Во многих странах мира ведется поиск новых источников

Ельчанинова Евгения Андреевна
студент группы ИЗОС-05
Научный руководитель: Ельчанинов Евгений Александрович
проф., д.т.н.
Московский государственный горный университет
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ,
ПОДЛЕЖАЩИЕ УТИЛИЗАЦИИ ПРИ РЕШЕНИИ ТЕПЛОВЫХ И
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ РОССИИ
HEAT AND POWER RESOURCES OF MINING ENTERPRISES THAT
SHOULD BE RESYCLED WHEN SOLVING THERMAL AND ENERGY
PROBLEMS OF RUSSIA
Во многих странах мира ведется поиск новых источников энергии,
вообще, и тепловой энергии, в частности. Одним их направлений такого
поиска является использование вторичных ресурсов, в частности,
низкопотенциальной тепловой энергии, содержащейся в природных
условиях, а также выбрасываемой производственными предприятиями в
природную среду. В горнодобывающей промышленности источниками такой
энергии являются воздушные вентиляционные потоки, нагретые при
обтекании горных пород на глубоких горизонтах, откачиваемые шахтные
воды, технологические воды, дымовые газы котельных, теплота сушильных и
агломерационных цехов обогатительных фабрик, теплота
факельного
сжигания не кондиционного дегазационного газа метана извлекаемого из
угольных пластов. Кроме того, источниками низкопотенциальной тепловой
энергии (НТЭ) являются многие установки общепромышленного назначения:
компрессорные станции, мини электростанции, электрические приводы
большой мощности.
К примеру:
1. Вентилятор с производительностью 500 м3/сек в течение года
выбрасывает 3,8·108 кДж теплоты.
2. Водоотлив с объемом отлива 150м3/час в течение года выбрасывает
в окружающую среду до 2,9·109 кДж теплоты.
3. Вентиляция выбрасывает до 400 тыс. м3 метана или 3,6·109 кДж
теплоты, что в 10 раз больше энергии, потребляемой самим
вентилятором.
Для утилизации НТЭ существует проблема в связи с отсутствием
компактных и экономичных теплообменников, теплоутилизаторов, тепловых
насосов и теплогенераторов. Как правило, с помощью теплового насоса
температуру носителей НТЭ доводят до некоторой промежуточной
температуры, недостаточной для обогрева зданий, с последующим
подогревом ее в котлах. Это усложняет отопительную систему, так как
сохраняется прежняя котельная, а к ней добавляется дополнительное
оборудование теплоутилизационной системы.
Создание компактных и простых по устройству теплогенераторов –
необходимо также для обогрева жилых поселений, фермерских хозяйств,
коттеджей, крестьянских домов, небольших зданий, удаленных от
теплоэлектроцентралей.
Осуществляемый поиск в рамках работы «Выполнить поиск и
разработать обоснования целесообразности способов и средств утилизации
выбрасываемой в атмосферу низкопотенциальной теплоты отходящих
газовых,
воздушных
и
водных
потоков
предприятий
горной
промышленности» направлен на решение проблемы создания системы
замкнутого теплоэнергетического цикла.
В связи с восстановлением горной промышленности возрастает
значение процессов тепло- и массообмена с точки зрения рационального
(эффективного) использования теплоэнергетических ресурсов, поскольку
важнейшими техническими задачами современного производства являются
интенсификация технологических процессов при максимальной экономии
сырьевых и теплоэнергетических ресурсов. Единственный путь для этого –
создание эффективных теплотехнических технологий, при которых все
энергетические ресурсы, включая вторичные, полностью или с максимальной
полнотой используются в производстве полезной продукции,
либо
способствуют производству полезной продукции каждого конкретного
предприятия.
Предварительное изучение состояния вентиляционных потоков на
горных предприятиях России и за рубежом, показало, что значительная часть
теплоты теряется в результате тепло- и массообмена со стенками горных
выработок на верхних горизонтах шахт и рудников, за счет подсосов в
вентиляционных каналах, в системе вентиляционных сооружений и за счет
более холодных пород горного массива. Поэтому средняя температура
воздушной струи на выходе на поверхность составляет в средних широтах
14-16 0С зимой и 20-25 0С летом. При соответствующем потенциале тепловой
энергии исходящего потока воздуха из рудников и шахт она может быть
эффективно использована. Особенно важно использование этой энергии в
экстремальных ситуациях, например, при кратковременном понижении
температуры атмосферного воздуха, превышающем характерные для данного
региона показатели. В этом случае, как правило, тепловых мощностей,
предусмотренных проектом предприятия, оказывается недостаточно,
например, для обогрева воздухоподающих стволов. Использование теплоты
исходящей вентиляционной струи в подобных случаях позволит исключить
дефицит
тепловой
энергии
установленных
на
предприятии
теплопроизводящих агрегатов.
Помимо теплоты выделяемой воздушными вентиляционными
потоками, существуют и другие источники тепловой энергии, такие как
компрессоры, местные мини электростанции, мощные дизельные и
электрические установки, технологическая вода и откачиваемые из шахт и
рудников подземные воды и т.д.
Помимо экономического, существенное значение имеет экологический
эффект от использования вторичных тепловых ресурсов, заключающийся в
снижении
количества
сжигаемого
топлива,
а,
следовательно,
выбрасываемых вредных веществ. Исключается тепловое загрязнение
окружающей среды за счет сокращения отходящей теплоты.
Существующие теплообменные аппараты и их конструктивные
особенности пока не позволяют эффективно утилизировать
теплоту
отходящих вентиляционных потоков и водоотливных систем шахт и
рудников.
По
существующим
условиям,
связанным
с
физическими
особенностями исходящих вентиляционных потоков воздуха (запыленность,
влажность, давление, температура) и особенностями эксплуатации
вентиляционных
установок
главного
проветривания
(обеспечение
реверсирования воздушной струи, поступающей в горные выработки)
целесообразно применение теплоутилизаторов на тепловых трубах с
заполнением последних низкокипящим (от -50С до +80С) теплопередающим
агентом. Это обеспечит повышение эффективности передачи теплоты от
исходящего потока воздуха (воды, газа) за счет интенсивного кипения
заполняющей тепловые трубы жидкости, а также защиту теплоутилизатора
от охлаждения при реверсировании воздушного потока в холодное время
года.
Проводимый поиск предполагает для утилизации низкопотенциальной
тепловой энергии (НТЭ) использование серийно выпускаемых тепловых
насосов для следующих источников: отходящих воздушных потоков;
откачиваемых и сбрасываемых шахтных и рудничных вод; технологических
и оборотных вод.
По указанным источникам теплоты нами разрабатываются
одноконтурные и двухконтурные технологические схемы утилизации
теплоты, типажный ряд утилизаторов и тепловые насосы.
В
настоящее
время
использование
теплоты
исходящих
вентиляционных потоков горных предприятий находится в стадии
постановки задачи и требует разработки соответствующих систем
утилизации и оборудования для них. Анализ технических решений по
использованию
теплоты
исходящих
вентиляционных
потоков
промышленных предприятий свидетельствует о следующем:

