RU2732753C1

RU2732753C1 - Heat power complex for heating of mine ventilation air

Info

Publication number: RU2732753C1
Application number: RU2020101507A
Authority: RU
Inventors: Михаил Евгеньевич Пузырев; Евгений Михайлович Пузырёв; Константин Сергеевич Афанасьев; Вадим Алексеевич Голубев
Original assignee: Михаил Евгеньевич Пузырев
Priority date: 2020-01-16
Filing date: 2020-01-16
Publication date: 2020-09-22

Abstract

FIELD: ventilation.SUBSTANCE: invention relates to heat power systems for heating of ventilation air (HPS) and its supply to mine shaft, besides, complex can be used for heat supply. HPS for heating of mine ventilation air, comprising a hot air path with a hot air fan, air distributor arranged in cold and hot air mixing chamber and air heater, which is included into flue gas path with heat generator, arranged as communicated via gas outlet openings, at least one, afterburning chamber and combustion chamber, which has secondary blowing nozzles and layer furnace device, connected to blow fans. At that, blowing fans with air intake branch pipes are connected also to the cooled gas flue recirculation path, and air heater has several stages of flue gas cooling, which are connected in series with flue gas flow, and in air flow in parallel circuit.EFFECT: proposed technical solutions ensure reliability, environmental friendliness and high efficiency of fuel and energy complex with possibility of coal-containing waste burning and external consumers heat supply.10 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетическим комплексам для подогрева вентиляционного воздуха и подачи его в ствол шахты, причем одновременно комплекс может использоваться и для теплоснабжения соседних зданий и сооружений с подачей горячего теплоносителя по теплотрассе. Кроме того, комплекс может быть применен для обогрева и вентиляции ангаров и других объектов, а также для подготовки и подачи сушильного агента.The invention relates to heat-and-power complexes for heating ventilation air and supplying it to the shaft of a mine, and at the same time the complex can be used for heat supply of neighboring buildings and structures with the supply of hot coolant along the heating main. In addition, the complex can be used for heating and ventilation of hangars and other facilities, as well as for the preparation and supply of a drying agent.

Известен (Патент РФ №2189533) теплоэнергетический комплекс для подогрева шахтного вентиляционного воздуха (ТЭК), используемый для подогрева подаваемого в шахту воздуха. ТЭК содержит тракт горячего воздуха с вентилятором горячего воздуха, воздухораспределительным устройством, размещенным в камере смешения холодного и горячего воздуха и воздухоподогреватель (ВП), включенный в тракт дымовых газов (ДГ) с теплогенератором, который выполнен обмуровкой и имеет топочное устройство, подключенное к дутьевым вентиляторам. При этом воздухораспределительное устройство выполнено в виде трубы, установленной по периметру камеры смешения холодного и горячего воздуха, причем на трубе имеется щель, направленная поперек потока холодного воздуха.Known (RF Patent No. 2189533) a heat-and-power complex for heating mine ventilation air (FEC), used to heat the air supplied to the mine. The fuel and energy complex contains a hot air path with a hot air fan, an air distribution device located in a mixing chamber of cold and hot air and an air heater (VP) included in the flue gas path (DG) with a heat generator, which is lined and has a combustion device connected to the blowing fans ... In this case, the air distribution device is made in the form of a pipe installed along the perimeter of the mixing chamber for cold and hot air, and the pipe has a slot directed across the flow of cold air.

Недостатками этого устройства являются:The disadvantages of this device are:

- Низкая экономичность из-за неприспособленности ТЭК для сжигания отходов шахты, низкой эффективности топочного процесса и больших потерь с уходящими ДГ. Потери тепла с уходящими ДГ велики так как по условию работы трубной доски (Патент №2386034) ДГ многократно, до 5-6 раз, разбавляются подачей холодного воздуха со снижением их температуры до 500°С перед ВП и, кроме того, ВП включен по прямоточно-перекрестной схеме, дающей низкий температурный напор.- Low efficiency due to the inability of the fuel and energy complex to incinerate mine waste, low efficiency of the furnace process and high losses with leaving DG. Heat losses from the outgoing DGs are large, since, according to the condition of the tube sheet operation (Patent No. 2386034), DGs are repeatedly, up to 5-6 times, diluted by supplying cold air with a decrease in their temperature to 500 ° C in front of the VP and, in addition, the VP is switched on in direct flow -Cross circuit, giving a low temperature head.

