Обоснование параметров и режимов работы главных вентиляторно-калориферных установок рудников Севера Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

--------------------------------- © А.В. Ковалев, Д.А. Юнгмейстер,

2010

УДК 622.063.23

А.В. Ковалев, Д.А. Юнгмейстер

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ГЛАВНЫХ ВЕНТИЛЯТОРНО-КАЛОРИФЕРНЫХ УСТАНОВОК РУДНИКОВ СЕВЕРА

Рассмотрена методика определения рационального режима работы вентилятора и калориферной установки для обеспечения заданной температуры и влажности исходящего воздушного потока, исключающего обмерзание подводящих выработок. Определены величины повышения температуры воздуха и его давления при проходе через вентилятор.

Ключевые слова: вентилятор, калориферная установка, подводящие выработки, подземный рудник.

Семинар 22

И И ри определении оптимальных режимов работы вентиляторов главного проветривания (ВГП) принято руководствоваться нахождением рабочей точки системы вентилятор-шахтная вентиляционная сеть без учета других энергетических затрат главных вентиля-торно-калорифер-ных установок.

Значительная часть горнодобывающих предприятий Севера проветривается нагнетательным способом, при котором вентиляторная и калориферная установки составляют единый комплекс.

Оптимизацию режима работы ГВКУ рационально осуществлять исходя из понятия общего к.п.д. системы ВГП-калориферная установка-сеть как отношение энергии, подаваемой в подземный рудник с воздухом, к энергии, получаемой ГВКУ от внешних источников питания (на зажимах ячеек, питающих ГВКУ).

Пос =

затрачиваемой на преодоление сопротивления шахтной сети, на создание скоростного напора и на подогрев воздуха до температуры, обеспечивающей безопасность производства работ.

Мощность, затрачиваемая на подогрев воздуха главной вентиляторнокалориферной установкой

ЫП = Ык + Ыв + Ыу,

где Nк - мощность подогрева воздуха калориферным агрегатом, кВт, Ыв -мощность подогрева воздуха вентилятором, кВт, N ву - мощность, потребляемая вспомогательными электроустановками ГВКУ, кВт.

Мощность подогрева воздуха вентилятором определяется мощностью на валу вентилятора

ОвНв

Пв

Энергия, подаваемая в подземный рудник с воздухом, состоит из энергии,

Температура воздуха, подогреваемого вентилятором, определяется по известной формуле

At. =

CpG

где Nв - мощность на валу вентилятора, кВт, Cp - теплоемкость воздуха при

постоянном давлении, кДж/кг°С, G -массовый расход вентилятора, кг. Потребная мощность калорифера

Ык = Ып - Ыв - Ыву.

Общее количество необходимой для подогрева рудничного воздуха энергии определяется как разность энтальпий подогретого и атмосферного воздуха [6].

О = и - J Є

^ V р ат I ’

где G - масса проходящего через выработку сухой части воздуха, кг/с.

Удельная энтальпия подогретого воздуха

J = + 0,622—Е—

08 р - fEn

- (r0 + Centp ) .

bar p

Удельная энтальпия атмосферного воздуха при t < 0° для ледяного тумана

J = С t + 0,622—fa™Ea™— X

am св am * p f e

am am

x(r0 + Centanrn - Сл^am + Гпл0) + ^л^arm Гпл0 )'

1000

В диапазоне температур - 50 °С ...+ 15 °С графики энтальпий практически параллельны, поэтому для упрощения расчетов рационально принимать разность энтальпий подогреваемого и атмосферного воздуха при абсолютно сухом воздухе ^ = 0 г/кг).

Таким образом, мощность, необходимая для подогрева воздуха, рассчитывается по следующей формуле

N = О - J )в

п \ р апм I ’

где N п - необходимая мощность для подогрева атмосферного воздуха, кВт, Jр , Jаrш - энтальпии соответственно

подогретого и расчетного атмосферного воздуха при абсолютно сухом воздухе. Энтальпия абсолютно сухого воздуха

J = 0 t

св 5

где 0св - теплоемкость воздуха при постоянном давлении, кДж/кг, t - температура воздуха.

Масса проходящего через вентилятор сухого воздуха

Є = Ор,

где О - расчетная производительность вентиляторно-калориферной установки, м3/с, р - плотность воздуха при температуре подогретого воздуха, кг/м3 (1,2

кг/м3).

Расчет калориферной установки следует производить по массовому расходу вентилятора, по теплосодержанию атмосферного воздуха в данном регионе в зимний период и теплосодержанию подаваемого в подземные выработки подогретого воздуха, которое должно обеспечивать отсутствие льдообразования в подземных горных выработках.

Правилами безопасности ограничена нижняя граница температуры подаваемого в подземный рудник воздуха +2°С.

