Разработка шахтных воздухонагревательных комплексов котельная-калорифер с применением котлов на основе вихревых топок «Торнадо»

Разработка шахтных воздухонагревательных комплексов котельная-калорифер с применением котлов на основе вихревых топок «Торнадо»

Воздухонагревательные комплексы относятся к шахтному оборудованию и предназначены для подогрева потока вентиляционного воздуха на входе в шахту до температуры не ниже +2°С . Работа вентиляции необходима, прежде всего, для вымывания и разбавления метана, проблема метана пока остается неразрешенной. Из последних это взрывы на шахтах: "Ульяновская", 19 марта2007года, погибли 110 человек; «Юбилейная», 24 мая 2007 года, погибли 39 человек; «Комсомольская», 25 июня 2007 года, погибли 8 человек; «Засядько» 18 ноября 2007года, погибли 100 человек; «Киселёвская», пострадали 6 человек; «Распадская», 8 мая 2010 года погибли 73 человека и пропали без вести 18 человек.


Главные вентиляционные установки проветривания шахт требуют больших расходов тепла для подогрева подаваемого воздуха и строительства мощных воздухонагревательных установок (ВНУ), которые являются сложными, дорогостоящими объектами. Наиболее простой в реализации является схема подогрева воздуха паром или водой через калориферную установку от типовой котельной. Причем по условию расположения дымовой трубы не ближе 30м от точки забора воздуха, между котельной и калориферной должна быть установлена теплотрасса. Существенным недостатком этой схемы является возможность размораживания котельной, теплотрассы и калориферной установки вследствие аварии или любых других непредвиденных обстоятельств.

Соответственно рассматривались и другие системы подогрева воздуха. Вторым вариантом рассматривалась ВНУ с использованием высокотемпературного органического теплоносителя (ВОТ). Котельная и контур циркуляции теплоносителя с использованием ВОТ устойчивы к отрицательным температурам, но имеют высокие, жесткие требования по арматуре и пожарной опасности. Стоимость ВНУ и пожарная опасность из-за самовоспламенения утечек масла с использованием ВОТ высокая.

Большое распространение получили ВНУ с подогревом и подмешиванием подогретого до 400-200°С воздуха. Подогрев воздуха осуществляется топочными газами в воздухоподогревателях. Установки производятся КЭЗСБ, Кемеровским экспериментальным заводом средств безопасности.

При рассмотрении схемы КЭЗСБ были выделены недостатки:
Типовая колосниковая механическая топка для нормальной надежной работы должна иметь защитный слой угля или золы от 80 до 120 мм. Это определяет пределы регулирования топки от 65 до 100%. Из-за провала и недожога с уносом КПД самой топки порядка 80%, и особенно резко падает, до 75-60% КПД на переизмельченном угле, а такой уголь типично используется.
При тонком слое золы и даже в нормальных условиях эксплуатации через 1-2 года необходим дорогостоящий ремонт полотна и топки, с затратами на уровне стоимости собственно механической топки.

article-6.jpg

Рис.1. Вид топки ВНУ КЭЗСБ. На стенах наплывы шлака, балки покороблены.
Камера сгорания – неэкранированная, в тяжелой обмуровке. Остановка и запуск плохо сказывается на обмуровке камеры сгорания, при пусках и остановах она растрескивается, сокращается продолжительность ее работы. Для устранения термоциклических напряжений необходимо держать топку в нагретом состоянии, и соответственно все время сжигать уголь и следить за ее работой. Типично это так и делается.
При высокой нагрузке ВНУ обмуровка сильно раскаляется. Кирпичи выгорают и выкрашиваются. Колосники топки перекаливаются. Из-за отсутствия экранов слой топлива и стены сильно шлакуются (рис.1). В таких топках нельзя сжигать коксующийся, Ж и ряд других углей.
За топкой по условию работы воздухоподогревателя дымовые газы нужно иметь с температурой до 500 – 530°С, при том, что теоретическая температура горения каменного угля в неохлаждаемой топке составляет 1600- 1800°С . Соответственно для защиты воздухоподогревателя в дымовые газы делается подача (2,5-3,5 кратно) избыточного дутья, под слой или организованный присос холодного воздуха. Подача избыточного дутья снижает КПД установки еще на 20-30%. Таким образом, общий КПД на выходе камеры смешения будет не более 60%.
Потери тепла от большого горячего воздуховода так же велики, на уровне 5-10%, а его стоимость велика. Итоговый КПД ВНУ низок – около 50%. Удельный расход условного топлива – 0,2857 кг/Гкал.

ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ

На основе анализа проблемы и рассмотрения различных вариантов и технологий была разработана и запатентована [1] схема воздухонагревательного комплекса котельная-калорифер с применением котлов на основе вихревых топок «Торнадо» и использованием в качестве теплоносителя антифриза нового поколения «Hot Blood-65М», удовлетворяющего требованиям ГОСТ 28084-89 и требованиям стандарта ASTM D 1384-80 США.

На применение антифризов «Hot Blood-65М» и «Hot Blood-65М ЭКО» в опасном производстве, котлах и шахтах получена лицензия. За счет разбавления исходного продукта водой в различных пропорциях можно получить теплоноситель с любой температурой замерзания в диапазоне от ?10°С до ?65°С. Для разбавления может использоваться обычная (недистиллированная) вода с жесткостью до 7 единиц.

Неразбавленный антифриз «Hot Blood-65М» (температура замерзания -65°С) содержит 65% этиленгликоля, его водный раствор 2:1 (температура замерзания -30°С) содержит 43% этиленгликоля, водный раствор 1:1 (температура замерзания -20°С) содержит 34% этиленгликоля. Главное преимущество использования антифриза «Hot Blood-65М» в закрытых (автономных) системах отопления в том, что система не подвергнется разрушению при размораживании, как это имело бы место с водой. Кроме того, при использовании антифриза «Hot Blood-65М» отдельные элементы системы могут монтироваться снаружи здания, и система может запускаться в любое время при отрицательных температурах, антифриз работоспособен в течение многих лет. Температура термического разложения этиленгликоля равна +170°С и создает некоторое ограничение по его применению.

С этой целью были разработаны специальные котлы с вихревыми топками «Торнадо» и пригодные к повышенным требованиям применения антифриза, котлы марки КВа-ШпВТ. Котлы имеют беспровальную, охлаждаемую водой колосниковую решетку, на которой сжигаются крупные частицы угля и вихревое удержание и дожигание уноса над слоем.

Благодаря устранению провала и снижению недожога КПД котла повышается на 10-20%. Вихревые топки работают с минимальным избытком воздуха, не более 1,3. В котлах стены топки образованы экранами, а колосник охлаждается, не выгорает и не ремонтируется многие годы. Стены холодные слой хорошо охлаждается и не шлакуется. Общий КПД котлов с вихревыми топками «Торнадо» для каменного угля на уровне 87-85%.

Вместо крупногабаритного воздуховода используется теплотрасса. Диаметр труб мал, их легко теплоизолировать. Известно, что успешно применяются теплотрассы длиной в десятки километров. Потери тепла теплотрассы 125м на уровне 0,1-0,2%. Итоговый КПД установки около 85%. Удельный расход условного топлива 0,168 кг/Гкал [2].

Разработка нашла значительное применение при строительстве новых шахт в Кемеровской области. Построены и действуют комплексы на следующих шахтах:

- «Большевик», г.Новокузнецк, 3шт. КВа-5ШпВТ.

- «Южная», 4шт. КВа-7,0-100ШпВТ.

- «Красногорская», 6шт. КВа-7,0-100ШпВТ.

- «Анжерская-Южная», 2шт. КВа-5-100ШпВТ.

Благодаря высокой форсировке топочного процесса «Торнадо» габариты котлов и котельной в целом заметно уменьшаются.