- Высокое аэродинамическое сопротивление и плохое перемешивание холодного и горячего воздуха, которые вызваны тем, что воздухораспределительное устройство выполнено в виде трубы, установленной по периметру камеры смешения холодного и горячего воздуха, причем щель направлена поперек потока холодного воздуха. При этом плоские струи горячего воздуха зажимают проходное сечение, вызывая большое аэродинамическое сопротивление, и далее текут вдоль стенок, плохо перемешиваясь с центральным потоком холодного воздуха.- High aerodynamic resistance and poor mixing of cold and hot air, which are caused by the fact that the air distribution device is made in the form of a pipe installed around the perimeter of the mixing chamber for cold and hot air, and the slot is directed across the flow of cold air. In this case, flat jets of hot air clamp the flow area, causing a large aerodynamic drag, and then flow along the walls, mixing poorly with the central flow of cold air.

- Низкие экологические характеристики, так как в теплогенераторе ТЭК используется высокотемпературный топочный процесс и нет подачи вторичного дутья в камеру сгорания теплогенератора.- Low environmental characteristics, since a high-temperature combustion process is used in the TEK heat generator and there is no supply of secondary blast to the combustion chamber of the heat generator.

- Низкая надежность конструкции и шлакование обмуровки теплогенератора ТЭК из-за высокой температуры топочной среды.- Low reliability of the design and slagging of the lining of the TEK heat generator due to the high temperature of the combustion medium.

- Низкая надежность и низкая эффективность, так как теплогенератор ТЭК не имеет охлаждения стен, теплонапряженных элементов и топочного устройства с передачей тепла для теплоснабжения.- Low reliability and low efficiency, since the TEK heat generator does not have wall cooling, heat-stressed elements and a combustion device with heat transfer for heat supply.

Рассматривая ТЭК и угольные шахты, нужно отметить, что шахтным способом добываются преимущественно высококачественные, дорогостоящие угли, поэтому отгружаемый уголь подвергается сортировке с выделением некондиционных составляющих. Поэтому именно проблемно перегружаемая и трудно транспортируемая мелочь, типично с высокой зольностью, и углесодержащие отходы должны быть сырьевой базой для энергетических объектов шахт и ТЭК. Однако сжигание угольной мелочи и высокозольных углесодержащих отходов требует специальных типов топочных устройств.Considering the fuel and energy complex and coal mines, it should be noted that mainly high-quality, expensive coals are mined by the mine method, therefore the shipped coal is sorted with the release of substandard components. Therefore, it is problematic overloading and difficult to transport fines, typically with high ash content, and coal-containing waste that should be a raw material base for energy facilities of mines and fuel and energy complex. However, the combustion of fine coal and high-ash coal-containing waste requires special types of combustion devices.

