Спосіб використання енергії палаючого терикона для його тушіння і охолодження

Реферат: Спосіб використання енергії палаючого терикона для його тушіння і охолодження полягає в тому, що у масив терикона встановлюються теплоуловлювачі по яких, за допомогою циркуляційного насоса циркулює низькопотенційний теплоносій, наприклад технічна вода, яка нагрівається, відбираючи тепло масиву терикона, і транспортується до теплообмінникавипарника, де циркулює робоче тіло - рідина з низькою температурою кипіння, в якому вона випарюється, а її пара прямує у теплообмінник-конденсатор, де віддає своє тепло для здійснення корисної роботи. Тепло нагрітого чи палаючого терикона відбирається за допомогою теплоуловлювачів, які прокладаються, наприклад, по твірних його конусної поверхні у канавах і мають напірну і водоспускну гілки, з'єднані між собою на вершині. За допомогою циркуляційного насоса, теплоносій - технічна вода, по напірній гілці помпується на вершину терикона, нагріваючись від його тепла, а потім по водоспускній гілці, продовжуючи нагріватися, тече за рахунок гравітаційних сил вниз до підошви терикона і попадає у сопловий апарат ківшевої гідротурбіни, з'єднаної з першим електрогенератором, електроенергія якого по високовольтному кабелю передається у блок трансформаторів та розподільних пристроїв. Нагріта технічна вода після ківшевої турбіни стікає у теплообмінник-випарник, де вона нагріває у випарнику рідину з низькою температурою кипіння, наприклад аміак, який за рахунок тепла технічної води перетворюється у пару, яка в свою чергу, по трубопроводу спрямовується у газову турбіну, обертаючи другий електрогенератор, електроенергія від якого також передається у блок трансформаторів і розподільних пристроїв. Відроблена аміачна пара спрямовується у теплообмінник-конденсатор, де в конденсаторі перетворюється у рідину і за допомогою насоса помпується до теплообмінника-випарника, у випарнику якого здійснюється охолодження аміаку за допомогою ″льодової води″. UA 88478 U (12) UA 88478 U UA 88478 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вугільної промисловості, а саме до технології тушіння і охолодження палаючих териконів з метою приведення їх в екологічно безпечний стан. Відомий спосіб здобуття тепла з масиву складованих відходів вуглевидобутку, що самозагоряються, який полягає у проведені гірничих виробок під терикон, вдавлюванні теплоуловлювачів з жаростійких бетонів з цих виробок у масив, що самозаймається, подачу холодної води у теплоуловлювачі та відвід гарячої води споживачам. (Патент України. № 68857, МПК F24J3/08. Опубл. бюл. № 10 від 17.10.2005). Недоліком цього способу є значні капітальні вкладення у проведення гірничих виробок. Крім того, для здійснення цього способу, до терикона треба підводити лінію електропостачання чи використовувати автономні джерела електроенергії. Враховуючи, що терикони знаходяться на значній відстані від селищ чи селитебних зон міст, то передача тепла до споживачів буде супроводжуватися значними втратами і може стати економічно не доцільною. Відомий спосіб використання енергії палаючих териконів, який полягає у введені в осередок горіння за допомогою механізму орієнтації, що є силовим роботом, теплоперетворювача у вигляді бурової штанги усередині якої теплознімач з водою, помпуємою у водоподавальну трубу насосом. Вода у зоні горіння терикона перетворюється у пару, яка переміщуючись до виходу, проходить уздовж водяного ставу, підігрівши воду яка подається у зону пароутворення. Одержана пара надходить у відвідний трубопровід і може спрямовуватися на комунальні потреби або для генерування електроенергії. [Н. С. Рульков. Проблемы освоения недр в 21 веке /Уголь Украины, 2009, № 10, стр. 30-33.]. Недоліком цього способу є дуже значна складність обладнання з роботизованими елементами. Крім того, для здійснення цього способу необхідна лінія електропостачання чи автономне джерело електроенергії. Як і у першому аналогу передача тепла до споживачів буде супроводжуватись значними втратами, а перетворення тепла у електроенергію стає практично не можливим через несталі параметри перегрітої пари. Найбільш близьким за технічною суттю є спосіб використання тепла нагрітого терикона, який реалізується за допомогою теплонасосної установки, що містить з'єднані між собою замкнені контури низькопотенційного теплоносія, робочого тіла і теплопостачання, причому замкнений контур низькопотенційного теплоносія виконано у вигляді теплообмінника, який складається із послідовно з'єднаних наскрізної труби визначеної довжини і діаметра, транспортного трубопроводу, теплообмінника контактного типу, датчика рівня температур і циркуляційного насоса, при цьому наскрізну трубу встановлено у горизонтальному розрізі основи згаслого нагрітого терикона, який розташований на значній відстані від споживача. [Пат. 7 № 85929 UA ΜПК F24D15/00, F25B29/00, F24J3/06. Теплонасосна установка. Опубл. 