В.В. Назаревич Калориферная установка

		10
	Исследования показывают, что неравномерности нагрузки секции
по	воздуху	Kw =(Wmax −Wmin ) / Wmax	и	по	теплосъему
Кt =( tmax −tmin ) / tmax колеблются в			значительных		пределах

(рис. 1.5). Нередки случаи, когда из-за большой местной скорости через отдельные сечения в секциях воздух выходит с отрицательной температурой.

Рис 1.5. Коэффициенты неравномерности теплосъёма (а)

иэпюры скоростей воздуха (б), проходящего через секции

4.Отсутствие регулируемого по высоте насадка над устьем водозаборного канала и перегородки внутри калориферной установки.

11

Эпюры (рис. 1.6) показывают, что при необорудованном всасе основной поток воздуха проходит в нижней части со скоростью до 2,5 м/с, в то время как вверху воздух перемещается со скоростью всего лишь 0,5 м/с, образуя в верхнем объёме застойные зоны (воздушную "подушку" из тёплого воздуха), сдерживая поступление воздуха через верхние ряды калориферных секций.

Рис. 1.6. Эпюры скорости потока воздуха по высоте над всасывающим проемом внутри калориферной установки:

1 – без регулируемого по высоте насадка;

2 – с регулируемым по высоте насадком

Совсем обратная картина наблюдается, когда над всасом установлен регулируемый по высоте насадок. В этом случае высоту насадка

12

можно подобрать такую, при которой тёплый воздух будет забираться из верхнего объёма. Потоки же воздуха, поступающие через нижние ряды за время вынужденного движения вверх, успевают нагреться до рабочих температур и кроме этого выравнивать температурное поле во всём внутреннем объёме.

5. Неэффективность защиты калориферной установки от замораживания сливанием воды из секций подтверждается исследованиями времени замерзания воды при чисто конвективном теплоотводе (без обдувания ветром) от неоребрённых и оребрённых трубок (рис. 1.7, 1.8, 1,9).

Рис 1.8. Время охлаждения раствора хлористого кальция

встеклянных пробирках: tнар - температура наружного воздуха;

τ- время охлаждения; ρ - плотность пара

13

Как видно, запас во времени составляет лишь 5-12 мин, тогда как от начала аварийной ситуации до полного слива требуется не меньше

30-40 мин.

6. Подключение КУ на общую разветвленную теплосеть.

В этих условиях нередки случаи нарушения режима теплоснабжения КУ из-за аварий на сторонних потребителях. Опыт показывает, что КУ должны питаться по обособленной двухтрубной теплосети.

1.2. Гигиенические требования к температуре воздуха в шахте

Наиболее благоприятной температурой воздуха является 22-24 °С при относительной влажности 90 % и скорости подачи 2-4 м/с. В этих условиях терморегуляция организма не нарушается.

При скорости подачи воздуха 4 м/с и температуре ниже 20 °С происходит охлаждение организма.

При подаче по стволу воздуха с температурой ниже 7 °С должна быть глухая клеть для спуска рабочих.

	Таблица 1.1
Нормируемые температуры воздуха
в зависимости от скорости при влажности ϕ = 98 % [3]
Скорость W , м/с	Температура воздуха t , °C
1,5 м/с	15-30
3 м/с	28
2,5 м/с	27
2 м/с	26

Приведенная ниже таблица характеризует охлаждающее действие ветра на открытую часть тела человека, выраженную через эквивалентную температуру воздуха в штиль (т.е. при отсутствии ветра) [5].

14

Таблица 1.2

Субъективные ощущения температуры в зависимости от скорости потока воздуха

Показа-		Эквивалентная температура воздуха в штиль, °С,										Опас-
ния				при скорости ветра, м/с								ность
темпе-	0	2,2	4,4		6,6	8,8	11,0		13,3	15,4	17,6	обмо-
ратур,												ражи-
ºC												вания
	+10	+8,9	+4,4		+2,2	0,0	-1,1		-2,2	-2,8	-3,3	малая
+4,4	+4,4	+2,8	-2,2		-5,6	-7,8	-8,9		-10,6	-11,7	-12,2
-1,1	-1,1	-2,8	-8,9		-12,6	-15,6	-17,8		-18,9	-20,9	-21,1

Так при температуре +4,4 °С и скорости ветра 6,6 м/с эквивалентная температура воздуха будет -5,6 °С, т.е. открытые участки тела человека будут испытывать охлаждающее действие ветра, аналогичное тому, как если бы температура воздуха была -5,6 °С при отсутствии ветра.

1.3.Предложения по повышению эффективности и надёжности КУ

Впросмотренной литературе по данному вопросу аналогов решения поставленных задач не имеется.

Результаты многолетних исследований кафедры стационарных и транспортных машин Кузбасского государственного технического университета, показывают, что основными причинами выхода из строя элементов системы КУ являются неравномерность скорости потока воздуха, а вместе с этим теплосъёма по калориферным секциям (колебания составляют от 15 до 86 %), и отсутствие надёжных способов защиты от замораживания в экстремальных условиях полного прекращения тепло- и электроснабжения.

