ПОДЗЕМНЫЙ ЭЛЕКТРОКОМПЛЕКС Российский патент 2003 года по МПК F23B7/00 

Изобретение относится к области выработки электроэнергии нетрадиционным способом на вновь открываемых, работающих и дорабатывающих шахтные поля подземных угледобывающих предприятиях.

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.

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).

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.

С учетом транспортировки угля к ТЭЦ, расположенной на большом расстоянии от угольного предприятия, значительно возрастает себестоимость электрической энергии.

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.

Задачей изобретения является повышение КПД выработки электроэнергии, снижение ее себестоимости и обеспечение нейтрализации вредных газов, образующихся при горении угля, и утилизация их компонентов.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Электрокомплекс предназначен для выработки электроэнергии непосредственно под землей на угледобывающих предприятиях. Электрокомплекс содержит котел, в топке которого осуществляется горение угля, и турбоэлектрогенераторный агрегат, в который подается перегретый пар из котла. Последний расположен непосредственно в выработке, проделанной в породе вне зоны пласта, уголь из которого сжигается. Электрокомплекс также снабжен теплообменным аппаратом, установленным в стволе восходящих отработанных газов с возможностью отвода 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. Конструкция позволяет повысить кпд от сжигания угля. 3 ил.

Подземный электрокомплекс, содержащий котел, в топке которого осуществляется горение угля, и турбоэлектрогенераторный агрегат, в который подается перегретый пар из котла, отличающийся тем, что 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 с возможностью отвода 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.