Теплоэнергетический комплекс для теплоснабжения горных выработок и помещений большого объема и способ Российский патент 2020 года по МПК E21F3/00 F24H3/02 

Уровень техники

На сегодняшний день серьезной проблемой является подогрев воздуха в помещениях большого объема, например в шахтах. При этом необходимо учитывать, что поскольку шахты являются помещениями повышенной опасности, важным критерием является создание такой системы подогрева воздуха, которая исключает дополнительные риски причинения вреда здоровья человека, с одной стороны, и была эффективной с точки зрения использования генерируемого тепла – с другой. Таким образом, создание устройства, удовлетворяющего данным критериям, является важной задачей в области создания систем теплоснабжения, в первую очередь подземного назначения.

Заявляемое изобретение относится к системам теплоснабжения различных объектов как наземного, так и подземного назначения, и предназначено для получения тепловой энергии (горячего воздуха) и подачи, например, в присадку к шахтному вентиляционному воздуху. Известно устройство для подогрева шахтного вентиляционного воздуха, раскрытое в патенте на изобретение RU 2189533 C2 (МПК F24D 15/00, F24H 3/02, E21F 1/00; опубликован 20.09.2002), «Установка для подогрева воздуха, подаваемого в шахту», предусматривающее нагрев, транспортирование и подачу горячего воздуха в присадку к основному потоку шахтного вентиляционного воздуха, содержащая камеру сгорания топлива, воздухоподогреватель, вентилятор, дымосос и трубопроводы, отличающаяся тем, что она снабжена распределительным устройством горячего воздуха и камерой смешения холодного и горячего воздуха. Недостатками известного устройства являются недостаточно интенсивный процесс горения топлива и низкий к. п. д. нагревательной установки.

Известен способ подогрева шахтного вентиляционного воздуха, раскрытый в заявке на патент на изобретение RU 2014121233 A (МПК F24D 15/00; опубликовано 10.12.2015) «Способ теплоснабжения вентиляции подземных горных выработок», осуществляемый путем получения горячих газов в камере сгорания топлива, поступающих по газоходу в воздухоподогреватель, нагревающих воздух, подаваемый вентилятором в воздухоподогреватель и далее поступающий через воздухораспределительное устройство горячего воздуха в присадку к вентиляционному воздуху, отличающийся тем, что посредством запорно-регулирующих устройств подача присадочного нагретого воздуха осуществляется при температуре не ниже +2°C на выходе из воздухоподогревателя, при этом, с помощью запорно-регулирующего устройства и вентилятора горячего воздуха, давление в воздухораспределительном устройстве горячего воздуха поддерживается выше давления, чем в камере смешения с шахтным воздухом.

Недостатком известного способа является отсутствие этапа очистки дымовых газов, а значит, в случае применения известного способа создается угроза загрязнения окружающей среды продуктами горения, а значит, существует риск причинения вреда здоровью человека, следовательно, такой способ подогрева шахтного воздуха не отвечает критерию безопасности.

Известно устройство для подогрева шахтного вентиляционного воздуха, принятое в качестве прототипа, раскрытое в патенте на изобретение (RU 2386034 C1, МПК E21F 3/00, E21F 1/00, F24H 3/02; опубликован 10.04.2010) «Способ подогрева шахтного вентиляционного воздуха и устройство для его осуществления», содержащее камеру сгорания топлива, вентиляторы вторичного дутья, конвективную рубашку, щелевые форсунки, воздухоподогреватель, воздухораспределительное устройство горячего воздуха, вентилятор горячего воздуха, дымосос, газоходы, воздуховод и КИП.

С помощью известного устройства для подогрева шахтного вентиляционного воздуха реализуют способ подогрева шахтного вентиляционного воздуха.

Известный способ подогрева шахтного вентиляционного воздуха раскрыт в патенте на изобретение RU 2386034 C1 (МПК E21F 3/00, E21F 1/00, F24H 3/02; опубликован 10.04.2010) «Способ подогрева шахтного вентиляционного воздуха и устройство для его осуществления». Известный способ подогрева шахтного вентиляционного воздуха включает нагрев атмосферного воздуха дымовыми газами, поступающими из камеры сгорания через газоход и камеру догорания топлива, подачу его в шахту через вентиляционную систему, отличающийся тем, что в поток вентиляционного воздуха, непосредственно в воздухораспределительное устройство горячего воздуха, дозированно подают присадку горячего воздуха, в камере сгорания используют вторичное дутье, вторичный воздух, подаваемый вентиляторами вторичного дутья, подогревают в конвективной рубашке боковых стенок камеры сгорания, а в выходном газоходе используют поддув холодного воздуха, который направляют вверх под углом не менее 45°.

Недостатками как известного устройства, так и способа, реализуемого с его помощью, являются:

- низкий к. п. д. применяемой схемы очистки дымовых газов, не превышающий 50%;

- конвективная рубашка, выполненная в виде щита, установленного возле боковых стенок камеры сгорания на расстоянии 50-70 мм, не обеспечивает достаточный нагрев холодного воздуха, забираемого из атмосферы, что отрицательно влияет на интенсивность процесса горения.