10.03.2009, Бюл. № 5, 2009 p.]. Недоліком цього способу є необхідність прокладення у горизонтальному розрізі основи погаслого нагрітого терикона наскрізної труби, що є дуже складною технічною операцією, яка потребує спеціального обладнання і не гарантує прямолінійності і достатньої спрямованості прокладання цієї труби. Крім цього, для живлення електродвигунів циркуляційних насосів та інших електроспоживачів треба до терикона підводити лінію електропередачі або влаштовувати автономне джерело електропостачання. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу використання енергії палаючого терикона для його тушіння і охолодження шляхом перетворення енергії геодезичного перепаду теплоносія у електроенергію, а також за рахунок відбирання тепла з масиву терикона, нагрівання їм рідини з низькою температурою кипіння і реалізацією енергії утвореного газу у газовій турбіні з електрогенератором. Поставлена задача вирішується тим, що у масиві терикона встановлюються теплоуловлювачі, по яких за допомогою циркуляційного насоса циркулює низькопотенційний теплоносій, наприклад технічна вода, яка нагрівається, відбираючи тепло масиву терикона і транспортується до теплообмінника-випарника, по якому циркулює робоче тіло - рідина з низькою температурою кипіння, де вона випарюється, а її пари прямують у теплообмінникконденсатор, віддаючи там тепло для здійснення корисної роботи, згідно з корисною моделлю, тепло нагрітого чи палаючого терикона відбирається за допомогою теплоуловлювачів, які прокладаються, наприклад, по твірних його конусної поверхні у канавах і мають напірну і водоспускну гілки, з'єднані між собою на вершині за допомогою циркуляційного насоса, теплоносій - технічна вода по напірній гілці помпується на вершину терикона, нагріваючись від 1 UA 88478 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 його тепла, а потім по водоспускній гілці продовжує нагріватись, тече за рахунок гравітаційних сил вниз до підошви терикона і попадає у сопловий апарат ківшевої гідротурбіни, з'єднаної з першим електрогенератором, електроенергія якого по високовольтному кабелю передається у блок трансформаторів і розподільчих пристроїв, а нагріта технічна вода після ківшевої турбіни стікає у теплообмінник-випарник, де вона нагріває у випарнику рідину з низькою температурою кипіння, наприклад аміак, який за рахунок тепла технічної води перетворюється у пару, яка у свою чергу по трубопроводу спрямовується у газову турбіну, обертаючи другий електрогенератор, електроенергія від якого, також передається у блок трансформаторів і розподільних пристроїв, а відроблена аміачна пара спрямовується у теплообмінникконденсатор, де у конденсаторі перетворюється у рідину і за допомогою насоса помпується до теплообмінника-випарника, у випарнику якого здійснюється охолодження аміаку за допомогою «льодової води», яка утворюється у генераторі цієї води, в якому теплоносій - фреон, помпується компресором по каналах плівкового випарника, де він кипить, відбираючи тепло з плівки води, що тече по поверхні цього випарника, перетворюючи її у «льодову», а фреон на виході з випарника пропускається через дросель і конденсатор, де він знижує свій тиск і охолоджується, наприклад, за допомогою вентилятора, перетворюючись у рідину, яка знову помпується у плівковий випарник. Крім того, «льодову воду» окрім генератора «льодової води», можливо використовувати і з інших джерел, наприклад зі свердловини; Доцільно гілки теплоуловлювачів виготовляти з металевих труб, з'єднаних між собою, до яких, для збільшення поверхні теплоуловлювання приварюють металеві ребра, а після укладення гілок у канави вони засипаються породою з цих канав; а електроживлення насосів компресора, вентилятора та інших споживачів здійснюється з блока трансформаторів і розподільних пристроїв за рахунок електроенергії, яка виробляється електрогенераторами і турбінами, використовуючи напір геодезичного перепаду і теплоту терикона, що охолоджується, а решта електроенергії може бути спрямована у районну мережу чи на шахтну електропідстанцію. На фігурі 1 зображена технологічна схема здійснення пропонованого способу. Схема включає чотири замкнених контури: І - контур низькопотенційного теплоносія - технічної води; II - контур робочого тіла - аміаку; III - контур охолоджувача аміаку - «льодової води»; IV - контур озононебезпечного фреону. На фігурі 2 зображено переріз теплоуловлювача, укладеного у канаву. Спосіб здійснюється наступним чином: Тепло нагрітого чи палаючого терикона 1 (фіг. 1) відбирається за допомогою теплоуловлювачів 2, які прокладаються, наприклад, по твірних його конусної