Известно (Патент РФ №2591070) универсальное по типам сжигаемых топлив и отходов топочное устройство с вихревой топкой, где за счет тангенциальной направленности сопл вторичного дутья над горящим слоем создается вихрь с горизонтальной осью, проходящей через газоотводящие окна, одно или два, симметрично расположенные на боковых стенах. В слое горят крупные частицы угля, а выделяющиеся из слоя летучие и унос горят в вихре. Вихрь поддерживает горение слоя и удерживает за счет центробежных сил витающие частицы, обеспечивая высокую экономичность сжигания топлива, причем не только за счет более полного сгорания угля, но и за счет возможности сжигания дешевых, загрязняющих территорию шахт углесодержащих отходов. При этом в топке поддерживается экологически более чистый низкотемпературный топочный процесс с температурой 850-1000°С, и возможно применять слоевое топочное устройство, оптимальное для используемого топлива или отходов, например, с цепной механической решеткой прямого или обратного хода, с высокотемпературным кипящим слоем, с кипящим слоем или другое. Это экологически эффективная схема сжигания со ступенчатой подачей дутья. Она обеспечивает надежность и высокую экономичность за счет выжигания горючих в топке и возможности использования отходов шахты вместо угля.It is known (RF Patent No. 2591070) a combustion device with a vortex furnace that is universal in the types of combusted fuels and wastes, where due to the tangential direction of the secondary blast nozzles above the burning layer, a vortex is created with a horizontal axis passing through the gas outlet windows, one or two, symmetrically located on the side walls. Large particles of coal burn in the layer, and volatiles escaping from the layer and entrainment burn in a vortex. The vortex supports the combustion of the bed and retains floating particles due to centrifugal forces, providing high efficiency of fuel combustion, and not only due to more complete combustion of coal, but also due to the possibility of burning cheap coal-containing waste polluting the territory of mines. At the same time, an ecologically cleaner low-temperature combustion process with a temperature of 850-1000 ° C is maintained in the furnace, and it is possible to use a layered combustion device that is optimal for the fuel or waste used, for example, with a chain mechanical grate of forward or reverse stroke, with a high-temperature fluidized bed, with fluidized bed or other. This is an environmentally efficient staged combustion system. It provides reliability and high efficiency due to the burning of fuels in the furnace and the possibility of using mine waste instead of coal.

Недостатком этого устройства является то, что оно работает в составе котла, где низкотемпературный топочный процесс поддерживается охлаждением водой через топочные экраны, но из-за отсутствия топочных экранов в теплогенераторе эта схема не может быть реализована в ТЭК.The disadvantage of this device is that it operates as part of a boiler, where the low-temperature combustion process is supported by water cooling through the furnace walls, but due to the absence of furnace walls in the heat generator, this scheme cannot be implemented in the fuel and energy complex.

Известен ТЭК, наиболее близкий по технической сущности к заявляемому (Патент РФ №2386034), выбранный в качестве прототипа, где предусматривается подача нагреваемого воздуха в присадку к основному потоку шахтного вентиляционного воздуха, причем по такой же схеме, как и в аналоге (Патент РФ №2189533) – воздухораспределительное устройство со щелью, направленной поперек потока холодного воздуха. Прототип содержит тракт горячего воздуха с вентилятором горячего воздуха, воздухораспределительное устройство, размещенное в камере смешения холодного и горячего воздуха и ВП, включенный в тракт ДГ с теплогенератором, выполненным обмуровкой в виде сообщающихся камеры дожигания и камеры сгорания, которая имеет сопла вторичного дутья и слоевое топочное устройство, подключенные к дутьевым вентиляторам.Known fuel and energy complex, the closest in technical essence to the claimed (RF Patent No. 2386034), selected as a prototype, which provides for the supply of heated air to the additive to the main flow of mine ventilation air, and in the same way as in the analogue (RF Patent No. 2189533) - an air distribution device with a slot directed across the cold air flow. The prototype contains a hot air duct with a hot air fan, an air distribution device located in a mixing chamber of cold and hot air and a VP, included in the DG duct with a heat generator, made by lining in the form of communicating afterburner and combustion chamber, which has a secondary blast nozzle and a layered furnace device connected to blower fans.

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

- низкая экономичность из-за неприспособленности ТЭК для сжигания отходов шахты и больших потерь с уходящими ДГ, так как не используется высокоэффективный топочный процесс, а по условию работы трубной доски (Патент №2386034) ДГ разбавляются подачей холодного воздуха со снижением температуры до 500-530°С перед ВП, и ВП включен по прямоточно-перекрестной схеме, которая имеет низкий температурный напор и соответственно малоэффективна;- low efficiency due to the inability of the fuel and energy complex to incinerate mine waste and large losses with outgoing DG, since a highly efficient furnace process is not used, and according to the condition of the tube sheet (Patent No. 2386034) DGs are diluted by supplying cold air with a decrease in temperature to 500-530 ° С before the air intake, and the air intake is switched on according to the direct-flow-cross scheme, which has a low temperature head and, accordingly, is ineffective;