Рекомендации по защите путём слива воды из секций не предотвращают замораживания, поскольку процесс замерзания оставшейся воды в элементах системы развивается быстрее, чем заканчивается процесс слива. Для многоходовых калориферов этот способ вообще неприемлем.

Врезультате более половины калориферных секций, выделяемых шахтам, расположенным в Северных районах и в Сибири, идёт на замену замороженных.

Аварии калориферных установок приводят к нарушению работы шахт, а иногда, при значительном обмерзании воздухоподающего ствола, и к полной их остановке.

15

Кроме прямых убытков, связанных с восстановительными и ремонтными работами, эти аварии ведут к снижению производительности труда и к увеличению простудных заболеваний горнорабочих.

В результате дискомфортных условий в горных выработках вра- чами-гигиенистами, контролирующими работу угольных предприятий, установлено, что убытки от простудных заболеваний горнорабочих составляют 600-700 тыс. р. в год на одну шахту (в ценах 1980 г.).

Стремление предотвратить замораживание калориферных установок вынуждает увеличивать подачу на них воды. При низком коэффициенте теплопередачи (10-13 Вт/(м2К) вместо нормативных 20-25 Вт/(м2К) происходит резкое снижение экономических показателей работы всего теплоэнергетического комплекса предприятия: поступающая в обратную магистраль вода с температурой 50-70 °С снижает эффективность работы экономайзеров. При этом температура выбрасываемых отходящих газов котельных достигает, по данным предприятий угольной промышленности, 230-300 °С, вместо допустимых нормами 120 °С, в связи с этим увеличивается расход угля и выбросы в атмосферу.

Исходя из анализа вышеперечисленного предлагается:

1.С целью резкого сокращения объёмов работ, трудоёмкости и стоимости строительства калориферные установки проектировать согласно авторскому свидетельству № 1314209 открытые, круглые башенного типа однорядные по ходу воздуха с телескопическим воздухозаборным каналом.

2.Для обеспечения гарантированной надёжной и эффективной работы калориферные установки выполнять с двухконтурной системой теплоснабжения с низкозамерзающим промежуточным теплоносителем

всоответствии с авторским свидетельством № 1341468.

По результатам исследований [1] наиболее перспективной, исключающей перечисленные недостатки, может быть двухконтурная с промежуточным низкозамерзающим теплоносителем система теплоснабжения КУ, разработанная в КузГТУ канд. техн. наук, доц. В.В. Назаревичем и защищенная авторскими свидетельствами № 1341468 и

№ 1314209.

Использование низкозамерзающего теплоносителя исключает опасность замерзания калориферной установки даже в экстремальных условиях полного прекращения подачи тепла и электроэнергии.

16

2. ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

В настоящее время на шахтах и рудниках подогрев воздуха в системах главной вентиляции осуществляется, за исключением районов Крайнего Севера, безвентиляторными калориферными установками, к которым предъявляются следующие требования [4].

2.1.Калориферная установка должна обеспечить нагрев поступающего в систему вентиляции воздуха до температуры, устанавливаемой отраслевыми нормами технологического проектирования СНиП П-33-75 и СНиП П-А-6-74 или согласованной с местными органами Госгортехнадзора (для Кузбасса не ниже +2 °С в устье ствола).

2.2.Система теплоснабжения калориферных установок должна исключать опасность замораживания калориферов и оборудования установки при полном прекращении поступления горячей воды в систему теплоснабжения. С этой целью теплоснабжение калориферных установок должно осуществляться по двухконтурной схеме с промежуточным низкозамерзающим теплоносителем.

2.3.Проектная документация на калориферную установку должна содержать:

- пояснительную записку с техническими расчётами; - гидравлическую схему компоновки;

- схему автоматизации работы калориферной установки; - инструкцию по эксплуатации калориферной установки.

2.4.Компоновка калориферной установки должна обеспечивать возможность производства во время ремонта сварочных работ, исключая попадание огня и дыма в вентиляционную струю.

2.5.Компоновка воздушного тракта должна удовлетворять условиям как нагнетательного, так и всасывающего способов проветривания, а именно: при нагнетательном способе здание калориферной установки блокируется со зданием вентилятора главного проветривания, при всасывающем способе – блокируется с надшахтным зданием воздухоподающего ствола.

2.6.При проектировании и строительстве калориферной установки должны быть предусмотрены способы и решения надёжной герметизации копра и устья ствола, исключающие подсос холодного воздуха, минуя калориферы выше 20 % проектной нормы.

2.7.В проектном решении компоновки воздушного тракта калориферной установки должна быть предусмотрена возможность подачи

17

и выхода атмосферного воздуха в шахту и из шахты, минуя калориферы: летом, при реверсе воздушной струи и в аварийных ситуациях.

2.8.Сечение воздушного тракта калориферной установки должно быть рассчитано на полный объём воздуха, подаваемого в шахту по системе вентиляции.

2.9.В качестве греющего теплоносителя должна приниматься высокотемпературная вода.

2.10.Калориферы должны приниматься только стандартные, одного типа и модели, многоходовые, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 7201-90.

