Отримання теплової енергії з шахтних виробок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Отримання теплової енергії з шахтних виробок

Подольський Мирослав Романович, канд. техн. наук, старший науковий співробітник; Кульчицька-Жигайло Леся Зиновіївна, молодший науковий співробітник; Гвоздевич Олег Васильович, молодший науковий співробітник; Інститут геології і геохімії горючих копалин НАН України

Анотація

Ключові слова: шахтні виробки, теплова енергія, альтернативні джерела енергії, теплові помпи.

Summary

Вступ

В Україні актуальною є проблема відбудови для розвитку [1], вирішення якої потребує стабілізації паливно-енергетичного комплексу та забезпечення ефективного і ощадного використання усіх енергетичних ресурсів, зокрема з альтернативних техногенних джерел.

Загалом структура і тенденції використання первинних енергетичних ресурсів в Україні відповідають країнам Європейського Союзу [2]. Протягом останнього десятиліття спостерігається стабільна тенденція до зменшення використання викопних видів палива, зростання частки енергії з відновлювальних джерел та перехід до низькопарникових технологій.

Вказані тенденції зумовлюють перегляд підходів та створення нових більш ефективних способів отримання енергії з альтернативних джерел, зокрема з техногенних утворень - шахтних виробок, полігонів побутових відходів, стічних вод тощо (до прикладу [3]).

Основна частина. Відомі пособи отримання теплової енергії з шахтних виробок включають відкачування шахтної води та вентиляційного повітря наденну поверхню, відбір низькопотенційної теплової енергії з використанням теплових помп та подачу підігрітої води до споживачів.

Для підвищення ефективності відбір теплової енергії від шахтної води та вентиляційного повітря у пропонованому авторами способі (рис. 1) проводять одночасно тепловими помпами типу вода-вода та повітря-вода, підігрів води налаштовують на однакову температуру та подають підігріту воду в спільний накопичувач, після чого балансують потоки вентиляційного повітря, шахтної та підігрітої води. Метою такого балансування потоків, яке доцільно проводити за допомогою відповідних автоматизованих пристроїв, є максимізація відбору теплової енергії від шахтних носіїв та її безвтратна передача споживачам.

Із шахтної виробки 1 відбирають та фільтрують частину вентиляційного повітря 2 і направляють його у накопичувач 3 вентиляційного повітря. Теплову помпу 4 типу повітря-вода підключають для отримання теплової енергії з накопичувача 3 вентиляційного повітря та передають її до спільного накопичувача 8 підігрітої води. Відпрацьоване шахтне повітря видаляють в атмосферу.

Одночасно з відбором вентиляційного повітря 2 з шахтної виробки 1 відбирають та фільтрують частину шахтної води 5 і направляють її у накопичувач 6 шахтної води.

Рис. 1. Спосіб отримання теплової енергії з шахтних виробок: 1 - шахтна виробка; 2 - відбір вентиляційного повітря, 3 - накопичувач вентиляційного повітря, 4 - теплова помпа типу повітря-вода, 5 - відбір шахтної води, 6 - накопичувач шахтної води, 7 - теплова помпа типу вода-вода, 8 - накопичувач підігрітої води, 9 - подача підігрітої води споживачам.

- однорівнева і багаторівнева структура шахтної виробки;

- однопотокове і багатопотокове вилучення вентиляційного повітря та шахтної води;

- вилучення вентиляційного повітря та шахтних вод у віддалених і суміжних каналах.

Розглянемо варіант реалізації запропонованого способу у вигляді трисекційної установки (рис. 2).

Складові установки розміщують у спільному корпусі 1 у трьох суміжних секціях з теплоізоляцією 2. Установка працює наступним чином.

Відібрану та фільтровану частину шахтної води через трубопровід 3 направляють у накопичувач 4 шахтної води з теплообмінником 5, одночасно відібрану та фільтровану частину вентиляційного повітря через трубопровід 6 направляють у накопичувач 7 вентиляційного повітря з теплообмінником 8, між накопичувачем 4 шахтної води і накопичувачем 8 вентиляційного повітря влаштовують теплоізоляційну перегородку 6, використане шахтне повітря видаляють в атмосферу, а охолоджену шахтну воду утилізують у ставках - накопичувачах (на рис. 2 не показано).