Следствием этих факторов является высокий риск причинения вреда здоровью человека, в случае использования известного устройства и способа, реализуемого с его помощью, в первую очередь, для дыхательной системы человека. Кроме того, использование известного устройства и способа приводит к загрязнению окружающей среды, ввиду низкой степени очистки дымовых газов от частиц золы и шлака (не более, чем на 50%).

Известно устройство для подогрева шахтного вентиляционного воздуха, принятое в качестве прототипа как наиболее близкое, раскрытое в патенте на изобретение RU 2488696 C2 (МПК E21F 3/00, F24H 3/06; опубликован 27.07.2013) «Теплоэнергетический комплекс для теплоснабжения горных выработок и помещений большого объема», содержащее систему топливоподачи, воздухонагревательную установку с камерой сгорания топлива, с подведенной к ней системами топочного и вторичного дутья, систему очистки и удаления дымовых газов, снабженной газоходами, золоуловителем, дымососом и дымовой трубой, рекуперативный групповой теплообменник, содержащий переходной боров; комплекс также включает тракт горячего воздуха и тракт холодного воздуха, а также систему золошлакоудаления и систему автоматизированного управления.

Известное устройство содержит две ступени очистки дымовых газов, а система подачи топочного дутья выполнена с возможностью подогрева части объема воздуха, подаваемого вентилятором топочного дутья в камеру сгорания с помощью золоуловителя.

С помощью известного устройства реализуют способ подогрева шахтного воздуха, заключающийся в том, что с помощью системы топливоподачи, в камеру сгорания подают топливо и поджигают его, одновременно с этим в камеру сгорания подают воздух с помощью системы топочного дутья, а также в камеру сгорания подают воздух с помощью системы вторичного дутья, образующиеся в процессе горения дымовые газы направляют в камеру снижения температуры газов с осевым вентилятором, после чего дымовые газы направляют в рекуперативный групповой теплообменник, в котором подогревают атмосферный воздух, и направляют в шахту, а дымовые газы охлаждают и направляют в дымовую трубу, образовавшиеся золу и шлак удаляют с помощью системы золошлакоудаления и осуществляют контроль с помощью системы автоматизированного управления. При этом часть воздуха, подаваемого через систему топочного дутья подогревают за счет теплообмена с золоуловителем, а дымовые газы подвергают двум ступеням очистки.

Известное устройство и способ имеют ряд недостатков, а именно низкое качество очистки дымовых газов от примесей золы и шлака, содержащихся в них, а также неоптимальный расход тепла, выделяемый известным устройством. В частности, тепло, выделяемое шнековым золоуловителем известного устройства, расходуется на нагрев только части объема воздуха, подаваемого вентилятором системы топочного дутья в камеру сгорания, что приводит к снижению интенсивности процесса горения, ввиду недостаточного нагревания объема воздуха, подаваемого в камеру сгорания через систему топочного дутья.

Задачей заявляемого изобретения является создание устройства, позволяющего эффективно осуществлять подогрев воздуха в шахтах с минимальным риском для здоровья человека.

Техническим результатом заявляемого изобретения в части устройства и способа является повышение эффективности и безопасности работы комплекса за счет новой схемы подачи топочного дутья и применения модифицированной системы многоступенчатой очистки дымовых газов.

Термины и определения

Коаксиально – расположение двух и более объектов таким образом, чтобы оси симметрии этих объектов располагались на одной общей оси.

Используемая здесь терминология не предназначена для ограничения вариантов реализации изобретения, а только служит цели описания конкретного варианта реализации. Использование формы единственного числа также подразумевает и выполнение в формулировке множественного числа, если не противоречит контексту.

Краткое описание изобретения

Заявляемый технический результат в части устройства достигается тем, что теплоэнергетический комплекс включает в себя систему топливоподачи, систему золошлакоудаления, систему автоматизированного управления и воздухонагревательную установку. В свою очередь, воздухонагревательная установка включает в себя, по крайней мере, одну камеру сгорания с, подведенными к ней системой топочного дутья и системой вторичного дутья. Также воздухонагревательная установка включает в себя подведенную к, по крайней мере, одной камере сгорания систему очистки и удаления дымовых газов, включающую газоходы, золоуловитель, дымосос и дымовую трубу, а также рекуперативный групповой теплообменник, соединенный с трактом холодного воздуха и трактом горячего воздуха. Причем, по крайней мере, одна камера сгорания снабжена конвективной рубашкой, а корпус золоуловителя и труба системы топочного дутья расположены коаксиально.

Такая конструкция заявляемого устройства позволяет, с одной стороны, обеспечить его безопасность, поскольку предусмотрена возможность дополнительной очистки дымовых газов от примесей золы и шлака, содержащихся в них. Это также обеспечивает снижение риска причинения вреда здоровью человека, что также соответствует критерию безопасность. С другой стороны описанная конструкция заявляемого устройства позволяет повысить его эффективность, поскольку обеспечивает снижение теплопотерь при повышении к. п. д. теплоэнергетического комплекса, за счет создания возможности эффективного использования тепла, выделяемого дымовыми газами при прохождении по золоуловителю.

