source (Baptidanov L.N. et al. Electric networks and stations. M.-L.: Gosenergoizdat, 1963, p. 94 -97). The disadvantage of a thermal power plant is the inefficient burning of fuel. 15 ... 35% of the fuel does not burn at all and is thrown out with the ash (slag) into the waste.

Задачей изобретения является повышение КПД выработки электроэнергии, снижение ее себестоимости и обеспечение нейтрализации вредных газов, образующихся при горении угля, и утилизация их компонентов. The objective of the invention is to increase the efficiency of power generation, reduce its cost and ensure the neutralization of harmful gases generated during the combustion of coal, and the disposal of their components.

Указанный технический результат достигается за счет того, что подземный электрокомплекс содержит котел, в топке которого осуществляется горение угля, и турбоэлектрогенераторный агрегат, в который подается перегретый пар из котла. The specified technical result is achieved due to the fact that the underground electrocomplex contains a boiler, in the furnace of which coal is burned, and a turboelectric generating unit into which superheated steam is supplied from the boiler.

Котел расположен непосредственно в выработке, проделанной в породе вне зоны пласта, уголь из которого сжигается, электрокомплекс снабжен теплообменным аппаратом, установленным в стволе восходящих отработанных газов и перегретого пара после турбоэлектрогенераторного агрегата, причем теплообменный аппарат заполнен водой с возможностью отбора тепла при ее прерывистой принудительной циркуляции через поверхность земли, емкости, размещенные на возвышении, и сбрасывания через каскады водогенераторных агрегатов, расположенных как на поверхности, так и на различных высотах второго ствола с вниз сходящей воздушной струей в подземный водосборник к теплообменному аппарату, при этом исполнительный орган каждого водогенераторного агрегата выполнен в виде транспортера с параллельными рабочей и холостой ветвями с упорами и шарнирно закрепленными лопастями с возможной их фиксацией перпендикулярно потоку на рабочей ветви и параллельно на холостой. The boiler is located directly in a mine made in the rock outside the zone of the formation, coal from which it is burned, the electrocomplex is equipped with a heat exchanger installed in the trunk of the ascending exhaust gases and superheated steam after the turboelectric generating unit, and the heat exchanger is filled with water with the possibility of heat removal during intermittent forced circulation through the surface of the earth, tanks located on a raised platform, and dumping through cascades of water-generating units located as on top surface and at different heights of the second trunk with a downward flowing air stream into the underground water collector to the heat exchanger, while the executive body of each water-generating unit is made in the form of a conveyor with parallel working and idle branches with stops and articulated blades with their possible fixation perpendicular to the flow on the working branch and parallel to the idle.

Изобретение иллюстрируется графическим материалом, где на фиг.1 изображена схема подземного электрокомплекса, на фиг.2 представлен вид сбоку на вододвижитель, а на фиг.3 - вид на него спереди. The invention is illustrated by graphic material, where Fig. 1 shows a diagram of an underground electrical complex, Fig. 2 is a side view of a water motor, and Fig. 3 is a front view of it.

