Тема 2.6. Кондиціювання повітря і калориферні установки

План:

2.6.1. Причини підвищення температури в гірничих коробках.

2.6.2. Кондиціювання повітря.

2.6.3. Калориферні установки.

2.6.1. Нормальна життєдіяльність людей в виробках визначається не тільки складом повітря, а також температурою, вологістю і швидкістю його руху. ПБ регламентує температуру в гірничих виробках до 26^оС і швидкість руху 0,25…2 м/с в залежності від температури.

Основні причини підвищення температури в гірничих виробках:

1. Стискання повітря в стволі дією сили ваги. На кожні 100м температура підвищується на 1^оС.

2. Зростання температури гірничих порід по мірі збільшення глибини виробок визначається за формулою

t _n = t _н.з. + d ×(H-H _н.з.), (29)

де t _н.з. – температура нейтральної зони, яка не залежить від сезонної зміни. Приймається 8`C.

Н _н.з. = 25…30 м. - глибина залягання нейтральної зони, d = 0,03 – геотермічний градієнт.

3. Окислювальні процеси вугілля, порід і кріпильного матеріалу.

4. Дотикання повітря з розхиленим вугіллям в очисних вибоях.

5. Теплообмін між вугіллям і породою.

6. Тепловиділення від працюючих людей, машин, електричних апаратів.

2.6.2. Кондиціювання повітря здійснюється з допомогою холодильних установок різних типів.

Парокомпресорна холодильна установка (рис. 37, а) складається із наступних елементів: компресора 1, конденсатора 2, детандера 3, випаровувача 4. Під час роботи компресор всмоктує з випаровувача холодагент і стискає його без теплообміну з зовнішнім середовищем. Стиснений пар поступає в конденсатор, де від нього відводиться тепло і пара перетворюється в киплячу рідину. В детандері відбувається її розширення, випаровування і пониження температури. У випаровувачі волога пара підсушується за рахунок відбирання тепла від охолоджуваного середовища.

У деяких парокомпресорних холодильних установках (рис. 37, б) замість детандера використовують дросельний вентиль 3, розширення холодагента заміняють дроселюванням.

В якості холодагента найчастіше використовують фреони – галоїдні похідні насичених вуглеводів метану і етану, можуть використовувати також аміак і вугільну кислоту.

Абсорбційна холодильна установка відрізняється від парокомпресорної тим, що в ній не затрачається механічна робота (на привід компресора), а використовується тепло (рис. 37). Схема АХУ аналогічна ПКХУ, але відрізняється застосуванням замість компресора насоса і двох апаратів (абсорбера і парогенератора). Пари холодагента з випаровувача 1, поглинаються в абсорбері рідиною – абсорбентом (поглиначем). Утворюється розчин холодагента і абсорбента. Цей розчин перекачується насосом 3 з абсорбера в парогенератор 4, де проходить випаровування холодагента з розчину. Пара направляється в конденсатор 5, а абсорбент через дросельний вентиль 6 в абсорбер. В конденсаторі з водяним охолодженням холодагент конденсується, а потім, після дроселювання вентилем 7, поступає у випаровувач 1, де кипить, відбираючи тепло від охолоджуваного середовища.

Рис. 37. Схеми холодильних установок: а – парокомпресорної з детанцером,

б – парокомпресорної з дросельним вентилем, в – абсорбційної

2.6.3. Калориферні установки (рис. 38) призначені для регулювання температури яка поступає зимою в шахту. Нагрівання повітря в калориферах здійснюють до температури 60…70`C, щоб суміш його з холодним повітрям складена +2`C.

Калориферна установка з’єднується з стволом шахти каналом з нахилом 5…10`С. Установки бувають вентиляторні і безвентиляторні.

У вентиляторній калориферній установці (рис. 38, а) повітря через металічну решітку атмосферної будки 1 поступає на вентилятор 2, який через дифузор 3 подає його на калорифери 4. В камері 5 нагріте повітря змішується з основним потоком, що поступає з будки 6. Суміш повітря по каналу 7 поступає в ствол. Перестановка ляд 9 і 10 здійснюється лебідкою 11.

У безвентиляторній калориферній установці (рис. 38, а) основний струмінь повітря через будку 1 поступає в секцію 2 калориферної будівлі і через канал 3 – в ствол 4. Частина повітря через атмосферну будку 5 попадає в секцію 6. Підігрівається на решітці 7. Через вікно 8 поступає в секцію 2, де змішується з холодним струменем.

Калорифери випускають стальні ребристі і чавунні пластинчаті.

Якщо кількість повітря, що подається в шахту m=Q×r; r = 1,3 кг/м³, то для отримання заданої температури t _см, потрібно підігріти повітря

m _n = m× (t_cм - t_з ) / (t_n - t_з); (30)

де t_п – температура підігрітого повітря, t_з – зовнішня температура.

Витрата тепла на підігрів повітря

Q _к.м.=3600×т× С_р×(t_см –t_п) (кДж/год) (31)

де С_р = 1,012 кДж/кг×К – масова теплоємність повітря при постійному тиску.

Об’єм повітря, що подається калориферним вентилятором при r_о=1,293 кг/м³

V_о = 3600 × m _n / r_о. (32)

Потрібна кількість пару для калориферної установки з врахуванням 10% втрат в паропроводі

D_к = 1,1×Q_к.м../С_в×(t_пар. – t_ср.) (кг/год), (33)

де с_в= 4,19 кДж/кг К – теплоємність води, t_пар – температура пару, t _ср = t_п + t _з / 2 – середня температура.

Рис. 38. Калориферні установки: а – вентиляторні, б – без вентиляторні.

Контрольні запитання до теми 2.6:

2.6.1. Визначити температуру гірничих порід на глибині 530 м.

1. 23°С, 2. 20°С, 3. 15°С.

2.6.2.1. Парокомпресорна холодильна установка складається з:

1. Компресора, абсорбера, парогенератора, випаровувача.

2. Компресора, детандера, конденсатора, випаровувача.

3. Насоса, компресора, конденсатора, абсорбера.

2.6.2.2. Абсорбційна холодильна установка складається з:

1. Випаровувача, абсорбера, насоса, парогенератора, конденсатора.

2. Випаровувача, абсорбера, компресора, парогенератора, конденсатора.

3. Випаровувача, детандера, насоса, парогенератора, конденсатора

2.6.3. В шахту подається Q = 200 м³/с повітря, t_см= 2°С, t _п = 60°C, t_з = –15°С. Визначити масу підігрітого повітря:

1. 6 кг/с. 2. 150 кг/с. 3. 58,9 кг/с.