- высокое аэродинамическое сопротивление и плохое перемешивание холодного и горячего воздуха, которые вызваны тем, что воздухораспределительное устройство выполнено в виде трубы, установленной по периметру камеры смешения холодного и горячего воздуха, причем щель направлена поперек потока холодного воздуха. При этом плоские струи горячего воздуха зажимают проходное сечение, вызывая большое аэродинамическое сопротивление, и далее текут вдоль стенок, плохо перемешиваясь с центральным потоком холодного воздуха;- high aerodynamic resistance and poor mixing of cold and hot air, which are caused by the fact that the air distribution device is made in the form of a pipe installed around the perimeter of the mixing chamber for cold and hot air, and the slot is directed across the cold air flow. In this case, flat jets of hot air clamp the flow area, causing a large aerodynamic drag, and then flow along the walls, poorly mixing with the central flow of cold air;

- низкие экологические характеристики, низкая надежность конструкции и шлакование обмуровки теплогенератора ТЭК, так как в теплогенераторе ТЭК используется высокотемпературный топочный процесс из-за охлаждения ДГ холодным воздухом за теплогенератором;- low environmental characteristics, low structural reliability and slagging of the lining of the TEK heat generator, since the TEK heat generator uses a high-temperature combustion process due to the DG cooling with cold air behind the heat generator;

- низкая надежность и низкая эффективность, так как теплогенератор ТЭК не имеет охлаждения стен, теплонапряженных элементов и топочного устройства с утилизацией тепла.- low reliability and low efficiency, since the TEK heat generator does not have wall cooling, heat-stressed elements and a combustion device with heat recovery.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение экономичности, экологических характеристик, надежности конструкции, а также поднятие эффективности использования ТЭК с возможностью его дополнительного применения для внешнего теплоснабжения.The task to be solved by the claimed invention is to increase the efficiency, environmental characteristics, reliability of the structure, as well as to increase the efficiency of the fuel and energy complex with the possibility of its additional use for external heat supply.

С этой целью в прототипе, содержащем тракт горячего воздуха с вентилятором горячего воздуха, воздухораспределительным устройством, размещенным в камере смешения холодного и горячего воздуха, и воздухоподогреватель, включенный в тракт дымовых газов с теплогенератором, выполненным обмуровкой в виде сообщающихся через газоотводящие окна, по меньшей мере одно, камеру дожигания и камеру сгорания, которая имеет сопла вторичного дутья и слоевое топочное устройство, подключенные к дутьевым вентиляторам, предлагается дутьевые вентиляторы воздухозаборными патрубками подключить также и к тракту рециркуляции охлажденных дымовых газов, а воздухоподогреватель выполнить из нескольких ступеней охлаждения дымовых газов, которые включить последовательно по потоку дымовых газов, а по параллельной схеме по потоку воздуха.To this end, in a prototype containing a hot air path with a hot air fan, an air distribution device located in a mixing chamber of cold and hot air, and an air heater included in the flue gas path with a heat generator made by lining in the form of communicating through gas outlet windows, at least one, the afterburner and the combustion chamber, which has secondary blast nozzles and a layered combustion device connected to the blowing fans, it is proposed to connect the blowing fans with air intake nozzles to the cooled flue gas recirculation path, and make the air heater from several stages of flue gas cooling, which are turned on in series with the flue gas flow, and in parallel with the air flow.

Рециркуляция охлажденных ДГ через топочное устройство и теплогенератор обеспечивает их охлаждение и низкотемпературный режим сжигания, причем без тепловых потерь с дополнительными уходящими ДГ в отличие от применяемого в прототипе охлаждения ДГ за теплогенератором присадкой холодного воздуха. Соответственно, рециркуляция ДГ повышает экономичность, экологические характеристики, снижает высокотемпературное воздействие, шлакование стен и обеспечивает более надежную работу ТЭК в целом. Выполнение ВП из нескольких ступеней, включенных последовательно по потоку ДГ и по параллельной схеме по потоку воздуха, разделяет общий поток воздуха в несколько раз с большей расходной теплоемкостью, чем у ДГ по ступеням ВП, что дает возможность их усовершенствования с повышением экономичности и надежности.Recirculation of cooled DG through the combustion device and the heat generator provides their cooling and low-temperature combustion mode, and without heat losses with additional outgoing DG, in contrast to the cool air additive used in the prototype DG cooling behind the heat generator. Accordingly, DG recirculation increases efficiency, environmental characteristics, reduces high-temperature exposure, slagging of walls and ensures more reliable operation of the fuel and energy complex as a whole. The execution of the HP from several stages, connected in series along the DG flow and in a parallel scheme along the air flow, divides the total air flow several times with a higher consumption heat capacity than that of the DG along the HP stages, which makes it possible to improve them with an increase in efficiency and reliability.