Подземный электрокомплекс состоит из вентиляционных стволов 1 и 2, обособленных от шахты и сбитых между собой горизонтальной сбойкой 3. Сбойка 3 закольцована и сопрягается с наклонным (или вертикальным) грузовым стволом по выдаче угля на поверхность 4. В сопрягаемом месте расположены бункеры угля 31 и золы 28 с перегружателями 5. Сбойка 3 также сопрягается с выработками, в которых размещены сортировочно-дробильные агрегаты 7, топка котла 8 и турбоэлектрогенераторный агрегат 9. Топка котла 8 снабжена шаговым транспортером 26, который через систему охлаждения 27 выходит в сбойку 3. В сбойке 3 по периметру установлены транспортеры 6 с одной стороны для подачи угля, а с другой для удаления золы. Грузовой ствол 4 оборудован бункером 29 и перегружателем отходов 30. В стволе 2 расположен теплообменный аппарат 10, соединенный посредством насоса 11 с водоводом 12, выходящим к емкости 43, установленной на возвышении относительно поверхности и с охлаждающими аппаратами 13 (градирнями, тепловыми машинами и т.п.). От охлаждающих аппаратов 13 проложены специальные каналы 14, размещенные как на поверхности земли, так и в стволе 1. В каналах 14 смонтированы многометровые вододвижители 15 (см. фиг.2). Вододвижитель выполнен в виде цепного (или другого вида) транспортера 15. Транспортер снабжен верхней парой 32 и нижней натяжной парой 33 звездочками. Промежуточные звездочки 34 равномерно располагаются по длине транспортера. По всей длине цепи транспортера 15 с определенным шагом через шарниры 35 крепятся лопасти 36. На цепи транспортера 15 (перпендикулярно и вдоль длинной оси симметрии транспортера) установлены фиксаторы 37. Вал пары звездочек 33 через муфту 44, мультипликатор 38 соединен с валом генератором 39. Под рабочей ветвью транспортера 15 установлен ограничитель прогиба цепи 41. Перед движителем внутри специального канала 14 закреплен направляющий элемент 40. The underground electrical complex consists of ventilation shafts 1 and 2, separated from the mine and knocked together by a horizontal fault 3. The fault 3 is looped and mates with an inclined (or vertical) cargo shaft to release coal to the surface 4. Coal silos 31 and ash are located in the mating place 28 with reloaders 5. Failure 3 also interfaces with workings in which sorting and crushing units 7, a furnace of a boiler 8 and a turboelectric generator unit 9 are located. The furnace of a boiler 8 is equipped with a step conveyor 26, which through the system cooling 27 goes to fault 3. In fault 3 along the perimeter, conveyors 6 are installed on one side for supplying coal, and on the other for removing ash. The cargo barrel 4 is equipped with a hopper 29 and a waste handler 30. A heat exchanger 10 is located in the barrel 2, which is connected by means of a pump 11 to a water conduit 12 leading to a tank 43 mounted on an elevation relative to the surface and to cooling devices 13 (cooling towers, heat engines, etc.). P.). From the cooling apparatus 13, special channels 14 are laid, located both on the surface of the earth and in the trunk 1. In the channels 14, multi-meter water motors 15 are mounted (see Fig. 2). The water motor is made in the form of a chain (or other type) conveyor 15. The conveyor is equipped with an upper pair 32 and a lower tension pair 33 with asterisks. Intermediate sprockets 34 are evenly spaced along the length of the conveyor. Blades 36 are fastened along the entire length of the conveyor chain 15 with hinges 35 through hinges 35. On the conveyor chain 15 (perpendicularly and along the long axis of symmetry of the conveyor), latches 37 are mounted. The shaft of the pair of sprockets 33 is connected through the coupling 44, the multiplier 38 is connected to the shaft by the generator 39. Under a working branch of the conveyor 15 has a deflection limiter for the chain 41. A guide element 40 is fixed in front of the mover inside a special channel 14.

Подземный электрокомплекс работает следующим образом. Уголь, добытый в лавах, с помощью скипа (клети) поднимается по наклонному грузовому стволу 4 до места сопряжения его с горизонтальной выработкой 3 и разгружается в бункер 31. Из бункера 31 он транспортером 6 подается в сортировочно-дробильные агрегаты 7, из которых очищенный от негорючих элементов, измельченный, принудительно, определенными дозами подается в топку котла 8. The underground electrical complex operates as follows. Coal mined in the lavas, with the help of a skip (stand), rises along an inclined cargo shaft 4 to the place of its conjugation with a horizontal mine 3 and is unloaded into the hopper 31. From the hopper 31 it is conveyed by 6 to the sorting and crushing units 7, of which it is cleared of non-combustible elements, crushed, forcibly, in certain doses, is fed into the furnace of the boiler 8.

