Utilizing the Secondary Energy Resources Available in Coal Mines
Keywords:
low-grade energy of mines, secondary energy resources, energy-saving mine complex, secondary and low-grade heat
Abstract
Elements of coal mine power facilities are considered. The key consumers of electricity, fuel, thermal energy and service cooling water are identified. The coal mining process areas within which the potential of secondary energy resources and renewable energy sources can be utilized to the maximum extent are determined. The study is based on using simplified calculation correlations for the typical parameters of power and power supply equipment, as well as on synthesizing various well-known concepts about the use of heat pumps for recovering secondary low-grade heat. A calculation technique is presented, and the energy of secondary low-grade heat released by the lifting installation’s drive during its operation is preliminarily analyzed. The advisability of using this energy by means of an air-to-water heat exchanger is substantiated. The amount of secondary low-grade heat removed by the compressor unit cooling system in producing 1 m3 of compressed air is calculated. The advisability of using the system for recovering the heat obtained from cooling the compressor unit instead of a cooling tower is substantiated. The possibility of using secondary low-potential heat in ventilating mine workings is investigated, and it is proposed to install an air-to-water heat exchanger in the air-discharge shaft courtyard for subsequently taking secondary low-grade heat from the mine air and transporting it to the integral heat exchanger. The study results have shown that the amount of secondary low-grade heat available within a mine the coal bed occurrence depth in which is more than 800 m is estimated at 502.32 MWh/1000 t of coal.
References
1. Рей Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы. М.:Энергоиздат, 1982.
2. Середина Е.А., Корягин М.В. Использование тепловых насосов в системах теплоснабжения // Международный студенческий научный вестник. 2016. № 3–1. С. 143—145.
3. Пат. № 162553 РФ. Термоэлектрический преобразователь / Д.И. Пархоменко и др. // Бюл. изобрет. 2016. № 17.
4. Баранов А.В. Использование отработанного шахтного воздуха с целью разработки энергоэффективных решений // Сб. докл. XXI Всеукраинской науч. конф. аспирантов и студентов. Донецк. 2011. С. 11—12.
5. Мелкозеров М.Г., Зуев А.А., Делков А.В., Ходенков А.А. Паротурбинные установки на низкокипящем рабочем теле // Научные труды. 2010. Вып. 38 (2). С. 387—392.
6. Шубенко А.Л., Русанов А.В., Сенецкий А.В., Русанов Р.А. Реализация каскадных тепловых схем с применением турбин на низкокипящих рабочих телах // Вестник национального техн. ун-та «Харьковский политехн. институт». Серия «Энергетические и теплотехнические процессы и оборудование». 2013. № 12 (986). С. 24—29.
7. Манушин Э.А., Бирюков В.В. Паротурбинная установка геотермальной электростанции бинарного цикла для геотермальных месторождений камчатского края // Наука и образование. 2011. № 9. С. 1—8.
8. Руководство по дегазации угольных шахт. М.: Недра, 1975.
9. Бирюков А.Б., Семергей В.А. Математическая модель выгорания пылеугольного топлива в топке энергетического котла // Вестник Донецкого национального техн. ун-та. 2017. № 1 (7). С. 32—37.
10. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование. Л.: Энергоатомиздат, 1989.
11. Шарабура Т.А., Пинчук В.А., Шевченко Г.Л., Кузьмин А.В. Особенности перевода котлов малой и средней мощности на водоугольное топливо // Современная наука: идеи, исследования, результаты, технологии: Сб. научн. статей. Киев: «НПВК Триакон», 2012. Вып. 1 (9). — С. 97—105.
12. Методика проведения энергетических обследований (энергоаудита) предприятий и организаций угольной отрасли. М.: Минэнерго России, 2011.
13. Грядущий Б.А., Лисовой Г.Н., Корсун В.А. Повышение энергетической эффективности угольных шахт Украины // Семинар. 2007. № 22. С. 244—248.
14. Дроздова Л.Г. Стационарные машины. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007.