2.11.В конструкции калориферной установки должны быть предусмотрены устройства для удаления воздуха и слива теплоносителя из элементов 1-го контура при ремонтных работах.

2.12.При компоновочном проектировании калориферной установки необходимо выполнять следующие требования:

- при равномерной нагрузке на калориферные секции массовая

скорость воздушной струи в живом сечении должна быть в пределах

3,6-5,0 кг/м2·с;

-скорость движения горячей воды в теплообменных трубках калориферов должна быть в пределах 0,3-0,8 м/с;

-сопротивление калориферной установки по воздушному тракту от места всасывания до входа воздуха в вентиляционный канал должно быть не более 20-35 даПа;

-давление воды в любой точке гидравлического тракта калориферной установки допускается не более 1,2 МПа по условию механической прочности калориферов и не менее 0,5 МПа по условию невскипания горячей воды.

2.13. Теплоснабжение калориферной установки от шахтовой котельной или от магистральной теплотрассы ТЭЦ должно осуществляться обособленной двухтрубной теплосетью.

2.14. Подключение калориферных секций на теплосеть должно быть индивидуально-параллельным через запорную арматуру с целью обеспечения возможности регулирования расхода греющего теплоносителя через секции.

2.15. Для обеспечения технологической надежности должны быть предусмотрены резервные группы калориферных секций, снабженные соответствующей арматурой для оперативного подключения в схемы гидравлического тракта. Площади поверхности теплообмена калориферов необходимо принимать с резервом 10-20 %.

18

2.16. Калориферная установка с двухконтурной системой теплоснабжения с промежуточным низкозамерзающим теплоносителем должна монтироваться открытой без ограждающих конструкций, круглой, однорядной по ходу воздуха, на высоте не менее 2,0 м от уровня земли.

2.17. Калориферная установка должна быть снабжена контрольноизмерительными, показывающими и регистрирующими приборами и аппаратурой автоматического управления, обеспечивающими:

-автоматический контроль и стабилизацию температуры воздуха

встволе в заданных пределах;

-регистрацию температур наружного воздуха и в стволе шахты;

-расходы, давление и температуры теплоносителей на входе и выходе I и II контуров системы теплоснабжения;

-сигнализацию у диспетчера и в котельной об отклонении контрольных параметров теплоносителей от расчетных значений.

3. ДВУХКОНТУРНАЯ СИСТЕМА ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ КАЛОРИФЕРНОЙ УСТАНОВКИ

3.1. Общая схема

Двухконтурная система теплоснабжения калориферной установки, представленной на схеме (рис. 3.1), содержит контур I циркуляции греющего теплоносителя (например, воды), соединяющий прямой и обратной линиями 1 и 2 источник тепла 3 с теплообменником 4 через подводящую 5 и отводящую 6 трубы, снабженные байпасом 7, атмосферным 8 и сливным 9 клапанами. Теплообменник 4 соединен контуром II циркуляции вторичного промежуточного низкозамерзающего теплоносителя (например, антифриза), снабженным циркуляционным насосом 10 с калорифером 11. Байпас 7 имеет отсечную задвижку 12. В трубах 5 и 6 установлены переключающие трехходовые краны 13 и 14, причем именно к этим кранам подключены соответственно атмосферный и сливной клапаны. В обратной линии 2 контура I размещен температурный регулятор с цепями управления (на схеме не показано) электроприводами: циркуляционного насоса 10, задвижки 12 и кранов

13 и 14.

19

Рис. 3.1. Схема калориферной установки

сдвухконтурной системой теплоснабжения

3.2.Работа системы в нормальном режиме

При нормальном режиме эксплуатации задвижка 12 байпаса 7 закрыта, а краны 13 и 14 на трубах 5 и 6 подключения теплообменника к системе теплоснабжения находятся в открытом положении, перекрывая при этом атмосферный 8 и сливной 9 клапаны. Греющий первичный теплоноситель – вода – от генератора тепла 3 по прямой линии 1 и трубе 5 подается в теплообменник и, нагревая в нем вторичный промежуточный низкозамерзающий теплоноситель, отводится через трубу 6 и линию 2 к генератору тепла 3. Вторичный промежуточный низкозамерзающий теплоноситель, например, антифриз – с помощью циркуляционного насоса 10 циркулирует в контуре II, нагревается в теплообменнике 4, отдает тепло в калорифере 11 нагреваемому воздуху и возвращается для нагрева в теплообменник 4. Нагретый в калорифере 11 воздух подается в систему вентиляции.

3.3. Работа системы в аварийном режиме

При снижении температуры воды в обратной линии 2 контура I ниже допустимого предела или при аварийном прекращении тепло- и электроснабжения температурный датчик 15 подает сигнал на отключение привода циркуляционного насоса 10. Одновременно сигнал подается на привод, открывающий задвижку 12 на байпасе 7, через который на время аварии сохраняется возможность циркуляции воды в контуре I, а также на приводы, которые переводят трехходовые краны 13 и 14 в положение отключения теплообменника 4 от контура II. При этом