отбор теплоты от исходящих потоков осуществляется через
поверхностные теплообменники циркулирующим потоком теплоносителя с
последующим повышением температуры теплоносителя от постороннего
источника теплоты (котельная, тепловая сеть) или в тепловом насосе;

в качестве теплообменников отбора теплоты устанавливаемых в
канале исходящих вентиляционных потоков, применяют теплообменники с
циркулирующим водным теплоносителем, которые необходимо заменить на
тепловые трубы с низкотемпературным теплоносителем (кипение паров от -5
до +8 оС). При передаче теплоты в поток подаваемого в шахту воздуха
целесообразно
применение
поверхностных
теплообменников
с
циркулирующим по замкнутому контуру теплоносителем (типа калориферы),
обеспечивая охлаждение потока воздуха в теплый период года без изменения
контура циркуляции в подающем воздух ствола;

в системах передачи теплоты от исходящих потоков воздуха, без
применения теплового насоса, в качестве потребителя используются системы
воздушного отопления помещений и система обогрева воздухоподающих
стволов;

в системах передачи теплоты от исходящих потоков воздуха с
применением тепловых насосов в качестве потребителей используются
системы обогрева воздухоподающих стволов, отопления зданий, горячего
водоснабжения, обогрева теплиц.
Литература
1. Бажан П.И., Каневец Г.Е., Селиверстов В.М. Справочник по
теплообменым аппаратам. – М.: Машиностроение, 1989.
2. Мартыновский В. С. Тепловые насосы. – М.-Л.: Госэнергоиздат,
1955.
3. Янковский
Е.И.,
Пустовалов
Ю.В.
Парокомпрессорные
теплонасосные установки. – М.: Энергоиздат, 1992.
Аннотация
В докладе изложено основное направление решения проблемы
утилизации отходящей низкопотенциальной теплоты.
Ключевые слова
энергоресурсы, отходы, утилизация, теплота.