15. Горное дело. Назначение и классификация компрессорных установок [Электрон. ресурс] http:// russianminer.ru/index.php?topic=1451.0 (дата обращения 26.11.2017).
16. Гладков Р.А., Цодиков Ф.С. Задачи и вопросы по физике. М.: Физматлит, 2006.
17. Порцевский А.К. Вентиляция шахт, аэрология карьеров (аэрология горных предприятий). М.: Изд-во МГОУ, 2004.
18. Майдуков Г.Л. Ресурсный потенциал шахтного метана в энергетике Украины // Уголь Украины. 2015. № 10. С. 38—45.
19. ГОСТ 22667—82. Газы горючие природные. Расчетный метод определения теплоты сгорания, относительной плотности и числа Воббе.
20. Утилизация дегазационного метана на шахтах ОАО «СУЭК — Кузбасс» [Электрон. ресурс] http:// www.carbonunitsregistry.ru/reports/SUEK_PDD_rus.pdf (дата обращения 20.11.2017).
21. Обеспечение требуемого состава шахтного воздуха. Охрана труда [Электрон. ресурс] http://www. ohrana-bgd.ru/gornd/gornd2_14.html (дата обращения 10.12.2017).
22. РД-15—2011. Инструкция по борьбе с пылью в угольных шахтах.
23. Шарабура Т.А. Усовершенствование процессов термической переработки водоугольного топлива из низкосортного угля и отходов углеобогащения: авто-реф. дисс. ... канд. техн. наук. Днепропетровск, 2014.
24. Васильева И.В. Мониторинг подземных и поверхностных вод Донбасса и его место в составе мероприятий по охране гидросферы от загрязнений [Электрон. ресурс] http://geonews.com.ua/userfiles/files/ vasilieva_2_2013.pdf (дата обращения 10.12.2017).
25. Остапчук О.Н., Стеценко В.Ю., Пятышкин Г.Г. Использование петрогеотермальной энергии земли // Проблеми екології. 2008. № 1–2. С. 35—41.
---
Для цитирования: Бирюков А.Б., Пархоменко Д.И., Варакута В.В., Гнитиев П.А. Использование вторичных энергоресурсов угольных шахт // Вестник МЭИ. 2018. № 5. С. 24—33. DOI: 10.24160/1993-6982-2018-5-24-33.
#
1. Rey D., Makmaykl D. Teplovye Nasosy. M.: Energoizdat, 1982. (in Russian).
2. Seredina E.A., Koryagin M.V. Ispol'zovanie teplovykh Nasosov v Sistemakh Teplosnabzheniya. Mezhdunarodnyy Studencheskiy Nauchnyy Vestnik. 2016; 3-1:143—145. (in Russian).
3. Pat. № 162553 RF. Termoelektricheskiy Preobrazovatel'. D.I. Parkhomenko i dr. Byul. izobret. 2016;17. (in Russian).
4. Baranov A.V. Ispol'zovanie Otrabotannogo Shakhtnogo Vozdukha s Tsel'yu Razrabotki Energoeffektivnykh Resheniy. Sb. Dokl. XXI Vseukrainskoy Nauch.Konf. Aspirantov i Studentov. Donetsk. 2011:11—12. (in Russian).
5. Melkozerov M.G., Zuev A.A., Delkov A.V., Khodenkov A.A. Paroturbinnye Ustanovki na Nizkokipya-shchem Rabochem Tele. Nauchnye Trudy. 2010;38 (2): 387—392. (in Russian).
6. Shubenko A.L., Rusanov A.V., Senetskiy A.V., Rusanov R.A. Realizatsiya Kaskadnykh Teplovykh Skhem s Primeneniem Turbin na Nizkokipyashchikh Rabochikh Telakh. Vestnik Natsional'nogo Tekhn. Un-ta «Khar'kovskiy Politekhn. Institut». Seriya «Energeticheskie i Teplotekhnicheskie Protsessy i Oborudovanie». 2013;12 (986):24—29. (in Russian).