В топке котла 8 вода преобразуется в перегретый пар, который затем приводит во вращение турбоэлектрогенераторный агрегат 9, вырабатывающий электрическую энергию. Выработанная электроэнергия турбоэлектрогенераторным агрегатом 9 потребляется для выполнения внутришахтных технологических операций, а ее излишки поступают в единую энергосистему для реализации различными производствами. Зола от сгоревшего угля, заполняя несущие части шагового транспортера 26, охлаждается и подается транспортерами 6 к бункеру отходов 28. Для увеличения коэффициента полезного действия от сжигания топлива отработанный пар с горячими восходящими газами направляется через ствол 2, где расположен теплообменный аппарат 10, заполненный водой. От высокой температуры восходящих газа и пара вода в теплообменном аппарате 10 будет нагреваться. Насос 11 по водоводу 12, проложенному в стволе 2, подает нагретую воду на поверхность в емкость 43, затем в охлаждающие аппараты 13. Отобранное тепло будет использовано в дальнейшем для бытовых и производственных нужд. Часть охлажденной воды с емкости 43 сбрасывается на поверхность земли по специальным каналам 14. Поток сбрасываемой воды за счет направляющего элемента 40 в основном будет проходить вдоль рабочей ветви транспортера 15. В рабочей зоне транспортера 15 лопасти 36 займут перпендикулярное положение относительно водяного потока, при этом контактируя с упорами 37. От давления воды (за счет запасенной потенциальной энергии) лопасти 36 приведут во вращение транспортер 15. Прогиб рабочей ветви при вращении транспортера 15 задается ограничителем 41. В момент схода холостой ветви транспортера 15 с нижней натяжной пары, звездочек 33, лопасти 36 поочередно, за счет смещенного центра тяжести, будут поворачиваться в шарнире 35 (по ходу часовой стрелки) и занимать положение параллельное движению водяного потока, не создавая при этом ему никакого сопротивления. При сходе лопасти 36 с верхней пары звездочек 32 они будут поворачиваться на шарнирах 35 (но уже по направлению, противоположному часовой стрелки) также за счет смещенного центра тяжести и занимать положение, перпендикулярное падающему водяному потоку. То есть за цикл каждая лопасть 36 транспортера 15 периодически максимально нагружается в зоне рабочей ветви и не имеет нагрузки в зоне холостой. Возникший от вращения транспортера 15 крутящий момент с вала (пары звездочек 33 или др. звездочек) через муфту 44, мультипликатор 38 передается на якорь генератора 39. От вращения якоря генератора 39 в его статорных обмотках возникает электрический ток, который может быть использован для освещения бытовых помещений и т. п. In the furnace of boiler 8, water is converted into superheated steam, which then drives the turbo-electric generating unit 9, which generates electrical energy. The generated electricity by the turboelectric generating unit 9 is consumed to carry out on-mine technological operations, and its surplus is supplied to a single energy system for implementation by various industries. The ash from the burnt coal, filling the bearing parts of the stepper conveyor 26, is cooled and fed by conveyors 6 to the waste bin 28. To increase the efficiency from burning fuel, the exhaust steam with hot rising gases is sent through the barrel 2, where the heat exchanger 10 filled with water is located. From the high temperature of the rising gas and steam, the water in the heat exchanger 10 will be heated. The pump 11 through the conduit 12, laid in the barrel 2, delivers the heated water to the surface in the tank 43, then to the cooling apparatus 13. The selected heat will be used in the future for domestic and industrial needs. Part of the chilled water from the tank 43 is discharged to the earth's surface through special channels 14. The flow of discharged water due to the guiding element 40 will mainly pass along the working branch of the conveyor 15. In the working area of the conveyor 15, the blades 36 will occupy a perpendicular position relative to the water flow, while contacting with stops 37. From the water pressure (due to the stored potential energy), the blades 36 will rotate the conveyor 15. The deflection of the working branch during rotation of the conveyor 15 is set by the limiter 41. At the moment the descent of the idle branch of the conveyor 15 from the lower tension pair, sprockets 33, blades 36, in turn, due to the shifted center of gravity, will rotate in the hinge 35 (clockwise) and occupy a position parallel to the movement of the water flow, without creating any resistance to it. When the vanes 36 off the upper pair of sprockets 32, they will rotate on hinges 35 (but in the opposite direction of the clockwise direction) also due to the displaced center of gravity and occupy a position perpendicular to the incident water flow. That is, for a cycle, each blade 36 of the conveyor 15 is periodically loaded as much as possible in the area of the working branch and does not have a load in the idle area. The torque arising from the rotation of the conveyor 15 from the shaft (a pair of sprockets 33 or other sprockets) through the clutch 44, the multiplier 38 is transmitted to the generator armature 39. From the rotation of the armature of the generator 39, an electric current arises in its stator windings, which can be used to illuminate household premises, etc.

