СПОСОБ ПОДОГРЕВА ВОЗДУХА В ШАХТАХ Российский патент 2014 года по МПК F24D15/00 

Описание патента на изобретение RU2518199C1

Изобретение относится к способам подогрева различных объектов и предназначено преимущественно для использования при подогреве воздуха, подаваемого в шахту.

Известен способ подогрева воздуха (патент РФ 2277205, МПК F24F 3/147), согласно которому воздух периодически подают вентиляторами из помещения на улицу и с улицы в помещение через устройство теплоаккумулирующей насадки со слоем сорбента со стороны вентиляционного объекта. Недостатком этого способа является сложность регулирования температуры входящего воздуха и невозможность использования в шахтах и тоннелях из-за недолговечности теплоаккумулирующего слоя.

Известен также способ нагрева воздуха с использованием электронагревательного элемента и послойной взаимовстречной подачей к нему воздуха (патент РФ 2280821, F24H 3/04). Недостатком этого способа является большое потребление электроэнергии и низкая экономичность.

Наиболее близким техническим решением является способ подогрева воздуха, подаваемого в шахту, предусматривающий подачу воздуха в ствол шахты через источник тепла, состоящий из парового калорифера (А.с. 907359, кл. F24H 3/02).

Недостатком известного способа является низкая эффективность из-за потерь тепла, значительные затраты на получение пара и низкая надежность. Использование в известном способе калориферной установки требует устройств для сжигания топлива, подогрева в нем воды до парообразного состояния и подачу его по трубопроводам к калориферу, установленному в стволе. В результате стоимость подогрева воздуха существенно возрастает, происходят потери тепла в трубопроводах. Кроме того, резко снижается возможность управления количеством тепла, передаваемого воздуху. Поэтому при резких перепадах температуры атмосферного воздуха в шахте могут создаваться некомфортные по метеорологическим параметрам условия.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности способа подогрева воздуха в шахтах.

Технический результат достигается тем, что в способе подогрева воздуха в шахтах, включающем подачу воздуха через источник тепла, согласно изобретению в качестве источника тепла используют горючий газ, сжигаемый в стволе в потоке поступающего в шахту воздуха, причем дополнительно внутреннюю поверхность ствола на протяжении горения горючего газа покрывают теплоизоляционным несгораемым теплоотражающим покрытием, а также измеряют расход и температуру поступающего в шахту воздуха, а расход горючего газа определяют по формуле

G = G V c ρ ( t 2 t 1 ) Q ,

где G - расход горючего газа для сжигания в потоке воздуха, м3/с;

GV - расход воздуха, подаваемого в шахту, м3/с;

с - удельная теплоемкость подаваемого в шахту воздуха, Дж/(кг·К);

ρ - плотность подаваемого в шахту воздуха, кг/м3;

Q - теплота сгорания горючего газа, Дж/м3;

t1 - температура воздуха, поступающего в шахту, К;

t2 - температура воздуха после подогрева, К.

Указанный технический результат достигается также тем, что в качестве горючего газа используют метан, получаемый при дегазации угольных пластов, вмещающих пород и выработанного пространства.

Сжигание горючего газа, например метана, водорода и других предельных и непредельных углеводородов непосредственно в потоке подаваемого в шахту воздуха позволит отказаться от котельных, трубопроводов для подвода пара или горячей воды. Одновременно предотвращается потеря тепла при транспортировке теплоносителя, так как все выделяемое при сжигании газа тепло отдается поступающему в шахту воздуху. Появляется возможность быстро изменять температуру воздуха, управляя расходом сжигаемого горючего газа.

Проведенный анализ показал, что сжигание горючих газов, например метана, происходит следующим образом

СН4+2(O2+3,76N2)=СO2+2Н2O+2·3,76N2.

В результате этой реакции на сгорание 1 м3 метана требуется 9,52 м3 воздуха, а образуется 1 м3 углекислого газа, 2 м3 водяного пара и 7,52 м3 азота.

Теплота сгорания метана равна 36000 кДж/м3. Выделяемое при сжигании газа тепло расходуется на подогрев воздуха. Параметры воздуха после подогрева можно описать уравнением

Q = c ρ V ( t 2 t 1 ) ,                                                                (1)

где Q - теплота сгорания горючего газа, Дж/м3;

с - удельная теплоемкость подаваемого в шахту воздуха, Дж/(кг·К);

ρ - плотность подаваемого в шахту воздуха, кг/м3;

V - объем воздуха, м3;

t1 - температура воздуха, поступающего в шахту, К;

t2 - температура воздуха после подогрева, К.

Принимая, что плотность воздуха равна 1,2 кг/м3, удельная теплоемкость воздуха равна 1 кДж/(кг·К), а теплота сгорания метана равна 36000 кДж/м3, подсчитаем количество подогретого воздуха при условии, что температура поступающего воздуха равна -40°С, а подогрев его осуществляется до +20°С. Подставляя исходные данные в уравнение (1), получаем, что сжигание 1 м3 метана достаточно для подогрева 500 м3 воздуха на 60 градусов (от температуры -40°С до +20°С).