7. Manushin E.A., Biryukov V.V. Paroturbinnaya Ustanovka Geotermal'noy Elektrostantsii Binarnogo Tsikla dlya Geotermal'nykh Mestorozhdeniy Kamchatskogo Kraya. Nauka i Obrazovanie. 2011;9:1—8. (in Russian).
8. Rukovodstvo po Degazatsii Ugol'nykh Shakht. M.: Nedra, 1975. (in Russian).
9. Biryukov A.B., Semergey V.A. Matematiches- kaya Model' Vygoraniya Pyleugol'nogo Topliva v Topke Energeticheskogo Kotla. Vestnik Donetskogo Natsional'nogo Tekhn. Un-Ta. 2017;1 (7):32—37. (in Russian).
10. Esterkin R.I. Kotel'nye Ustanovki. Kursovoe i Diplomnoe Proektirovanie. L.: Energoatomizdat, 1989. (in Russian).
11. Sharabura T.A., Pinchuk V.A., Shevchenko G.L., Kuz'min A.V. Osobennosti Perevoda Kotlov Maloy i Sredney Moshchnosti Na Vodougol'noe Toplivo. Sovremennaya Nauka: Idei, Issledovaniya, Rezul'taty, Tekhnologii: Sb. Nauchn. Statey. Kiev: «NPVK Triakon», 2012;1 (9):97—105. (in Russian).
12. Metodika Provedeniya Energeticheskikh Obsledovaniy (Energoaudita) Predpriyatiy i Organizatsiy Ugol'noy Otrasli. M.: Minenergo Rossii, 2011. (in Russian).
13. Gryadushchiy B.A., Lisovoy G.N., Korsun V.A. Povyshenie Energeticheskoy Effektivnosti Ugol'nykh Shakht Ukrainy. Seminar. 2007;22:244—248. (in Russian).
14. Drozdova L.G. Statsionarnye Mashiny. Vladivostok: Izd-vo DVGTU, 2007. (in Russian).
15. Gornoe delo. Naznachenie i Klassifikatsiya Kompressornykh Ustanovok [Elektron. Resurs] http://russianminer.ru/index.php?topic=1451.0 (Data Obrashcheniya 26.11.2017). (in Russian).
16. Gladkov R.A., TSodikov F.S. Zadachi i Voprosy po Fizike. M.: Fizmatlit, 2006. (in Russian).
17. Portsevskiy A.K. Ventilyatsiya Shakht, Aerologiya Kar'erov (Aerologiya Gornykh Predpriyatiy). M.: Izd-vo MGOU, 2004. (in Russian).
18. Maydukov G.L. Resursnyy Potentsial Shakhtnogo Metana v Energetike Ukrainy. Ugol' Ukrainy. 2015;10: 38—45. (in Russian).
19. GOST 22667—82. Gazy Goryuchie Prirodnye. Raschetnyy Metod Opredeleniya Teploty Sgoraniya, Otnositel'noy Plotnosti i Chisla Vobbe. (in Russian).
20. Utilizatsiya Degazatsionnogo Metana na Shakhtakh OAO «SUEK — Kuzbass» [Elektron. Resurs] http://www.carbonunitsregistry.ru/reports/SUEK_PDD_rus.pdf (Data Obrashcheniya 20.11.2017). (in Russian).
21. Obespechenie Trebuemogo Sostava Shakhtnogo Vozdukha. Okhrana Truda [Elektron. Resurs] http://www.ohrana-bgd.ru/gornd/gornd2_14.html (Data Obrashcheniya 10.12.2017). (in Russian).
22. RD-15—2011. Instruktsiya po Bor'be s Pyl'yu v Ugol'nykh Shakhtakh. (in Russian).
23. Sharabura T.A. Usovershenstvovanie Protsessov Termicheskoy Pererabotki Vodougol'nogo Topliva iz Nizkosortnogo Uglya i Otkhodov Ugleobogashcheniya: Avtoref. Diss. ... Kand. Tekhn. Nauk. Dnepropetrovsk, 2014. (in Russian).
