Размещено на http://www.allbest.ru/

Минимизация энергетических потерь при проветривании калийных рудников

А.Г. Исаевич

Основное содержание работы

Увеличивающийся спрос на калийные удобрения позволяет предприятиям постоянно наращивать объемы выпускаемой продукции, что в свою очередь требует дополнительных объемов свежего воздуха и как следствие ведет к увеличению потребления электроэнергии в системах воздухоподготовки и проветривания рудника. Зачастую неэффективные схемы подачи воздуха в шахту приводят к потерям, как свежего воздуха, так и электроэнергии расходуемой на его подачу. В условиях развивающегося экономического кризиса особенно актуальным становится вопрос минимизации энергетических потерь предприятия.

Рассмотрим данный вопрос на примере рудника 4РУ РУП "ПО "Беларуськалий". Проветривание рудника осуществляется всасывающим способом. Вентиляционными являются стволы № 3 и № 4 для горизонтов - 440 м и - 670 м соответственно. В устьях стволов на шахтной поверхности расположены башенные копры. В башенных копрах, технологически необходимых для схемы транспортировки руды с горизонта на отделение дробления и на обогатительную фабрику, расположены подъемные машины и разгрузочные устройства скипов. Аэродинамически башенные копры связаны с подземными выработками горизонтов через стволы и с главными вентиляторными установкам (ГВУ).

Инженерная сложность башенных копров обуславливает большее количество внешних утечек воздуха, которые в свою очередь приводят к потерям мощности главной вентиляторной установки (ГВУ) и, следовательно, к перерасходу электроэнергии затрачиваемой на проветривание рудника. Так, согласно акту обследования главных вентиляторных установок и башенных копров рудника РУ-4 от 04.06.08. Внешние утечки воздуха составляют 51-52 % от производительности ГВУ.

проветривание рудник минимизация энергетическая потеря

Для разработки мероприятий, направленных на снижение внешних утечек воздуха в башенных копрах, а значит и потерь энергии, необходимо учитывать всю аэродинамическую систему в комплексе.

Одним из наиболее эффективных способов исследования динамики воздушных потоков в сложных (труднодоступных, неудобных для постоянного мониторинга) условиях является трехмерное математическое моделирование аэродинамических процессов с использованием вычислительной техники. Одним из передовых направлений в трехмерном моделировании является прикладной пакет программ - SolidWorks. Пакет является наиболее удобным и доступным в освоении и занимает ведущие позиции среди продуктов этого класса. Система SolidWorks - это стандартный, интуитивно понятный пользовательский интерфейс и эффективное твердотельное моделирование на промышленном уровне.

Для исследования вопросов минимизации энергетических потерь, проведен ряд численных экспериментов, позволяющих найти эффективное решение проблемы внешних утечек воздуха. В частности рассматривались следующие варианты:

использование классической воздушной завесы для снижения количества внешних утечек;

использование тепловой депрессии в башенном копре для снижения количества внешних утечек;

изменение геометрии сопряжения ствола с вентиляционным каналом.

Численный расчёт показал, что струи воздуха со скоростями порядка 10 м/с эффективны как воздушные завесы при перепадах давлений до 2 мм. вод. столба, т.е. в 100 раз меньших, чем депрессия ГВУ.

В связи с этим вариант использования классической воздушной завесы для снижения количества внешних утечек отклоняется.

Исследование снижения внешних утечек за счет создания на их участке тепловой депрессии, направленной противоположно депрессии ГВУ, проводилось применительно к башенному копру скипо-вентиляционного ствола № 3 рудника 4РУ РУП "ПО "Беларуськалий".

Численный эксперимент - использование теоретической тепловой депрессии для уменьшения внешних утечек воздуха, подтвердил расчеты. Снижение внешних утечек при использовании данного варианта создания тепловой депрессии на нулевой отметке не превышает 2 %, а капитальные затраты на проектирование, монтаж и обслуживание данной системы будут значительны.

В связи с этим вариант использование тепловой депрессии в башенном копре для снижения количества внешних утечек признан неэффективным.

Сопряжение вентиляционного ствола с каналом главной вентиляторной установки является, пожалуй, самым ответственным участком вентиляционной сети с позиций ее скоростных характеристик, так как именно там скорость воздуха достигает максимальных значений. По этой причине сопротивление сопряжения оказывает особенно сильное влияние на распределение скоростей воздуха по живому сечению потока.

Моделирование процессов слияния потоков на участке сопряжения канала со стволом в SolidWorks позволило изучить структуру воздушных потоков на исследуемом участке.

Рис.1. Структура воздушных потоков

На основании полученных результатов сделан вывод о том, что работа данного сопряжения на движение воздуха является в высокой степени неоптимальной вследствие наличия в конструкции сопряжения элементов, создающих значительное сопротивление движению воздуха. В этой связи целесообразно будет оптимизировать геометрию сопряжения с позиций аэродинамики, т.е. исключить препятствующие элементы и придать тем самым сопряжению более обтекаемую форму (рис.2).

Для установления степени эффективности новой конструкции сопряжения проведен численный эксперимент в программе "SolidWorks".

Результаты численного эксперимента показали, что новая форма сопряжения вентиляционного канала и ствола существенно меняет баланс воздушных потоков на участке "ствол-сопряжение - копер".

Рис.2. Вид измененного сопряжения

В частности производительность главной вентиляторной установки составляет 21633 м³/мин, количество воздуха поступающего в рудник - 15481 м³/мин, количество внешних утечек - 6152 м³/мин. В таблице 2 представлены данные баланса воздушных потоков с разными типами сопряжений.

Таблица 2

Данные баланса воздушных потоков с разными типами сопряжений

Из таблицы 2 видно, что новая геометрия сопряжения позволяет существенно снизить количество внешних утечек воздуха (с 51 % до 28,4 %).

Увеличение количества воздуха, поступающего в рудник в свою очередь позволяет снизить обороты ВГП с 300 до 230 об/мин. В этом случае получаем еще большую эффективность мероприятия. Результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3

Результаты влияния мероприятий на энергопотребление ГВУ

Таким образом, из всех рассмотренных вариантов эффективными признан - изменение геометрии сопряжения ствола с вентиляционным каналом, которое в свою очередь позволяет снизить обороты ГВУ и тем самым уменьшить потребление энергии с 967 до 436 кВт.

Размещено на Allbest.ru