В одном из возможных вариантов реализации заявляемого изобретения, по крайней мере, одна камера сгорания может быть снабжена ступенью предварительной очистки дымовых газов, которая представляет собой переход из газохода задней стенки камеры сгорания в камеру снижения температуры газов. В качестве примера переход может быть снабжен бункером, а камера снижения температуры газов может быть снабжена, по крайней мере, одним отбойником. Это позволяет повысить безопасность заявляемого изобретения за счет существенного снижения количества частиц золы и шлака, выбрасываемых в атмосферу, в том числе, позволяя снизить риск причинения вреда здоровью человека,

Кроме того, в одном из возможных вариантов реализации заявляемого изобретения корпус золоуловителя может содержать конвективную рубашку, что позволяет повысить эффективность заявляемого изобретения за счет снижения теплопотерь конструкции заявляемого устройства.

В качестве одного из возможных вариантов реализации заявляемого устройства золоуловитель может быть снабжен вертикальным рукавом, тангенциально подведенным к корпусу золоуловителя и золоудалителем, что позволяет эффективно захватывать и удалять частицы золы и шлака средних размеров в процессе очистки дымовых газов в золоуловителе. Это обеспечивает безопасность заявляемого устройства, поскольку позволяет снизить объем частиц золы и шлака, выбрасываемых в атмосферу.

В качестве другого варианта реализации заявляемого изобретения конвективная рубашка камеры сгорания может быть выполнена встроенной в боковую стенку, по крайней мере, одной камеры сгорания. Это позволяет эффективно подогревать холодный атмосферный воздух, подаваемый через систему вторичного дутья в камеру сгорания топлива, что приводит к повышению интенсивности горения топлива в камере сгорания. Таким образом, это позволяет повысить эффективность заявляемого изобретения. В качестве одного из возможных вариантов реализации конвективная рубашка камеры сгорания может быть снабжена, по крайней мере, одним соплом, что также обеспечивает эффективную подачу воздуха, поступающего из системы вторичного дутья, подогретого в конвективной рубашке камеры сгорания в камеру сгорания. Это, в свою очередь, обеспечивает эффективность использования заявляемого теплоэнергетического комплекса.

В части способа заявляемый технический результат достигается тем, что с помощью системы топливоподачи, в, по крайней мере, одну камеру сгорания подают топливо и поджигают его. Одновременно с этим в, по крайней мере, одну камеру сгорания подают воздух с помощью системы топочного дутья и системы вторичного дутья, причем воздух, подаваемый в систему топочного дутья, подогревают за счет теплообмена в золоуловителе. Образующиеся в процессе горения дымовые газы направляют в камеру снижения температуры газов, после чего дымовые газы направляют через золоуловитель в рекуперативный групповой теплообменник, в воздухоподогревателях которого подогревают воздух и направляют его в шахту. При этом дымовые газы охлаждают и направляют в дымовую трубу, образовавшиеся золу и шлак удаляют с помощью системы золошлакоудаления и осуществляют контроль с помощью системы автоматизированного управления.

Заявляемый способ подогрева шахтного воздуха позволяет эффективно и безопасно осуществлять нагрев воздуха в шахте, за счет применения системы глубокой многоступенчатой очистки дымовых газов от примесей частиц золы и шлака, а также снижения теплопотерь конструкции в процессе использования заявляемого устройства.

В качестве примера реализации такой очистки дымовые газы могут дополнительно направлять в ступень предварительной очистки дымовых газов, по крайней мере, одной камеры сгорания, причем очистку на данной ступени могут проводить путем инерционного улавливания в переходе из газохода задней стенки камеры сгорания в камеру снижения температуры газов и с помощью отбойников, расположенных в камере снижения температуры газов.

В качестве другого возможного варианта реализации заявляемого способа воздух вторичного дутья могут подавать в, по крайней мере, одну камеру сгорания через конвективную рубашку, что обеспечивает повышение интенсивности горения топлива в камере сгорания, а значит, обеспечивает эффективность применения заявляемого способа.

Также дымовые газы могут дополнительно очищать сначала в золоуловителе, а затем – путем инерционного улавливания с помощью переходного борова рекуперативного группового теплообменника, что обеспечивает эффективное улавливание частиц золы и шлака, содержащихся в дымовых газах. Это повышает безопасность и обеспечивает эффективность применения заявляемого способа подогрева шахтного воздуха.

Описание чертежей.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 изображен общий вид теплоэнергетического комплекса в плане, на Фиг. 2 - воздухонагревательная установка с, по крайней мере, одной камерой сгорания 20, вид сбоку, на Фиг. 3 - система удаления дымовых газов 18, снабженная золоуловителем 29, и соединенная с рекуперативным групповым теплообменником 15, на Фиг. 4 – один из возможных вариантов реализации соединения тракта холодного воздуха 51 с рекуперативным групповым теплообменником 15. На Фиг. 5 изображен общий вид теплоэнергетического комплекса, вид сбоку (сечение A – A Фиг. 1), на Фиг. 6 – рекуперативный групповой теплообменник 15 с переходным боровом 37, где черными стрелками показано направление движения дымовых газов, а на Фиг. 7 - камера сгорания 20 с конвективной рубашкой 31.

Особенности изобретения раскрыты в следующем описании и прилагаемых изображениях, поясняющих изобретение. В рамках данного изобретения могут быть разработаны альтернативные варианты его реализации. Кроме того, хорошо известные элементы изобретения не будут описаны подробно или будут опущены, чтобы не перегружать подробностями описание настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения в части устройства.