24. Vasil'eva I.V. Monitoring Podzemnykh i Poverkhnostnykh Vod Donbassa i Ego Mesto v Sostave Meropriyatiy po Okhrane Gidrosfery ot Zagryazneniy [Elektron. Resurs] http://geonews.com.ua/userfiles/files/ vasilieva_2_2013.pdf (Data Obrashcheniya 10.12.2017). (in Russian).
25. Ostapchuk O.N., Stetsenko V.Yu., Pyatyshkin G.G. Ispol'zovanie Petrogeotermal'noy Energii Zemli. Problemi Ekologії. 2008;1–2:35—41. (in Russian).
---
For citation: Biryukov А.В., Parkhomenko D.I., Varakuta V.V., Gnitiev P.A. Utilizing the Secondary Energy Resources Available in Coal Mines. MPEI Vestnik. 2018;5:24—33. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2018-5-24-33.
2. Середина Е.А., Корягин М.В. Использование тепловых насосов в системах теплоснабжения // Международный студенческий научный вестник. 2016. № 3–1. С. 143—145.
3. Пат. № 162553 РФ. Термоэлектрический преобразователь / Д.И. Пархоменко и др. // Бюл. изобрет. 2016. № 17.
4. Баранов А.В. Использование отработанного шахтного воздуха с целью разработки энергоэффективных решений // Сб. докл. XXI Всеукраинской науч. конф. аспирантов и студентов. Донецк. 2011. С. 11—12.
5. Мелкозеров М.Г., Зуев А.А., Делков А.В., Ходенков А.А. Паротурбинные установки на низкокипящем рабочем теле // Научные труды. 2010. Вып. 38 (2). С. 387—392.
6. Шубенко А.Л., Русанов А.В., Сенецкий А.В., Русанов Р.А. Реализация каскадных тепловых схем с применением турбин на низкокипящих рабочих телах // Вестник национального техн. ун-та «Харьковский политехн. институт». Серия «Энергетические и теплотехнические процессы и оборудование». 2013. № 12 (986). С. 24—29.
7. Манушин Э.А., Бирюков В.В. Паротурбинная установка геотермальной электростанции бинарного цикла для геотермальных месторождений камчатского края // Наука и образование. 2011. № 9. С. 1—8.
8. Руководство по дегазации угольных шахт. М.: Недра, 1975.
9. Бирюков А.Б., Семергей В.А. Математическая модель выгорания пылеугольного топлива в топке энергетического котла // Вестник Донецкого национального техн. ун-та. 2017. № 1 (7). С. 32—37.
10. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование. Л.: Энергоатомиздат, 1989.
11. Шарабура Т.А., Пинчук В.А., Шевченко Г.Л., Кузьмин А.В. Особенности перевода котлов малой и средней мощности на водоугольное топливо // Современная наука: идеи, исследования, результаты, технологии: Сб. научн. статей. Киев: «НПВК Триакон», 2012. Вып. 1 (9). — С. 97—105.
12. Методика проведения энергетических обследований (энергоаудита) предприятий и организаций угольной отрасли. М.: Минэнерго России, 2011.
13. Грядущий Б.А., Лисовой Г.Н., Корсун В.А. Повышение энергетической эффективности угольных шахт Украины // Семинар. 2007. № 22. С. 244—248.
14. Дроздова Л.Г. Стационарные машины. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007.
15. Горное дело. Назначение и классификация компрессорных установок [Электрон. ресурс] http:// russianminer.ru/index.php?topic=1451.0 (дата обращения 26.11.2017).
16. Гладков Р.А., Цодиков Ф.С. Задачи и вопросы по физике. М.: Физматлит, 2006.
17. Порцевский А.К. Вентиляция шахт, аэрология карьеров (аэрология горных предприятий). М.: Изд-во МГОУ, 2004.
18. Майдуков Г.Л. Ресурсный потенциал шахтного метана в энергетике Украины // Уголь Украины. 2015. № 10. С. 38—45.
19. ГОСТ 22667—82. Газы горючие природные. Расчетный метод определения теплоты сгорания, относительной плотности и числа Воббе.