Количество кислорода в образующейся смеси равно

С к = V в C к в / V c ,                                                                          (2)

где Ск - количество кислорода в смеси воздуха и продуктов горения, %;

Vв - объем подаваемого воздуха, м3;

Скв - концентрация кислорода в атмосферном воздухе, % (21%);

Vс - объем подогретого воздуха (смесь подаваемого воздуха и продуктов сгорания), м3.

Подставляя исходные данные в формулу (2), получаем, что концентрация кислорода в подогретом воздухе при самых неблагоприятных метеорологических условиях равна 20,6%, что соответствует требованиям правил безопасности.

Для расчета расхода горючего газа, необходимого для подогрева подаваемого воздуха, составим уравнение теплового баланса

Q G = c ρ G v ( t 2 t 1 ) ,                                                                 (3)

где G - расход горючего газа для сжигания в потоке воздуха, м3/с;

GV - расход воздуха, подаваемого в шахту, м3/с;

с - удельная теплоемкость подаваемого в шахту воздуха, Дж/(кг·К);

ρ - плотность подаваемого в шахту воздуха, кг/м3;

Q - теплота сгорания горючего газа, Дж/м3;

t1 - температура воздуха, поступающего в шахту, К;

t2 - температура воздуха после подогрева, К.

Расход горючего газа, необходимого для подогрева атмосферного воздуха, получаем из уравнения (3):

G = G V c ρ ( t 2 t 1 ) Q .                                                               (4)

Для повышения эффективности способа в качестве горючего газа для подогрева воздуха используют метан, получаемый при дегазации угольных пластов, вмещающих пород и выработанного пространства.

Способ осуществляют следующим образом. Для подогрева атмосферного воздуха, подаваемого в шахту в зимний период, в вентиляционный ствол подводят, например, трубопровод с метаном, откачиваемым из угольных пластов, вмещающих пород и выработанного пространства, снабженный источником зажигания газа. Концентрация метана в подаваемом газе должна превышать верхний концентрационный предел взрываемости. Внутреннюю поверхность вентиляционного ствола на всем протяжении горения подаваемого газа покрывают теплоизоляционным несгораемым теплоотражающим покрытием для снижения потерь выделяемого тепла и предотвращения пожара. Для расчета расхода горючего газа измеряют расход и температуру поступающего в шахту воздуха.

Пример применения способа. В результате сезонного похолодания температура подаваемого в шахту воздуха снизилась до -20°С. Для поддержания требуемых метеорологических условий в шахте возникла необходимость подогревать поступающий воздух до температуры +20°С. Нагрев воздуха осуществлялся за счет сжигания метана, получаемого при дегазации угольного пласта и вмещающих пород, в потоке воздуха, поступающего в шахту. Расход подаваемого в шахту воздуха равен 6000 м3/мин. Теплота сгорания метана 36000 кДж/м3. Принимая, что плотность воздуха равна 1,2 кг/м3, удельная теплоемкость воздуха равна 1 кДж/(кг·К), подсчитывают расход горючего газа по формуле

G = G V c ρ ( t 2 t 1 ) Q ,

где G - расход горючего газа для сжигания в потоке воздуха, м3/с;

GV - расход воздуха, подаваемого в шахту, м3/с;

с - удельная теплоемкость подаваемого в шахту воздуха, Дж/(кг·К);

ρ - плотность подаваемого в шахту воздуха, кг/м3;

Q - теплота сгорания горючего газа, Дж/м3;

t1 - температура воздуха, поступающего в шахту, К;

t2 - температура воздуха после подогрева, К.

Расчет показал, что для подогрева подаваемого воздуха до температуры +20°С необходимо сжигать в потоке воздуха метан с расходом 8 м3/мин. Для безопасного сжигания метана внутреннюю поверхность ствола на протяжении горения горючего газа покрывают теплоизоляционным несгораемым теплоотражающим покрытием. Расчеты и последующие замеры показали, что температура воздуха после нагрева равнялась 20°С, а концентрация кислорода в нагретом воздухе равнялась 20,7%, что соответствовало требованиям правил безопасности. Таким образом, применение предложенного изобретения позволило повысить эффективность подогрева воздуха за счет снижения расхода на вспомогательное оборудование (котельная, калорифер) и уменьшения потерь тепла в окружающее пространство.

Применение предложенного способа позволяет повысить эффективность подогрева воздуха, подаваемого в шахту, и снизить затраты на создание благоприятного микроклимата на рабочих местах.