поверхні. Теплоуловлювач 2 має напірну 3 і водоспускну 4 гілки, з'єднані між собою на вершині терикона. Вони монтуються з металевих труб 5 (фіг. 2), до яких приварюють ребра 6 для збільшення поверхні теплоуловлювання. Гілки 3 і 4 теплоуловлювача прокладаються по канавах 7, сформованих у тілі терикона 1 і засипаються породою 8, вийнятої з цих канав. Як теплоносій, по теплоуловлювачах 2 (фіг. 1) циркулює технічна вода 9, яка накопичується у накопичувальній ємності 10. Циркуляційним насосом 11 ця вода по напірній гілці 3 подається на вершину терикона 1. З вершини вода, під тиском, що утворюється за рахунок гравітаційних сил, тече по водоспускній гілці 4, нагріваючись при цьому і попадає, наприклад, у сопловий апарат 12 ківшевої гідротурбіни 13, з'єднаної з першим електрогенератором 14. Електроенергія виробляється цим електрогенератором, генераторної напруги, передається по високовольтному кабелю 15 у блок трансформаторів і розподільних пристроїв 16. Після ківшевої гідротурбіни 13, нагріта технічна вода 9 стікає у теплообмінник-випарник 17, де вона нагріває у випарнику 18 рідину з низькою температурою кипіння, наприклад аміак. За рахунок тепла технічної води 9, яка циркулює у першому контурі, аміак перетворюється у пару, яка по трубопроводу 19 спрямовується у газову турбіну 20, обертаючи другий електрогенератор 21, а технічна вода 9, віддавши своє тепло аміаку, по трубопроводу надходить у накопичувальну ємність, з якої за допомогою циркуляційного насоса 11 помпується у теплоуловлювач 2. Таким чином замикається перший контур за допомогою якого відбирається тепло нагрітого терикона і утилізується геодезичний напір технічної води. Електроживлення двигуна 22 циркуляційного насоса 11 здійснюється по кабелю 23 від блока трансформаторів і розподільних пристроїв 16. Електроенергія, яка виробляється генератором 21, спрямовується по високовольтному кабелю 24 у блок трансформаторів і розподільних пристроїв 16. 2 UA 88478 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Після турбіни 20, аміачна пара по трубопроводу 25 надходить у конденсатор 26, розташований у теплообміннику-конденсаторі 27, де перетворюється у рідину і за допомогою насоса 28 помпується до випарника 18. Таким чином замикається другий контур, за допомогою якого відбирається тепло технічної води 9 з подальшим перетворенням його у електроенергію. Електроживлення двигуна 29, насоса 28 здійснюється по кабелю 30 від блока трансформаторів та розподільних пристроїв 16. Вибір ківшевої турбіни 13 для способу, який розглядається, базується на тому, що це є активна турбіна, яка використовується при малих витратах води, без занурення робочого колеса у потік і значному напорі, так як висота існуючих териконів сягає понад 100 метрів. Рідина аміак має низьку температуру кипіння (-33, 35 °C), тому для його випарювання у випарнику 18 буде достатньо низькопотенційного тепла технічної води 9, яка підігрівається теплоуловлювачами 2 розташованими на териконі 1. Нагріті терикони мають внутрішню температуру вище 35 °C, яка стабільно утримується протягом кількох десятиріч. Ця обставина і дозволяє нам використовувати саме аміак для відбору тепла з технічної води 9. Охолодження аміаку у конденсаторі 26 здійснюється «льодовою водою» 31, яка утворюється у генераторі 32 цієї води. Підігріта «льодова вода» 31 після теплообмінника-конденсатора 27 накопичується у ємності 33, з якої насосом 34 по трубопроводу 35 подається на розпилювач 36 генератора «льодової води» 32. Електроживлення двигуна 37 насоса «льодової води» 34 здійснюється по кабелю 38 від блока трансформаторів і розподільних пристроїв 16. Розпилена вода 31 покриває тонкою плівкою плівковий випарник 39, у якому циркулює озононебезпечний фреон і стікає по ньому у ємність 40 вже охолодженою до (+2 °C) ÷ (+ 4 °C). Вода з такою температурою називається «льодовою». З ємності 40 «льодова вода» по трубопроводу 41 надходить у теплообмінник-конденсатор 27, де охолоджує і перетворює у рідину аміак, виходячи з турбіни 20. Таким чином замикається третій цикл розглядуваного способу. Компресором 42 фреон помпується по каналах плівкового випарника 39, де він кипить, відбираючи тепло з плівки води, перетворюючи її у «льодову». На виході з плівкового випарника 39 фреон пропускається через дросель 43, де різко знижується його тиск. Після дроселя 43 фреон прямує у конденсатор 44 де охолоджується і перетворюється у рідину, а потім за допомогою компресора 42 помпується у канали випарника 39. Таким чином замикається четвертий, останній цикл способу, який розглядається. Електроживлення двигуна 45, компресора 42 виконується по кабелю 46 від блока трансформаторів і розподільних пристроїв 16. Охолодження фреону у конденсаторі 44 здійснюється вентилятором 47, який обертається двигуном 