В п. 2 дополнительно предложено выполнить камеру сгорания в виде вихревой топки, имеющей слоевое топочное устройство, над которым расположены сопла вторичного дутья, ориентированные тангенциально к условному телу вращения формируемого в камере сгорания вихря с горизонтальной осью, проходящей через одно или два газоотводящих окна, каждое из которых выполнено в виде кольцевого сопла дожигающего вторичного дутья, в котором установлены закручивающие лопатки. In clause 2, it is additionally proposed to design a combustion chamber in the form of a vortex furnace, having a layered combustion device, above which there are secondary blast nozzles oriented tangentially to the conventional body of rotation of a vortex formed in the combustion chamber with a horizontal axis passing through one or two gas outlet windows, each of which it is made in the form of an annular secondary combustion blast nozzle, in which swirling blades are installed.

Техническим результатом, обеспечиваемым этой совокупностью признаков, является возможность создания универсальной по сжигаемым топливам и отходам вихревой топки для теплогенератора ТЭК с оптимальным для применяемого топлива слоевым топочным устройством по патенту №2591070. Формируемый вихрь и встречный поток дожигающего вторичного дутья из кольцевого сопла удерживают, сжигают и отбрасывают за счет центробежных сил витающие частицы в камеру сгорания и обеспечивают эффективное горение слоя, снижают унос и износ ВП уносимыми частицами. В итоге повышается экономичность и экологические характеристики как за счет возможности применения вместо ценного угля более дешевых углесодержащих отходов, так и за счет более полного сжигания топлива.The technical result provided by this set of features is the possibility of creating a vortex furnace for a heat generator TEC with an optimal layer combustion device for the fuel used according to patent No. 2591070, which is universal in terms of combustible fuels and waste. The formed vortex and the counterflow of the secondary combustion afterburning from the annular nozzle retain, burn and throw off the floating particles into the combustion chamber due to centrifugal forces and ensure efficient combustion of the bed, reduce the entrainment and wear of the airspace by the carried particles. As a result, the efficiency and environmental characteristics increase both due to the possibility of using cheaper coal-containing waste instead of valuable coal, and due to more complete combustion of fuel.

Для дополнительного повышения экономичности ТЭК согласно п.3 предлагается в воздухораспределительном устройстве горячего воздуха, выполненном из труб, равномерно расположить вдоль их осей ряды отверстий и сопл и направить их поперек или спутно потоку холодного воздуха, причем их шаг и размер в первых рядах принять большим, чем в последующих. При этом первые струи горячего воздуха, имеющие больший диаметр, проникнут глубже, а последующие проникнут ближе к отверстиям, поэтому горячий воздух сможет равномерно распределиться в потоке холодного воздуха, и потоки быстро перемешаются. Струи не зажмут проходное сечение и не создадут высокого аэродинамического сопротивления в камере смешения, а при спутной подаче струй будут эжектировать холодный воздух и создавать движущий напор с экономией энергии на подачу вентиляционного воздуха.To further increase the efficiency of the fuel and energy complex, according to clause 3, it is proposed in the hot air distribution device made of pipes to evenly arrange rows of holes and nozzles along their axes and direct them across or concurrently with the flow of cold air, and their step and size in the first rows should be taken large, than in subsequent ones. In this case, the first jets of hot air, having a larger diameter, will penetrate deeper, and the subsequent ones will penetrate closer to the holes, so hot air can be evenly distributed in the flow of cold air, and the flows will quickly mix. The jets will not clamp the flow area and will not create a high aerodynamic resistance in the mixing chamber, and with the cocurrent supply of jets they will eject cold air and create a driving pressure with energy saving for the supply of ventilation air.