Практика эксплуатации ГВКУ при данной температуре показала, что даже при температуре +4 °С при определенных условиях происходит обледенение горных выработок (рис. 1).

Рис. 1. Общий вид воздухоподающей выработки при ее обледенении, температура +4 С

В работе предлагается регулировать температуру подогретого воздуха в соответствии с формулой

Т = -вТЕ + Ь,

где Т - динамическая уставка температуры воздуха, °С, Е = 6,107 х

17.504 ^

хе241232+* - давление насыщенного водяного пара, Па, f - относительная влажность, в долях единицы, а и Ь -регулировочные коэффициенты соответственно наклона и сдвига линии уставки температуры.

Однако данная формула не учитывает изменений атмосферного давления, которые достигают 6,5-6,9 % (для условий Расвумчоррского рудника ОАО «АПАТИТ»).

Произведем расчет оптимальной температуры воздуха в нагнетающем канале ГВКУ с учетом создаваемого вентилятором давления.

Для предотвращения обмерзания подземной выработки достаточно поддерживать удельную энтальпию рудничного воздуха не ниже энтальпии влажного термометра J1 = 0 кДж/кг.

Отсюда уравнение теплового баланса влажного воздуха записывается в виде

J = J' ,

где J - энтальпия подогретого воздуха при температуре сухого термометра.

После преобразования получим следующую зависимость температуры подогретого воздуха от влагосодержания рудничного воздуха

Принимая во внимание, что РЬаг - е ~ РЬаг , а е = ^ , приходим к следующей формуле

ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ ЭЛ ЕКТРОКАЛОРИФЕРОВ ГВКУ

кВт*час

Рис. 3. Уменьшение производительности ГВКУ ВЦ-32 Расвумчоррского рудника ОАО «АПАТИТ» на праздничные дни в январе 2009 г.

Рис. 2. а - сравнительные графики нагрузок за 2006 и 2008 годы; б - сравнительные графики относительных нагрузок за 2006 и 2008 гг.

і = -1555

_Е

+ J1

Но удельная энтальпия в нагнетающем канале ГВКУ при температуре влажного термометра

б1

1000

(Г0 + свп* ),

где і1 - температура влажного термометра в нагнетающем канале ГВКУ,°С, d/ - влагосодержание воздуха в нагнетающем канале ГВКУ при температуре влажного термометра, г/кг.

Задаваясь температурой влажного термометра для гарантированного необ-мерзания поверхности горных выработок, равной 0°С, получаем следующую зависимость

Jl = 2,5*622

Е1 - парциальное давление насыщенных водяных паров в нагнетающем канале ГВКУ, гПа.

При 0°С Е1 = 6,107Па и, значит, с достаточной точностью

і = -1555

Е - 6,1

Р

Ьаг

Представим полученную формулу в виде, позволяющем создать простой алгоритм управления температурой подогретого воздуха с возможностью подстройки под конкретные датчики температуры, влажности и давления с учетом их индивидуальной погрешности показаний.

і = т

п - Е

Р

Ьаг

где т и п - регулировочные коэффициенты.

Так как статическое давление, создаваемое вентиляторами ГВКУ, составляет от 0,5 % у ВОКД-1,8, ВЦ-32 и ВЦ-5 (35-50 мм. вод. ст.) до 1 % (80-85 мм. вод. ст.) у ВОД-21 от атмосферного давления, рационально производить расчет температуры подогреваемого воздуха исходя из барометрического давления

атмосферы, а небольшое превышение уставки температуры над расчетным компенсировать изменением регулировочных коэффициентов.

Созданная в соответствии с вышеизложенными принципами аппаратура была установлена на трех ГВКУ Рас-вумчоррского рудника ОАО «АПАТИТ». За год эксплуатации было достигнуто значительное снижение энергопотребления (рис. 2) и сэкономлено 1843000 кВт*ч на сумму 1426000 руб.

Повышение энергетической эффективности ГВКУ рудников Севера, не опасных по газу и пыли, в настоящее время наиболее перспективно путем поддержания минимальной обоснованной температуры подогретого воздуха, а также работой ГВКУ в области уменьшения производительности вентилятора в выходные дни, в ремонтные смены и межсмен-ные перерывы (рис. 3). ВГСга

_ Коротко об авторах ------------------------------------------------------------------

Ковалев А.В. - зам. главного механика Расвумчоррского рудника ОАО «АПАТИТ», ta-geyushkina@apatit.com

Юнгмейстер Д.А. - доктор технических наук, профессор кафедры Конструирования горных машин и технологии машиностроения Санкт-Петербургского государственного горного института им. Плеханова (ТУ), dmit_jung@hotbox.ru

ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор

Название работы

Специальность Ученая степень

БАГАШАРОВА Оптимизация расхода кислоты при

Женисгул подземном скважинном выщелачивании урана 25.00.22 к.т.н.

Телмановна