В здании 1 теплоэнергетического комплекса расположены теплогенераторный блок 2, оборудование системы топливоподачи, системы золошлакоудаления и системы автоматизированного управления. В здании размещают также операторскую 3 и бытовые помещения 4.

Система топливоподачи содержит угольный бункер 5, дробилку 6, железоотделитель 7, скребковый конвейер 8, топочные бункера 9 и опорные металлоконструкции 10. Данная система предназначена для обеспечения бесперебойной подачи топлива в камеры сгорания 20. Управление скребковым конвейером 8 и дробилкой 6 осуществляют в автоматическом режиме - оператором с сенсорной панели управления, а в местном режиме - кнопками, расположенными в местах установки электроприводов (не показаны для удобства).

Система золошлакоудаления включает в себя следующие элементы:

транспортеры спиральные 11, скребковый конвейер шлакозолоудаления 12, опорные металлоконструкции 13 и бункер 14 с секторным затвором (не показан для удобства). Система предназначена для удаления золы и шлака из-под рекуперативного группового теплообменника 15, золоуловителей 29, зольных бункеров 25, винтовых конвейеров 24 удаления просыпей и золы и сбора их в бункер 14. Управление данным оборудованием осуществляют так же, как и системы топливоподачи.

Воздухонагревательная установка включает теплогенераторный блок 2, рекуперативный групповой теплообменник 15, тракт холодного воздуха 51 с вентилятором 16, тракт горячего воздуха 17, систему удаления дымовых газов 18, дымовую трубу 19.

Теплогенераторный блок 2 включает в себя, по крайней мере, одну камеру сгорания 20. В рамках реализации настоящего изобретения количество камер сгорания 20 может быть выполнено любым, в зависимости от необходимой мощности теплоэнергетического комплекса. Каждая камера сгорания 20 снабжена топкой 39, работающей на твердом топливе. В качестве твердого топлива может быть использовано любое известное твердое топливо, например, бурый уголь, коксующийся уголь или антрацит, а также дрова или торф. В рамках реализации настоящего изобретения топка 39 может быть выполнена любой известной конструкции. В качестве примера топка 39 может быть выполнена с прямым ходом или с обратным ходом. Каждая камера сгорания 20 соединена с системой топочного дутья 21, системой вторичного дутья 22, камерой 26 снижения температуры газов с осевым вентилятором 23, а также снабжена винтовыми конвейерами 24 удаления просыпей и золы и зольным бункером 25. Корпус 40 камеры сгорания 20 может быть выполнен из любого известного теплоизоляционного материала с теплопроводностью не более 0.9 Вт/м·К и температурой начала размягчения не менее 1350°С, например, шамотного кирпича. Боковые и лобовая стенки камеры сгорания 20 выполнены опирающимися на топку 39. Со стороны задней стенки камера сгорания 20 снабжена камерой 26, в которой происходит аварийное снижение температуры дымовых газов. Это достигается за счет снабжения камеры 26 снижения температуры газов осевым вентилятором 23, который предназначен для подачи атмосферного воздуха в камеру 26 снижения температуры газов. Верх камеры сгорания 20 может быть выполнен любой известной конструкции. В качестве примера верх камеры сгорания может быть выполнен в виде арочного свода, а со стороны лобовой (фронтальной) стенки камеры сгорания 20 расположены забрасыватели топлива 27. Под камерой сгорания 20 расположен зольный бункер 25 для сбора золы и шлака, течки для сбора просыпи угля (не показаны для удобства) и подачи их винтовыми конвейерами 24 на скребковый конвейер 12.

Выходной патрубок 43 камеры сгорания 20, снабженной камерой 26 снижения температуры газов с осевым вентилятором 23, соединен с газоходом 44 системы удаления дымовых газов 18.

В одном из возможных вариантов реализации заявляемого изобретения камера 26 снижения температуры газов с осевым вентилятором 23 может быть снабжена бункером 41, предназначенным для сбора крупных частиц золы и шлака. В этом случае камера сгорания 20 может быть снабжена газоходом 42 задней стенки камеры сгорания 20, соединенным с камерой 26 снижения температуры газов. Газоход 42 задней стенки камеры сгорания 20 может быть выполнен любой известной конструкции. В качестве примера газоход 42 задней стенки камеры сгорания 20 может быть выполнен U-образной формы, как показано на Фиг. 2. В данном варианте реализации заявляемого изобретения на выходе из камеры 26 снижения температуры газов расположен выходной патрубок 43 камеры сгорания 20, который, в свою очередь, соединен с газоходом 44 системы удаления дымовых газов 18.

Кроме того, в одном из возможных вариантов реализации заявляемого изобретения камера 26 снижения температуры газов может быть снабжена, по крайней мере, одним отбойником 53, предназначенным для создания препятствий на пути потока дымовых газов, выходящих из газохода 42 задней стенки камеры сгорания 20. Это позволяет осуществлять предварительную очистку дымовых газов от крупных частиц золы и шлака, содержащихся в них. Таким образом, это позволяет повысить безопасность заявляемого изобретения, поскольку позволяет снизить выбросы частиц золы шлака в атмосферу, и как следствие, снизить риск причинения вреда здоровью человека.