Рис. 2. Трисекційна установка для отримання теплової енергії з шахтної виробки: 1 - спільний корпус трисекційної установки, 2 - теплоізоляція секцій, 3 - трубопровід подачі шахтної води, 4 - накопичувач шахтної води, 5 - теплообмінник шахтної води, б - теплоізоляційна перегородка, 7 - трубопровід подачі вентиляційного повітря, 8 - накопичувач вентиляційного повітря, 9 - теплообмінник вентиляційного повітря, 10 - робочий простір середньої секції, 11 - теплова помпа "повітря-вода", 12 - пульт управління установкою, 13 - теплова помпа "вода-вода", 14 - спільний накопичувач підігрітої води, 15 - вихідний теплообмінник теплової помпи "повітря-вода", 1б - вихідний теплообмінник теплової помпи "вода-вода", 17 - трубопровід відводу підігрітої води до споживачів, 18 - трубопровід подачі холодної води від споживачів

У робочому просторі 10 середньої секції установки розміщують теплову помпу 11 типу "повітря-вода", пульт управління установкою 12 та теплову помпу 13 типу "вода-вода". Тепловою помпою 11 "повітря-вода" відбирають теплову енергію від теплообмінника 8 вентиляційного повітря та передають її через теплообмінник 15 до спільного накопичувача 14 підігрітої води (на рис. 2 напрямок передачі енергії показано стрілками). Одночасно тепловою помпою 13 "вода-вода" відбирають теплову енергію від теплообмінника 5 шахтної води та передають її через теплообмінник 16 до спільного накопичувача 14 підігрітої води. Стабільну температуру підігрітої води для подачі споживачам досягають налаштуванням на однакову температуру вихідних контурів теплових помп 11 (теплообмінник 15) і 13 (теплообмінник 16) у спільному накопичувачі 14 підігрітої води. У спільному накопичувачі 14 через теплообмінники 15 і 16 нагрівають воду та трубопроводом відводу 17 подають до споживачів, одночасно через трубопровід подачі 18 холодну воду від споживачів подають для нагрівання у спільний накопичувач 14. Пультом 12 управління установкою здійснюють балансування теплових потоків.

Переваги пропонованої трисекційної установки полягають в тому, що: розміщення усіх складових установки у трьох теплоізольованих секціях спільного корпусу, теплоізоляційна перегородка в боковій секції між накопичувачами шахтної води і вентиляційного повітря запобігають втратам тепла всередині корпусу та у зовнішнє середовище; розміщення пульту управління установкою в середній секції корпусу поруч з тепловими помпами дає можливість балансувати теплові потоки та оптимально управляти процесом за критерієм максимальної ефективності отримання теплової енергії одночасно з шахтної води та вентиляційного повітря; спільний накопичувач підігрітої води з теплообмінниками від теплових помп забезпечує її стабільну температуру при подачі споживачам.

трисекційної шахтна вода тепловий енергія

Висновок

Таким чином, в трисекційній установці реалізовано пропонований спосіб для отримання теплової енергії з шахтної виробки, у якому мінімізуються втрати тепла та забезпечується ефективне управління процесом. Представлену трисекційну установку можна рекомендувати для однорівневих шахтних виробок з однопотоковим вилученням вентиляційного повітря та шахтної води у суміжних каналах. Для інших конфігурацій шахтних виробок можна використати різні спеціалізовані установки для отримання теплової енергії.

Список використаних джерел

1. Небрат В.В. (ред.) (2023). Відбудова для розвитку: зарубіжний досвід та українські перспективи: міжнародна колективна монографія. ДУ «Ін-т екон. та прогнозув. НАН України».

2. Подольський М., Кульчицька-Жигайло Л., Гвоздевич О. (2020). Структура та технологічні аспекти використання енергетичних ресурсів в країнах Європейського Союзу та в Україні. Збірник наукових праць ЛОГОС, 52-55.

3. Гвоздевич, О.В., Кульчицька-Жигайло, Л.З., Брик, Д.В., Подольський М.Р., Побережський А.В. (2021). Система накопичення та відбору теплової енергії шахтних вод (Патент на корисну модель № 146859, Україна). Український національний офіс інтелектуальної власності та інновацій (УКРНОІВІ).

Размещено на Allbest.ru