Другая часть воды сбрасывается по водоводу, проложенному по вентиляционному стволу 1 через каналы 14 с вододвижителями 15, которые размещены в виде каскадов. Вододвижители в каскадах работают аналогично вышеописанному. Вода, выйдя из канала 14, разгоняется по водоводу в стволе 1 и вновь попадает на другой вододвижитель, расположенный ниже по уровню. И таким образом, пройдя весь каскад вододвижителей, сбрасывается в водосборник 16. Из водосборника 16 вода вновь попадает в теплообменный аппарат, затем цикл ее движения повторяется. Внизу ствола 1 находится резервный водосборник 22, выполненный на случай повреждения водовода по стволам 1 или 2. За счет насоса 23 вода из водосборника 22 может подаваться непосредственно в теплообменный аппарат 10 или в резервуар 16 с использованием электрических задвижек 24, 25. Another part of the water is discharged through a conduit laid along the ventilation shaft 1 through channels 14 with water motors 15, which are placed in cascades. Cascade water drives operate similarly to the above. Water, leaving channel 14, accelerates through the water conduit in barrel 1 and again falls into another water jet located lower in level. And thus, having passed the entire cascade of water motors, it is discharged into the catchment 16. From the catchment 16, the water again enters the heat exchanger, then the cycle of its movement is repeated. At the bottom of the barrel 1 there is a reserve catchment 22, made in case of damage to the conduit along the trunks 1 or 2. Due to the pump 23, water from the catchment 22 can be supplied directly to the heat exchanger 10 or to the reservoir 16 using electric valves 24, 25.

Отходящие газы по стволу 2 через канал 17, вентилятор 18 попадают в нейтрализующее утилизирующее отделение 19, где очищаются, затем выбрасываются через трубу 20 в атмосферу. The exhaust gases through the barrel 2 through the channel 17, the fan 18 fall into the neutralizing utilizing compartment 19, where they are cleaned, then released through the pipe 20 into the atmosphere.

С применением подземного электрокомплекса:
- любое подземное угледобывающие предприятие станет высокорентабельным;
- близлежащий район обеспечится недорогой электроэнергией, горячей водой для бытовых нужд и теплоснабжения;
- централизованно обеспечится нейтрализация вредных газов и утилизация их компонентов;
- регион с горнодобывающими предприятиями станет экономически развитым.With the use of an underground electrical complex:
- any underground coal mining enterprise will become highly profitable;
- the nearby area will be provided with inexpensive electricity, hot water for domestic use and heat supply;
- centralization of neutralization of harmful gases and utilization of their components;
- The region with mining enterprises will become economically developed.

Claims

An underground electrocomplex containing a boiler, in the furnace of which coal is burned, and a turboelectric generating unit into which superheated steam is supplied from the boiler, characterized in that the boiler is located directly in a mine made in the rock outside the formation zone, the coal from which is burned, the electrocomplex is equipped with a heat exchange apparatus installed in the trunk of the ascending exhaust gas with the possibility of removal of superheated steam after the turboelectric generating unit, and the heat exchanger is filled with water from the possibility of heat removal during its intermittent forced circulation through the surface of the earth, tanks located on a hill, and dropping through cascades of water-generating units located both on the surface and at different heights of the second trunk with a downward flowing air stream into the underground water collector to the heat exchanger, the executive body of each water generating unit is made in the form of a conveyor with parallel working and idle branches with stops and articulated blades with possible their fixation perpendicular to the flow on the working branch and parallel to the idle.