В пунктах пп.4-6 предложены дополнительные технические решения, направленные на повышение надежности работы ВП и увеличение эффективности передачи тепла от ДГ к нагреваемому воздуху в ВП. Так согласно п.4 предложено по меньшей мере первую ступень ВП выполнить из жаростойкой стали, установить внутри труб турбулизирующие вставки и подать в эти трубы подогреваемый воздух по прямоточной или перекрестно прямоточной схеме. Это обеспечит более эффективную теплоотдачу к воздуху за счет турбулизации потока и за счет передачи теплового излучения от труб на вставки, повысит надежность работы ВП и экономичность, так как снизит необходимый расход рециркуляции ДГ из-за возможности повышения температуры ДГ за теплогенератором. При этом включение первых ступеней согласно пп. 4 и 5 по перекрестно прямоточной или прямоточной схеме с движением воздух внутри труб дает дополнительное снижение температуры труб ВП и трубной доски за счет подвода холодного воздуха через трубную доску в зоне ввода горячих ДГ либо снижение расхода рециркуляции ДГ.In clauses 4-6, additional technical solutions are proposed, aimed at increasing the reliability of the VP operation and increasing the efficiency of heat transfer from the DG to the heated air in the VP. So, according to clause 4, it is proposed to make at least the first stage of the VP from heat-resistant steel, install turbulizing inserts inside the pipes and supply heated air to these pipes in a direct-flow or cross-flow pattern. This will provide more efficient heat transfer to the air due to the turbulence of the flow and due to the transfer of thermal radiation from the pipes to the inserts, will increase the reliability of the VP operation and efficiency, since it will reduce the necessary consumption of the diesel generator recirculation due to the possibility of increasing the temperature of the diesel generator behind the heat generator. In this case, the inclusion of the first stages in accordance with paragraphs. 4 and 5, according to a cross-direct flow or direct-flow scheme with the movement of air inside the pipes, an additional decrease in the temperature of the VP pipes and the tube sheet due to the supply of cold air through the tube sheet in the zone of hot DG input or a decrease in the DG recirculation consumption.

Усовершенствование последних ступеней ВП, п.5 и 6, направлено на их защиту от низкотемпературной коррозии и забивания трубок ВП золой, а также на повышение экономичности ТЭК за счет глубокого охлаждения уходящих ДГ. При этом последние ступени ВП выполнены по противоточно перекрестной схеме, обеспечивая максимальный температурный напор с интенсивной теплопередачей. Внутри труб движутся ДГ, что минимизирует забивание трубок ВП золой, повышая надежность работы ТЭК. Дополнительно надежность ТЭК повышается, п.6, при установке в конце ВП быстро заменяемого сменного куба. При этом включение сменного куба по каскадной схеме (А.П. Ковалев и др. Парогенераторы. Рис. 17.14г. стр.207) с присадкой горячего воздуха в сменный куб повышает температуру стенки его труб выше температуры конденсации соединений серы и соответственно обеспечивает надежную работу ВП и ТЭК без низкотемпературной коррозии.Improvement of the last stages of the VP, items 5 and 6, is aimed at their protection against low-temperature corrosion and clogging of the VP pipes with ash, as well as at increasing the efficiency of the fuel and energy complex due to deep cooling of the leaving DGs. At the same time, the last stages of the VP are made in a counter-current cross-flow pattern, providing the maximum temperature head with intensive heat transfer. DGs move inside the pipes, which minimizes the clogging of the VP pipes with ash, increasing the reliability of the fuel and energy complex. In addition, the reliability of the fuel and energy complex increases, p. 6, when a quickly replaceable removable cube is installed at the end of the VP. At the same time, the inclusion of a removable cascade according to a cascade scheme (A.P. Kovalev et al. Steam generators. Fig. 17.14g. Page 207) with the addition of hot air into the exchangeable cube increases the wall temperature of its pipes above the condensation temperature of sulfur compounds and, accordingly, ensures reliable operation VP and TEK without low-temperature corrosion.