С другой стороны при стандартном подходе к проектированию размеры строительной части котельной и калориферного отделения оказываются значительными, требуют значительных сроков и больших затрат средств на строительство и монтаж комплекса. Для примера на фотографиях (рис.2, и рис.3) показан общий вид зданий калориферного отделения и котельной шахты Южная с установленной мощностью 28МВт. Еще большие габариты имеет комплекс шахты Красногорская с установленной мощностью 42МВт.

article-6-1.jpg

Рис.2. Вид калориферного отделения. Шахта Южная, мощность 21 МВт.

article-6-2.jpg

Рис.4. Габариты и вид калориферного

отделения, 10МВт. С двумя модулями.

В дальнейшем специалисты «ПроЭнергоМаш» значительное внимание уделили компактности компоновки оборудования и возможности создания модульных элементов с обеспечением сокращения сроков и уменьшением затрат средств на строительство и монтаж комплексов. Вместо строительства огромных зданий калориферного отделения (рис.2) спроектированы компактные модули калориферов мощностью 5МВт (рис.4), установлены в комплексе шахты Анжерская-Южная. Использование модулей существенно снижает габариты и упрощает обслуживание оборудования.

Разработки последнего уровня были реализованы при строительстве комплекса ВНУ шахты Анжерская-Южная. Оборудование комплекса сгруппировано по следующим блокам:
Два котлоагрегата с котлами КВа-5,0-100ШпВТ и вспомогательными системами управления, топливоподачи и золоудаления.
Калориферное отделение, выполненное в виде двух блоков калориферов, которые располагаются в здании на входе во всасывающий воздуховод вентиляционной установки главного проветриваний шахты.
Теплотрасса, насосы и другое оборудование контура циркуляции теплоносителя.

article-6-3.jpg

Рис.5. Вид с фронта. Котельные шахт Красногорская и Анжерская-Южная.

article-6-4.jpg

Рис.6. Котельные шахт Красногорская и Анжерская-Южная. План.

article-6-5.jpg

Рис.7. Котельные шахт Красногорская и Анжерская-Южная. Вид сбоку.

Снижение габаритов строительной части не столь значительно. Однако уменьшение высоты и соответственно котельной на 3,5 метров, около 30% заметно (рис.5, рис.7). Некоторое удлинение котельных ячеек (рис.6) обеспечивает укрытие дымососов, необходимое в суровых зимних сибирских условиях.

Управление котлами и другим оборудованием комплекса в местном и автоматическом режимах осуществляется со щитов управления, расположенных в помещении котельной. Используется автоматика верхнего уровня (рис.8) и управляет:

- поддержанием в автоматическом режиме температуры воздуха, в шахту вентиляторами главного проветривания, не ниже +5°С;

- аварийным и профилактическим сливом теплоносителя в сборный бак;

- циркуляционными насосами;

- подпиточными насосами;

article-6-6.jpg

Рис.8 Щит управления комплекса

- поддержанием уровня в расширительном баке;

- вентиляторами котлов, частотное регулирование;

- дымососами котлов, частотное регулирование;

- транспортерами углеподачи склада и котельной;

- транспортером шлакоудаления котельной;

- транспортерами золоудаления циклонов;

- производительностью питателей топлива, частотное регулирование.

Предусмотрены блокировки, система звуковой сигнализации работы агрегатов, звуковая и световая сигнализация о выходе контролируемых параметров за допустимые пределы.

Комплексы после режимно-наладочных испытаний обеспечивают проектные показатели по мощности, экономичности, экологии и надежности. Типично в работе часть котлов, котельные чистые.



Литература
Патент РФ, ПМ №86283 Пузырев Е.М., Афанасьев К.С. «Установка воздухонагревательная», от 04 мая 2009г.
Ивушкин А.А., Пузырев Е.М. и др. «Воздухонагревательная установка котельная-калорифер ОАО шахты «Большевик», «Уголь», №4, 2007г.

  RSS каналы
Подпишитесь на наш RSS канал

Последние новости

ЧПТУП «Летерм» г.Минск Тел/факс: (017) 220-95-78 Карта сайта