Система топочного дутья 21 включает в себя трубу 28, соединенную с карманом воздухозабора 30 и топочным вентилятором 45. При этом труба 28 выполнена с возможностью теплообмена находящегося в ней воздуха с золоуловителем 29. В качестве одного из примеров реализации возможности такого теплообмена, труба 28 может быть выполненной вставленной в золоуловитель 29. В качестве другого варианта реализации такого теплообмена в рамках заявляемого изобретения корпус 52 золоуловителя 29 и труба 28 могут быть расположены коаксиально. В этом случае корпус 52 может быть дополнительно снабжен конвективной рубашкой 54 золоуловителя 29, предназначенной для подогрева воздуха, поступающего в карман воздухозабора 30 топочного вентилятора 45 системы топочного дутья 21. В таком варианте реализации заявляемого изобретения труба 28 может быть выполнена в виде внешней оболочки конвективной рубашки 54 золоуловителя 29. Такая конструкция обеспечивает эффективность использования заявляемого изобретения, поскольку выделяемое дымовыми газами тепло при прохождении по золоуловителю 29 расходуется на нагрев атмосферного воздуха, поступающего в систему топочного дутья 21, то есть, такая конструкция обеспечивает снижение теплопотери при повышении к. п. д. теплоэнергетического комплекса, а значит, повышение его эффективности.

Система вторичного дутья 22 представляет собой трубопровод 46, снабженный, по крайней мере, одним вентилятором вторичного дутья 47. Трубопровод 46 системы вторичного дутья 22 подведен к, по крайней мере, одной конвективной рубашке 31, расположенной в камере сгорания 20 (Фиг. 7). В качестве одного из возможных вариантов реализации заявляемого изобретения конвективная рубашка 31 может быть выполнена в виде плоского герметично закрытого короба и может быть расположена в кирпичной кладке камеры сгорания 20. В качестве примера, по крайней мере, одна конвективная рубашка 31 может быть расположена с минимальным зазором для компенсации тепловых расширений в кладке одной из боковых стенок, по крайней мере, одной камеры сгорания 20.

Также в качестве другого возможного варианта реализации заявляемого изобретения, по крайней мере, одна конвективная рубашка 31 может быть снабжена соплом 48, предназначенным для подачи подогретого вторичного воздуха внутрь, по крайней мере, одной камеры сгорания 20. Сопло 48, в этом случае, может быть выполнено, в качестве примера, в виде сопла прямоугольного сечения или сопла любой другой известной конструкции.

Система удаления дымовых газов 18 включает в себя газоходы 44, дымосос 33, золоуловитель 29 и дымовую трубу 19. При этом система удаления дымовых газов 18 последовательно соединена с помощью газоходов 44 с золоуловителем 29 и рекуперативным групповым теплообменником 15. Таким образом, система удаления дымовых газов 18 предназначена для вывода продуктов сгорания топлива (дымовых газов), образовавшихся в камере сгорания 20, через золоуловитель 29 в рекуперативный групповой теплообменник 15, а из него, с помощью газоходов 44 – в дымовую трубу 19 за счет возможности создания разряжения с помощью дымососа 33. Для компенсации изменений длины газоходов система удаления дымовых газов 18 также может быть снабжена компенсаторами 34 тепловых перемещений любой известной конструкции. В качестве примера система удаления дымовых газов 18 может быть снабжена компенсаторами тепловых перемещений типа ПГВУ.

В качестве одного из возможных вариантов реализации заявляемого изобретения золоуловитель 29 может быть выполнен по аналогии с прямоточным циклонным элементом типа «винт» с углом раскрытия 30°. В качестве примера золоуловитель 29 может быть установлен в горизонтальной части газохода между выходным патрубком камеры сгорания 20 и рекуперативным групповым теплообменником 15 и снабжен вертикальным рукавом 35, тангенциально подведенным к обечайке корпуса 52 золоуловителя 29, и золоудалителем 36.

Рекуперативный групповой теплообменник 15 соединен с камерой сгорания 20 с помощью газоходов 44 системы удаления дымовых газов 18 и предназначен для нагрева холодного воздуха, поступающего из атмосферы, горячими дымовыми газами, исходящими из камеры сгорания 20. В свою очередь, конструктивно рекуперативный групповой теплообменник 15 включает в себя, по крайней мере, два короба 49, с расположенными в них, по крайней мере, двумя воздухоподогревателями 50 и, по крайней мере, одним переходным боровом 37, выполняющим функцию инерционного уловителя (Фиг. 6). Снабжение рекуперативного группового теплообменника 15 переходным боровом 37 обеспечивает возможность очистки дымовых газов от мелкой фракции частиц золы плотностью до 2.5 г/см³ и диаметром более 20 мкм, что в свою очередь, обеспечивает безопасность использования заявляемого изобретения. В нижней части переходного борова 37 расположены спиральные транспортеры 11 системы золошлакоудаления, предназначенные для удаления мелких частиц золы, оседающих в переходном борове 37.

Тракт холодного воздуха 51 предназначен для подачи холодного атмосферного воздуха, забираемого из атмосферы вентилятором 16, в рекуперативный групповой теплообменник 15, как показано на Фиг. 4.