48. Електроживлення двигуна 48 здійснюється по кабелю 49 від блока трансформаторів та розподільних пристроїв 16. Поповнення води у ємностях 10 і 33, яка може зменшуватись за рахунок природного випарювання здійснюється від зовнішнього джерела (водопровідна мережа, автоцистерна, свердловина та інше) по трубопроводу 50. Теплота у конденсаторі 44 розсіюється у навколишньому середовищі, але його утилізацію, у силу низької енергії, практично завжди можливо реалізувати за допомогою теплових насосів, а нагріту воду використовувати у побутових цілях шахти або для підігріву повітря у зимовий період, що надходить у підземні виробки. Електроенергія, яка залишається від живлення двигунів 22, 28, 37, 45 і 48 спрямовується по кабелю 51 на шахтну електростанцію і використовується, наприклад, для живлення електродвигунів водовідливних агрегатів закритої шахти. Таким чином, запропонований спосіб дозволяє повністю використати тепло палаючого терикона без зайвих затрат на гірничі виробки, обладнання з роботизованими елементами, електроенергію. Крім того, решта електроенергії після живлення електродвигунів може бути спрямована у районну мережу чи на шахтну електропідстанцію для використання у народному господарстві країни. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 1. Спосіб використання енергії палаючого терикона для його тушіння і охолодження, який полягає в тому, що у масив терикона встановлюються теплоуловлювачі по яких, за допомогою 3 UA 88478 U 5 10 15 20 25 30 35 циркуляційного насоса циркулює низькопотенційний теплоносій, наприклад технічна вода, яка нагрівається, відбираючи тепло масиву терикона, і транспортується до теплообмінникавипарника, де циркулює робоче тіло - рідина з низькою температурою кипіння, в якому вона випарюється, а її пара прямує у теплообмінник-конденсатор, де віддає своє тепло для здійснення корисної роботи, який відрізняється тим, що тепло нагрітого чи палаючого терикона відбирається за допомогою теплоуловлювачів, які прокладаються, наприклад, по твірних його конусної поверхні у канавах і мають напірну і водоспускну гілки, з'єднані між собою на вершині, за допомогою циркуляційного насоса, теплоносій - технічна вода, по напірній гілці помпується на вершину терикона, нагріваючись від його тепла, а потім по водоспускній гілці, продовжуючи нагріватися, тече за рахунок гравітаційних сил вниз до підошви терикона і попадає у сопловий апарат ківшевої гідротурбіни, з'єднаної з першим електрогенератором, електроенергія якого по високовольтному кабелю передається у блок трансформаторів та розподільних пристроїв, а нагріта технічна вода після ківшевої турбіни стікає у теплообмінник-випарник, де вона нагріває у випарнику рідину з низькою температурою кипіння, наприклад аміак, який за рахунок тепла технічної води перетворюється у пару, яка в свою чергу, по трубопроводу спрямовується у газову турбіну, обертаючи другий електрогенератор, електроенергія від якого також передається у блок трансформаторів і розподільних пристроїв, а відроблена аміачна пара спрямовується у теплообмінник-конденсатор, де в конденсаторі перетворюється у рідину і за допомогою насоса помпується до теплообмінника-випарника, у випарнику якого здійснюється охолодження аміаку за допомогою ″льодової води″. 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що ″льодова вода″ для охолодження аміаку утворюється у генераторі цієї води, в якому теплоносій - фреон, помпується компресором по каналах плівкового випарника, де він кипить, відбираючи тепло з плівки води, що тече по поверхні цього випарника, перетворюючи її у ″льодову″, а фреон на виході з випарника пропускається через дросель і конденсатор, де він знижує свій тиск і охолоджується, наприклад, за допомогою вентилятора, перетворюючись у рідину, яка знову помпується у плівковий випарник. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що ″льодову воду″, окрім генератора ″льодової води″, можливо використовувати і з інших джерел, наприкладзі свердловини. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що гілки теплоуловлювачів виготовляються з металевих труб, з'єднаних між собою, до яких, для збільшення поверхні теплоуловлювання, приварюють металеві ребра, а після укладення гілок у канави вони засипаються породою з цих канав. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що електроживлення насосів компресора, вентилятора та інших споживачів здійснюється з блока трансформаторів і розподільних пристроїв за рахунок електроенергії, яка виробляється електрогенераторами і турбінами, використовуючи напір геодезичного перепаду і теплоту терикона, що охолоджується, а решта електроенергії може бути спрямована у районну мережу чи на шахтну електропідстанцію. 4 UA 88478 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5