20. Утилизация дегазационного метана на шахтах ОАО «СУЭК — Кузбасс» [Электрон. ресурс] http:// www.carbonunitsregistry.ru/reports/SUEK_PDD_rus.pdf (дата обращения 20.11.2017).
21. Обеспечение требуемого состава шахтного воздуха. Охрана труда [Электрон. ресурс] http://www. ohrana-bgd.ru/gornd/gornd2_14.html (дата обращения 10.12.2017).
22. РД-15—2011. Инструкция по борьбе с пылью в угольных шахтах.
23. Шарабура Т.А. Усовершенствование процессов термической переработки водоугольного топлива из низкосортного угля и отходов углеобогащения: авто-реф. дисс. ... канд. техн. наук. Днепропетровск, 2014.
24. Васильева И.В. Мониторинг подземных и поверхностных вод Донбасса и его место в составе мероприятий по охране гидросферы от загрязнений [Электрон. ресурс] http://geonews.com.ua/userfiles/files/ vasilieva_2_2013.pdf (дата обращения 10.12.2017).
25. Остапчук О.Н., Стеценко В.Ю., Пятышкин Г.Г. Использование петрогеотермальной энергии земли // Проблеми екології. 2008. № 1–2. С. 35—41.
---
Для цитирования: Бирюков А.Б., Пархоменко Д.И., Варакута В.В., Гнитиев П.А. Использование вторичных энергоресурсов угольных шахт // Вестник МЭИ. 2018. № 5. С. 24—33. DOI: 10.24160/1993-6982-2018-5-24-33.
#
1. Rey D., Makmaykl D. Teplovye Nasosy. M.: Energoizdat, 1982. (in Russian).
2. Seredina E.A., Koryagin M.V. Ispol'zovanie teplovykh Nasosov v Sistemakh Teplosnabzheniya. Mezhdunarodnyy Studencheskiy Nauchnyy Vestnik. 2016; 3-1:143—145. (in Russian).
3. Pat. № 162553 RF. Termoelektricheskiy Preobrazovatel'. D.I. Parkhomenko i dr. Byul. izobret. 2016;17. (in Russian).
4. Baranov A.V. Ispol'zovanie Otrabotannogo Shakhtnogo Vozdukha s Tsel'yu Razrabotki Energoeffektivnykh Resheniy. Sb. Dokl. XXI Vseukrainskoy Nauch.Konf. Aspirantov i Studentov. Donetsk. 2011:11—12. (in Russian).
5. Melkozerov M.G., Zuev A.A., Delkov A.V., Khodenkov A.A. Paroturbinnye Ustanovki na Nizkokipya-shchem Rabochem Tele. Nauchnye Trudy. 2010;38 (2): 387—392. (in Russian).
6. Shubenko A.L., Rusanov A.V., Senetskiy A.V., Rusanov R.A. Realizatsiya Kaskadnykh Teplovykh Skhem s Primeneniem Turbin na Nizkokipyashchikh Rabochikh Telakh. Vestnik Natsional'nogo Tekhn. Un-ta «Khar'kovskiy Politekhn. Institut». Seriya «Energeticheskie i Teplotekhnicheskie Protsessy i Oborudovanie». 2013;12 (986):24—29. (in Russian).
7. Manushin E.A., Biryukov V.V. Paroturbinnaya Ustanovka Geotermal'noy Elektrostantsii Binarnogo Tsikla dlya Geotermal'nykh Mestorozhdeniy Kamchatskogo Kraya. Nauka i Obrazovanie. 2011;9:1—8. (in Russian).
8. Rukovodstvo po Degazatsii Ugol'nykh Shakht. M.: Nedra, 1975. (in Russian).
9. Biryukov A.B., Semergey V.A. Matematiches- kaya Model' Vygoraniya Pyleugol'nogo Topliva v Topke Energeticheskogo Kotla. Vestnik Donetskogo Natsional'nogo Tekhn. Un-Ta. 2017;1 (7):32—37. (in Russian).