Тракт горячего воздуха 17 предназначен для подачи горячего воздуха, выходящего из рекуперативного группового теплообменника 15, в присадку к основному потоку холодного воздуха, поступающего, например, на вентиляцию шахты. Для этого тракт горячего воздуха 17 снабжен воздуховодами тракта горячего воздуха 17. Воздуховоды тракта горячего воздуха 17 оборудованы шиберами (не показаны), управление которых возможно от кнопок (местное управление) или дистанционно, и распределительным устройством 38. Для компенсации температурных изменений длины воздуховоды тракта горячего воздуха 17 могут быть оборудованы компенсаторами 32 тепловых перемещений любой известной конструкции. В качестве примера воздуховоды тракта горячего воздуха 17 могут быть оборудованы компенсаторами тепловых перемещений типа ПГВУ.

Заявляемый теплоэнергетический комплекс также снабжен системой автоматизированного управления (САУК), которая обеспечивает управление вентилятором 16 и осевым вентилятором 23, приводами топочных решеток, топочными питателями (не показаны для удобства), дымососами 33, конвейерами 8 углеподачи и шлакоудаления 12, спиральными транспортерами 11 удаления уноса, винтовыми конвейерами 24, дробилкой 6 и шиберами. Система САУК предусматривает аварийное отключение подачи горячего воздуха в случае содержания СО в горячем воздухе за воздухоподогревателем выше допустимого, что обеспечивает безопасность использования заявляемого изобретения.

Отличительной особенностью заявляемого изобретения является наличие многоступенчатой системы очистки дымовых газов. Данная система очистки включает в себя, по крайней мере, две ступени.

Функцию первой ступени очистки выполняет золоуловитель 29, предназначенный для улавливания крупных частиц золы и шлака, а функцию второй ступени очистки выполняет переходный боров 37 группового теплообменника 15, предназначенный для осаждения более мелких частиц, находящихся в дымовых газах. В случае снабжения камеры сгорания 20 газоходом 42 задней стенки камеры сгорания 20 многоступенчатая система очистки дымовых газов заявляемого теплоэнергетического комплекса включает в себя ступень предварительной очистки, функцию которой выполняет переход из газохода 42 задней стенки камеры сгорания 20 в камеру 26 снижения температуры газов и отбойники 53, расположенные в ней.

Такая многоступенчатая система очистки дымовых газов обеспечивает безопасность использования заявляемого теплоэнергетического комплекса, ввиду глубокой очистки дымовых газов от частиц золы и шлака.

Описанные в тексте данной заявки варианты реализации устройства не являются единственно возможными и приведены с целью наиболее наглядного раскрытия сути изобретения.

Подробное описание изобретения в части способа

С помощью заявляемого теплоэнергетического комплекса реализуют следующий способ подогрева шахтного воздуха.

Твердое топливо из бункера 5 системы подачи топлива перемещают в дробилку 6, после чего с помощью скребкового конвейера 8 подают топливо в топочный бункер 9. Из топочного бункера 9 с помощью забрасывателей топлива 27 топливо подают в топку камеры сгорания 20, в которой производят поджог топлива.

Одновременно с этим в камеру сгорания 20 подают воздух с помощью системы топочного дутья 21. При этом атмосферный воздух, поступающий в систему топочного дутья 21 за счет разряжения, создаваемого топочным вентилятором 45, проходит по трубе 28 и нагревается за счет теплообмена со стенкой корпуса 52 золоуловителя 29, служащего для очистки проходящих по нему горячих дымовых газов. Проходя по трубе 28, подогретый воздух поступает в карман воздухозабора 30 топочного вентилятора 45, после чего, подогретый воздух подают под полотно (не показано для удобства) топки 39, по крайней мере, одной камеры сгорания 20. В случае снабжения корпуса 52 золоуловителя 29 конвективной рубашкой 54 золоуловителя 29, атмосферный воздух, поступающий в систему топочного дутья 21 за счет разряжения, создаваемого топочным вентилятором 45, проходит по трубе 28 и нагревается за счет теплообмена со стенкой корпуса 52 золоуловителя 29 и конвективной рубашкой 54 золоуловителя 29.

Вторичный воздух подают в камеру сгорания 20 по трубопроводу 46 системы вторичного дутья 22 с помощью, по крайней мере, одного вентилятора вторичного дутья 47. Воздух из системы вторичного дутья 22 поступает в, по крайней мере, одну конвективную рубашку 31 расположенной по крайней мере, в одной камере сгорания 20, например, расположенной с минимальным зазором в кладке боковой стенки камеры сгорания 20. Подачу подогретого вторичного воздуха из, по крайней мере, одной конвективной рубашки 31 осуществляют с помощью сопла 48.

Описанная подача подогретого атмосферного воздуха через систему топочного дутья 21 и систему вторичного дутья 22 в камеру сгорания 20 обеспечивает полное сжигание топлива в камере сгорания 20, а значит, повышает эффективность работы заявляемого устройства.

В процессе горения в камере сгорания 20 образуются дымовые газы. Дымовые газы, нагретые в камере сгорания 20 до высоких (более 400°С) температур, подхватывая частицы золы и шлака, под действием разрежения, развиваемого дымососом 33, перемещаются в камеру 26 снижения температуры газов с осевым вентилятором 23. Температура дымовых газов на входе в воздухоподогреватель 50 рекуперативного группового теплообменника 15 не должна превышать допустимой, что обеспечивается организованной подачей атмосферного воздуха (топочное и вторичное дутье) в камеру сгорания или включением в работу (при достижении аварийного значения температуры газов) осевого вентилятора 23.

