Использование отработанного шахтного водуха с целью разработки энергоэффективных решений

Использование отработанного шахтного водуха с целью разработки энергоэффективных решений Использование отработанного шахтного водуха с целью разработки энергоэффективных решений Баранов А. В., Донецкий национальный технический университет В связи с сильной зависимостью Украины от импорта основных энергоресурсов – нефти и газа (удовлетворение потребностей за счет собственных запасов менее чем на 50%), особо актуальными становятся вопросы энергосбережения и использования нетрадиционных, в том числе и вторичных источников энергии. По данным экологов ООН, плотность выбросов пыли и газов на 1м2 в Донбассе в шесть раз больше, чем в среднем по Украине. Преобладают такие вредные вещества, как оксид углерода, сернистый ангидрид, пыль и лёгкие органические соединения. Источником такого масштабного загрязнения воздуха являются предприятия энергетики, теплоэлектроцентрали, поскольку многие из них слабо оснащены системами очистки пылегазовых выбросов. Тем самым наносится огромный вред экологии Украины, а из-за нерационального расходования энергоресурсов - и энергетической стабильности страны. По общим оценкам, недра Украины могут содержать до 300 млрд. т угля. Если, по данным западных экспертов, мировых запасов традиционной нефти и газа хватит на 80-90 лет, угля — на 350 лет, то отечественных запасов угля хватит на 400 лет. В связи с этим современную угольную энергетику рассматривают как приоритетную отрасль энергетики, а уголь - как основной энергоресурс Украины, о чем и свидетельствует наличие большого количества шахт. В соответствии с технологическими условиями и для соблюдения норм загазованности в шахтных стволах и в забоях применяются вентиляторы для продувки и выноса шахтного воздуха на поверхность. Относительно высокая и постоянная, вне зависимости от сезона, температура этого воздуха – до +25 ºС, делает его привлекательным источником энергосбережения, к тому же данный воздух, проходя сквозь угольные пласты, насыщается метаном, в процентном соотношении до 1%. В данной работе рассматривается возможность утилизации и повторного использования отработанного шахтного воздуха для нужд шахтной котельной, расположенной в непосредственной близости от вентиляционного ствола. Для сокращения расходов на топливные ресурсы можно рассматривать следующие варианты применения шахтного воздуха в условиях нестабильной ценовой политики как на мировом, так и внутреннем украинском энергетическом рынке: а) подогревать питательную воду перед её подачей в систему теплоснабжения, а также воду, используемую для горячего водоснабжения; б) использовать тёплый шахтный воздух для интенсификации горения топлива (непосредственно в топке котла); в) экономить топливо за счёт содержащегося в шахтном воздухе метана. Для осуществления данных энергосберегающих мероприятий необходимо провести следующие работы: монтаж системы гибкого воздуховода от шахтного вентилятора до котельной; выбор и установка теплообменника; обеспечение доступа шахтного воздуха непосредственно к горелкам котлов. Шахтная котельная, на базе которой можно внедрить данный проект, является отопительной, состоит из трёх котлов ДКВР 10-13 (первое число обозначает паро- производительность, т/ч; второе - давление пара в барабане котла, кгс/см2). Постоянно работают два котла; расход природного газа составляет 1105 м3/ч; температура шахтного воздуха перед теплообменником составляет +24 градуса Цельсия. Для осуществления мероприятий необходимо: выбрать теплообменник, для чего необходимо определить расходы воды и воздуха через него, а также его тепловую мощность. Итоговый объёмный расход воздуха составил Ввоз=19, 6м3/с; тепловая мощность N=22680 Дж/с. На основании полученных данных выбираем пластинчатый теплообменник ТР1 N≤0, 1Гкал/час, стоимость мероприятия составляет 2700 грн.; выбрать воздуховод, учитывая расстояние от шахтного вентилятора до котельной (100 м). С учётом расхода воздуха через него выбираем гибкий термо-изолированный воздухопровод ISODEC диаметром d = 508 мм. Цена воздухопровода – 560 грн/10 м, соответственно, стоимость 100 – метрового воздухопровода - 5600 грн; вентилятор AR 1000 DG AXIAL FAN, максимальный расход равен 25 м3/с, потребляемая мощность – 5, 5 кВт, годовой расход на электроэнергию – 26500 грн. Стоимость вентилятора – 53000 грн. - экономия при использовании шахтного воздуха для горения топлива составляет: 1, 5%; - экономия топлива за счёт содержащегося в шахтном воздухе метана позволяет снизить количество сжигаемого в топке котлов природного газа на 9, 7%. Вэк = 20∙ (1 - (1 – 0, 0154) ∙ (1 – 0, 015) ∙ (1 – 0, 097)) = 2, 485 млн. м3. стоимости обслуживания новых агрегатов). Затраты на проведение всех мероприятий составляют 858200 грн. Описанные мероприятия являются среднезатратными и высокоэффективными, поскольку окупаются в течении одного отопительного периода. – экономических: экономия топлива (природного газа), сокращение потребления природных ресурсов путём рационализации потребления топлива; – экологических: при экономии исчерпаемого вида топлива – природного газа уменьшается негативное воздействие на окружающую среду, в том числе и от значительного выброса подогретого воздуха в атмосферу; – социальных: соблюдение полного комплекса мер направленных на безопасность здоровья и жизнедеятельности человека.