Использование вторичных энергоресурсов угольных шахт
Ключевые слова:
изкопотенциальная энергия шахт, вторичные энергоресурсы, энергосберегающий шахтный комплекс, вторичная и низкопотенциальная теплота
Аннотация
Рассмотрены элементы энергетического хозяйства угольных шахт. Выделены основные потребители электроэнергии, топлива, тепловой энергии и технической воды. Определены технологические участки угледобычи, в пределах которых возможно максимальное извлечение потенциала вторичных энергоресурсов и возобновляемых источников энергии. Исследование базируется на использовании упрощенных расчетных зависимостей для типовых параметров силового и энергетического оборудования, а также синтезе различных известных представлений об использовании тепловых насосов для утилизации вторичной низкопотенциальной теплоты. Представлена методика расчета и выполнен предварительный анализ энергии вторичной низкопотенциальной теплоты, выделяемой приводом подъемной установки в процессе эксплуатации. Обоснована целесообразность использования данной энергии при помощи воздушно-водяного теплообменника. Рассчитано количество вторичной низкопотенциальной теплоты, отводимой системой охлаждения компрессорной установки при производстве 1 м3 сжатого воздуха. Доказана целесообразность применения системы для утилизации теплоты, полученной от охлаждения компрессорной установки, вместо градирни. Исследована возможность использования вторичной низкопотенциальной теплоты при проветривании горных выработок и предложено установить на околоствольном дворе воздуховыдающего ствола воздушно-водяной теплообменник для последующего отбора вторичной низкопотенциальной теплоты из рудничного воздуха и ее транспортировки к интегральному теплообменнику. Установлено, что в пределах шахты с залеганием пластов более 800 м количество доступной вторичной низкопотенциальной теплоты составляет 502,32 МВт∙ч/1000 т угля.
Литература
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.