В случае снабжения камеры сгорания 20 газоходом 42 задней стенки камеры сгорания и бункером 41 реализуют этап предварительной очистки дымовых газов, за счет того, что поток дымовых газов в переходе из газохода 42 задней стенки камеры сгорания 20 в камеру 26 снижения температуры газов разворачивается на 180°. В результате осуществляется инерционное улавливание крупных частиц золы и шлака и их осаждение в предусмотренном для этого бункере 41.

Далее дымовые газы направляют в газоход 44 системы удаления дымовых газов 18 через выходной патрубок 43 камеры сгорания 20 под действием разрежения, развиваемого дымососом 33, в результате чего они попадают в золоуловитель 29, который установлен в горизонтальной части газохода между выходным патрубком камеры сгорания 20 и рекуперативным групповым теплообменником 15. При прохождении дымовых газов по золоуловителю 29 возникает явление инерционного улавливания, которое обеспечивает удаление частиц золы и шлака из потока дымовых газов. Таким образом, реализуют первую ступень очистки дымовых газов от частиц золы и шлака с помощью золоуловителя 29. Удаление частиц золы и шлака производят через вертикальный рукав 35, тангенциально подведенный к обечайке корпуса 52 золоуловителя 29, и золоудалитель 36 системы золошлакоудаления.

В случае снабжения камеры сгорания 20 газоходом 42 задней стенки камеры сгорания 20 на данном этапе происходит осаждение из дымовых газов частиц золы и шлака крупного размера.

После этого дымовые газы, прошедшие первый этап очистки, направляют в рекуперативный групповой теплообменник 15 с помощью газоходов 44 системы удаления дымовых газов 18. Дымовые газы попадают в, по крайней мере, один короб 49 рекуперативного группового теплообменника 15. Одновременно с этим, в, по крайней мере, один воздухоподогреватель 50 рекуперативного группового теплообменника 15 подают холодный атмосферный воздух по тракту холодного воздуха 51, соединенному с рекуперативным групповым теплообменником 15, с помощью вентилятора 16. Происходит передача тепла от дымовых газов атмосферному воздуху, проходящему из одного воздухоподогревателя 50 рекуперативного группового теплообменника 15 в другой, при этом воздух нагревается до температуры около 300°С.

В рекуперативном групповом теплообменнике 15 происходит охлаждение горячих дымовых газов до температуры 120÷130°С. Далее дымовые газы проходят через переходный боров 37, то есть, проходят второй этап очистки от частиц золы и шлака. Газовый поток в переходном борове 37 меняет направление движения на 180° и скорость его уменьшается в 2,5 раза за счет увеличения проходного сечения. Частицы золы плотностью до 2,5 г/см³ и диаметром более 20 мкм, сохраняя первоначальную скорость и направление движения, выпадают в нижней части переходного борова 37 и их удаляют в спиральные транспортеры 11 системы золошлакоудаления. Таким образом, осуществляют вторую ступень очистки дымовых газов от частиц золы и шлака с помощью переходного борова 37 рекуперативного группового теплообменника 15. Это обеспечивает безопасность использования заявляемого изобретения. После этого охлажденные в рекуперативном групповом теплообменнике 15 до температуры 120÷130°С дымовые газы направляются на всасывающий патрубок дымососа 33 и далее через дымовую трубу 19 выбрасываются в атмосферу.

Нагретый до температуры около 300°С горячий воздух по тракту горячего воздуха 17 подают из воздухоподогревателей 50 рекуперативного группового теплообменника 15 на распределительное устройство 38 в присадку к основному потоку шахтного вентиляционного воздуха. Газовый поток внутри трубок воздухоподогревателя 50 рекуперативного группового теплообменника 15 находится под разрежением, создаваемым дымососом 33, а воздушный в межтрубном пространстве - под напором, создаваемым вентилятором 16, что исключает попадание продуктов сгорания в горячий воздух, идущий на вентиляцию шахты по тракту горячего воздуха 17, а значит, обеспечивает эффективность и безопасность использования теплоэнергетического комплекса.

Поскольку зона 55 смешения горячего присадочного воздуха и основного потока холодного вентиляционного воздуха шахтного вентилятора главного проветривания представляет собой контактный теплообменник, здесь отсутствует обратная линия греющего теплоносителя и к.п.д. такого теплообменника, при отсутствии утечек, составляет 100%.

Управление заявляемым теплоэнергетическим комплексом осуществляют с помощью системы автоматизированного управления и контроля (САУК), которая обеспечивает управление вентилятором 16 и осевым вентилятором 23, приводами топочных решеток, топочными питателями (не показаны для удобства), дымососами 33, конвейерами 8 углеподачи и шлакоудаления 12, спиральными транспортерами 11 удаления уноса, винтовыми конвейерами 24, дробилкой 6 и шиберами. Система САУК предусматривает аварийное отключение подачи горячего воздуха в случае содержания СО в горячем воздухе за воздухоподогревателем выше допустимого, что обеспечивает безопасность использования заявляемого изобретения.

Таким образом, принцип действия теплоэнергетического комплекса заключается в получении в теплогенераторном блоке 2 горячих дымовых газов, которые, поступая в рекуперативный групповой теплообменник 15, нагревают воздушный поток атмосферного воздуха, нагнетаемого вентилятором 16 и подаче горячего воздуха на распределительное устройство 38 в присадку к вентиляционному воздуху шахтного вентилятора главного проветривания.