10. Esterkin R.I. Kotel'nye Ustanovki. Kursovoe i Diplomnoe Proektirovanie. L.: Energoatomizdat, 1989. (in Russian).
11. Sharabura T.A., Pinchuk V.A., Shevchenko G.L., Kuz'min A.V. Osobennosti Perevoda Kotlov Maloy i Sredney Moshchnosti Na Vodougol'noe Toplivo. Sovremennaya Nauka: Idei, Issledovaniya, Rezul'taty, Tekhnologii: Sb. Nauchn. Statey. Kiev: «NPVK Triakon», 2012;1 (9):97—105. (in Russian).
12. Metodika Provedeniya Energeticheskikh Obsledovaniy (Energoaudita) Predpriyatiy i Organizatsiy Ugol'noy Otrasli. M.: Minenergo Rossii, 2011. (in Russian).
13. Gryadushchiy B.A., Lisovoy G.N., Korsun V.A. Povyshenie Energeticheskoy Effektivnosti Ugol'nykh Shakht Ukrainy. Seminar. 2007;22:244—248. (in Russian).
14. Drozdova L.G. Statsionarnye Mashiny. Vladivostok: Izd-vo DVGTU, 2007. (in Russian).
15. Gornoe delo. Naznachenie i Klassifikatsiya Kompressornykh Ustanovok [Elektron. Resurs] http://russianminer.ru/index.php?topic=1451.0 (Data Obrashcheniya 26.11.2017). (in Russian).
16. Gladkov R.A., TSodikov F.S. Zadachi i Voprosy po Fizike. M.: Fizmatlit, 2006. (in Russian).
17. Portsevskiy A.K. Ventilyatsiya Shakht, Aerologiya Kar'erov (Aerologiya Gornykh Predpriyatiy). M.: Izd-vo MGOU, 2004. (in Russian).
18. Maydukov G.L. Resursnyy Potentsial Shakhtnogo Metana v Energetike Ukrainy. Ugol' Ukrainy. 2015;10: 38—45. (in Russian).
19. GOST 22667—82. Gazy Goryuchie Prirodnye. Raschetnyy Metod Opredeleniya Teploty Sgoraniya, Otnositel'noy Plotnosti i Chisla Vobbe. (in Russian).
20. Utilizatsiya Degazatsionnogo Metana na Shakhtakh OAO «SUEK — Kuzbass» [Elektron. Resurs] http://www.carbonunitsregistry.ru/reports/SUEK_PDD_rus.pdf (Data Obrashcheniya 20.11.2017). (in Russian).
21. Obespechenie Trebuemogo Sostava Shakhtnogo Vozdukha. Okhrana Truda [Elektron. Resurs] http://www.ohrana-bgd.ru/gornd/gornd2_14.html (Data Obrashcheniya 10.12.2017). (in Russian).
22. RD-15—2011. Instruktsiya po Bor'be s Pyl'yu v Ugol'nykh Shakhtakh. (in Russian).
23. Sharabura T.A. Usovershenstvovanie Protsessov Termicheskoy Pererabotki Vodougol'nogo Topliva iz Nizkosortnogo Uglya i Otkhodov Ugleobogashcheniya: Avtoref. Diss. ... Kand. Tekhn. Nauk. Dnepropetrovsk, 2014. (in Russian).
24. Vasil'eva I.V. Monitoring Podzemnykh i Poverkhnostnykh Vod Donbassa i Ego Mesto v Sostave Meropriyatiy po Okhrane Gidrosfery ot Zagryazneniy [Elektron. Resurs] http://geonews.com.ua/userfiles/files/ vasilieva_2_2013.pdf (Data Obrashcheniya 10.12.2017). (in Russian).
25. Ostapchuk O.N., Stetsenko V.Yu., Pyatyshkin G.G. Ispol'zovanie Petrogeotermal'noy Energii Zemli. Problemi Ekologії. 2008;1–2:35—41. (in Russian).
---
For citation: Biryukov А.В., Parkhomenko D.I., Varakuta V.V., Gnitiev P.A. Utilizing the Secondary Energy Resources Available in Coal Mines. MPEI Vestnik. 2018;5:24—33. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2018-5-24-33.