Похожие патенты RU2518199C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ГАЗОВЫХ ГИДРАТОВ 2005
  • Кульчицкий Валерий Владимирович
  • Щебетов Алексей Валерьевич
  • Ермолаев Александр Иосифович
RU2306410C1
СПОСОБ РАБОТЫ (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО КОМБИНИРОВАННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ДВУХФАЗНЫМ РАБОЧИМ ТЕЛОМ НА БАЗЕ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ) 2009
  • Акчурин Харас Исхакович
  • Миронычев Михаил Андреевич
  • Зорин Аркадий Данилович
  • Каратаев Евгений Николаевич
RU2472023C2
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ РЕЗИНОВЫХ ОТХОДОВ 2012
  • Сусеков Евгений Сергеевич
  • Градов Алексей Сергеевич
RU2502596C2
СПОСОБ ФОРСАЖА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ 2013
  • Староверов Николай Евгеньевич
RU2523510C1
Способ плавки чугуна в коксогазовой шахтной печи 1985
  • Ключников Анатолий Дмитриевич
  • Евтифеев Игорь Александрович
SU1420324A1
СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ, ВЫДЕЛЯЮЩЕЙСЯ В ЭКЗОТЕРМИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ, В МЕХАНИЧЕСКУЮ РАБОТУ 2005
  • Барчан Геннадий Павлович
RU2323351C2
СПОСОБ СЖИГАНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА В ВАГРАНКЕ 2007
  • Черный Анатолий Алексеевич
  • Черный Вадим Анатольевич
  • Соломонидина Светлана Ивановна
  • Фролова Тамара Николаевна
RU2340855C1
СПОСОБ СЖИГАНИЯ ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1991
  • Шестаков Н.С.
  • Журавский Г.И.
  • Иванов В.С.
RU2008559C1
СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ТОПЛИВА В СВЕРХАДИАБАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ 2005
  • Карасевич Александр Мирославович
  • Пацков Евгений Алексеевич
RU2305129C1
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМА ГОРЕНИЯ ПАРОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ 2003
  • Бойко Е.А.
  • Дидичин Д.Г.
  • Шишмарев П.В.
  • Пачковский С.В.
  • Жадовец Е.М.
RU2252364C1

Реферат патента 2014 года СПОСОБ ПОДОГРЕВА ВОЗДУХА В ШАХТАХ

Изобретение относится к способам подогрева различных объектов и предназначено преимущественно для использования при подогреве воздуха, подаваемого в шахту. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа подогрева воздуха в шахтах. Сущность изобретения заключается в том, что в качестве источника тепла для подогрева воздуха используют горючий газ, сжигаемый в стволе в потоке поступающего в шахту воздуха, причем внутреннюю поверхность ствола на протяжении горения газа покрывают теплоизоляционным несгораемым теплоотражающим покрытием, а также измеряют расход и температуру поступающего в шахту воздуха для расчета расхода горючего газа. Применение предложенного способа позволяет повысить эффективность подогрева воздуха, подаваемого в шахту, и снизить затраты на создание благоприятного микроклимата на рабочих местах. 1 з.п. ф-лы.

Формула изобретения RU 2 518 199 C1

1. Способ подогрева воздуха в шахтах, включающий подачу воздуха через источник тепла, отличающийся тем, что в качестве источника тепла используют горючий газ, сжигаемый в стволе в потоке поступающего в шахту воздуха, причем дополнительно внутреннюю поверхность ствола на протяжении горения горючего газа покрывают теплоизоляционным несгораемым теплоотражающим покрытием, а также измеряют расход и температуру поступающего в шахту воздуха, а расход горючего газа определяют по формуле
G = G V c ρ ( t 2 t 1 ) Q ,
где G - расход горючего газа для сжигания в потоке воздуха, м3/с;
GV - расход воздуха, подаваемого в шахту, м3/с;
с - удельная теплоемкость подаваемого в шахту воздуха, Дж/(кг·К);
ρ - плотность подаваемого в шахту воздуха, кг/м3;
Q - теплота сгорания горючего газа, Дж/м3;
t1 - температура воздуха, поступающего в шахту, К;
t2 - температура воздуха после подогрева, К.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве горючего газа используют метан, получаемый при дегазации угольных пластов, вмещающих пород и выработанного пространства.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2518199C1

СПОСОБ ПОДОГРЕВА ШАХТНОГО ВЕНТИЛЯЦИОННОГО ВОЗДУХА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2008
  • Кривошапко Александр Васильевич
RU2386034C1
Способ нагрева воздуха 1987
  • Крейнин Ефим Вульфович
  • Свиридова Тамара Семеновна
SU1513338A1
Центрирующий раздвижной штырь, вставляемый в ушки литейных опок 1958
  • Жукова А.С.
SU115875A1
US 20080184991 A1, 07.08.2008

RU 2 518 199 C1

Авторы

Портола Вячеслав Алексеевич

Даты

2014-06-10Публикация

2012-10-16Подача