Описанные в тексте данной заявки варианты реализации способа не являются единственно возможными и приведены с целью наиболее наглядного раскрытия сути изобретения.

Теплоэнергетический комплекс обеспечивает получение и дозированную подачу горячего воздуха для теплоснабжения вентиляции горных выработок, использование подогретого воздуха топочного и вторичного дутья и применение многоступенчатой очистки дымовых газов, направленной на уменьшение вредных выбросов в атмосферу, повышает эффективность работы и кпд воздухонагревательной установки.

Теплоэнергетический комплекс для теплоснабжения горных выработок и помещений большого объема и способ относятся к системам теплоснабжения различных объектов как наземного, так и подземного назначения и предназначены для получения тепловой энергии (горячего воздуха) и подачи. Техническим результатом заявляемого изобретения в части устройства и способа является повышение эффективности и безопасности работы комплекса за счет новой схемы подачи топочного дутья и применения модифицированной системы многоступенчатой очистки дымовых газов. Заявляемый теплоэнергетический комплекс включает в себя систему топливоподачи, систему золошлакоудаления, систему автоматизированного управления и воздухонагревательную установку. В свою очередь, воздухонагревательная установка включает в себя по крайней мере одну камеру сгорания с подведенными к ней системой топочного дутья и системой вторичного дутья. Теплоэнергетический комплекс обеспечивает получение и дозированную подачу горячего воздуха для теплоснабжения вентиляции горных выработок, использование подогретого воздуха топочного и вторичного дутья и применение многоступенчатой очистки дымовых газов, направленной на уменьшение вредных выбросов в атмосферу, повышает эффективность работы и кпд воздухонагревательной установки. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Теплоэнергетический комплекс, включающий систему топливоподачи, систему золошлакоудаления, систему автоматизированного управления и воздухонагревательную установку, включающую по крайней мере одну камеру сгорания с подведенными к ней системой топочного дутья и системой вторичного дутья, подведенную к по крайней мере одной камере сгорания систему очистки и удаления дымовых газов, включающую газоходы, золоуловитель, дымосос и дымовую трубу, а также рекуперативный групповой теплообменник, соединенный с трактом холодного воздуха и трактом горячего воздуха, причем по крайней мере одна камера сгорания снабжена конвективной рубашкой, по крайней мере одна камера сгорания снабжена ступенью предварительной очистки дымовых газов, а корпус золоуловителя и труба системы топочного дутья расположены коаксиально.

2. Теплоэнергетический комплекс по п. 1, отличающийся тем, что корпус золоуловителя содержит конвективную рубашку.

3. Теплоэнергетический комплекс по п. 1, отличающийся тем, что золоуловитель снабжен вертикальным рукавом, тангенциально подведенным к корпусу золоуловителя, и золоудалителем.

4. Теплоэнергетический комплекс по п. 1, отличающийся тем, что ступень предварительной очистки дымовых газов представляет собой переход из газохода задней стенки камеры сгорания в камеру снижения температуры газов.

5. Теплоэнергетический комплекс по п. 4, отличающийся тем, что переход снабжен бункером, а камера снижения температуры газов снабжена по крайней мере одним отбойником.

6. Теплоэнергетический комплекс по п. 1, отличающийся тем, что конвективная рубашка выполнена встроенной в боковую стенку, по крайней мере, одной камеры сгорания.

7. Теплоэнергетический комплекс по п. 1, отличающийся тем, что конвективная рубашка снабжена по крайней мере одним соплом.

8. Способ подогрева шахтного воздуха, заключающийся в том, что с помощью системы топливоподачи в по крайней мере одну камеру сгорания подают топливо и поджигают его, одновременно с этим в по крайней мере одну камеру сгорания подают воздух с помощью системы топочного дутья и системы вторичного дутья, причем воздух, подаваемый в систему топочного дутья, подогревают за счет теплообмена в золоуловителе, образующиеся в процессе горения дымовые газы направляют в ступень предварительной очистки по крайней мере одной камеры сгорания, затем дымовые газы направляют в камеру снижения температуры газов, после чего дымовые газы направляют через золоуловитель в рекуперативный групповой теплообменник, в воздухоподогревателях которого подогревают воздух и направляют его в шахту, а дымовые газы охлаждают и направляют в дымовую трубу, образовавшиеся золу и шлак удаляют с помощью системы золошлакоудаления и осуществляют контроль с помощью системы автоматизированного управления.

9. Способ подогрева шахтного воздуха по п. 8, отличающийся тем, что дымовые газы предварительно очищают путем инерционного улавливания в переходе из газохода задней стенки камеры сгорания в камеру снижения температуры газов, также с помощью отбойников, расположенных в камере снижения температуры газов.

10. Способ подогрева шахтного воздуха по п. 8, отличающийся тем, что воздух вторичного дутья подают в по крайней мере одну камеру сгорания через конвективную рубашку.

11. Способ подогрева шахтного воздуха по п. 8, отличающийся тем, что дымовые газы дополнительно очищают сначала в золоуловителе, а затем очищают путем инерционного улавливания с помощью переходного борова рекуперативного группового теплообменника.