Дополнительно предложены технические решения выполнения по меньшей мере части стен, потолочных перекрытий и теплонапряженных элементов теплогенератора и топочного устройства в виде охлаждаемых воздухом, в пп.7 и 8, или теплоносителем, в п.9, труб и/или экранов, которые объединены с конструкцией каркаса теплогенератора и на них со стороны высокотемпературной среды закреплена обмуровка, например, по ошиповке нанесена торкрет масса или на шпильках закреплены кирпичи и/либо блоки, а с наружной стороны установлены слой теплоизоляции и декоративная обшивка. При том за счет внутреннего охлаждения размер и вес обмуровки снижаются, а её прочность и надежность повышаются. При этом воспринятое тепло используется для подогрева воздуха или передается теплоносителем по контурам циркуляции для внешнего теплоснабжения и в калориферы, которые установлены на входе в последнюю ступень воздухоподогревателя и в воздухоподводящих патрубках вентиляторов. Шпильки предлагается, п.8, выполнить охлаждаемыми воздухом, в виде трубок, вваренных в трубы или экраны, что дополнительно повышает надежность работы ТЭК.Additionally, technical solutions are proposed for performing at least part of the walls, ceiling ceilings and heat-stressed elements of the heat generator and combustion device in the form of air-cooled, in paragraphs 7 and 8, or a heat carrier, in paragraph 9, pipes and / or screens, which are combined with the structure the frame of the heat generator and on them from the side of the high-temperature environment, the lining is fixed, for example, a shotcrete mass is applied along the stud, or bricks and / or blocks are fixed on the studs, and a layer of thermal insulation and decorative cladding are installed on the outside. At the same time, due to internal cooling, the size and weight of the lining are reduced, and its strength and reliability are increased. In this case, the perceived heat is used to heat the air or is transferred by the heat carrier through the circulation circuits for external heat supply and to the heaters, which are installed at the inlet to the last stage of the air heater and in the air supply pipes of the fans. It is proposed, in clause 8, to make the studs cooled with air, in the form of tubes welded into pipes or screens, which further increases the reliability of the fuel and energy complex.

В итоге предложенный комплекс технических решений обеспечивает заявляемые повышение экономичности, экологических характеристик, надежности конструкции, а также эффективности использования ТЭК.As a result, the proposed set of technical solutions provides the claimed increase in efficiency, environmental performance, design reliability, as well as the efficiency of the fuel and energy complex.

Изобретение поясняется на фиг.1 общей схемой ТЭК с продольным разрезом теплогенератора, выполненного в варианте вихревой топки со слоевым топочным устройством с колосниковой цепной решеткой прямого хода и вариантом выполнения стены топки теплогенератора с блоками обмуровки, закрепляемыми охлаждаемыми воздухом шпильками, фиг.2.The invention is illustrated in Fig. 1 by a general diagram of a fuel and energy complex with a longitudinal section of a heat generator made in the form of a vortex furnace with a layered combustion device with a grate chain grate of the forward stroke and an embodiment of the wall of the heat generator furnace with lining blocks fixed with air-cooled studs, Fig. 2.

ТЭК является сложным комплексом и включает, фиг.1, теплогенератор 1, тракты 2 горячего воздуха, вентилятор 3 горячего воздуха, ВП и воздухораспределительное устройство 4, размещенное в камере 5 смешения холодного и горячего воздуха. ВП включает горячие ступени 6, 7 ВП и последнюю ступень 8 ВП со съёмным кубом 9. Ступени 6-8 ВП и съёмный куб 9 подключены к теплогенератору 1, причем последовательно по потоку ДГ, а по потоку воздуха по параллельной схеме. При этом первая ступень 6 выполнена из жаростойкой стали и включена по перекрестно прямоточной схеме с охлаждением воздухом первых трубных досок на входе в ВП. Кроме того, воздух движется внутри труб, а трубы расположены горизонтально, и частицы золы не скапливаются на трубных досках первых ступеней 6, 7 ВП. Последняя ступень 8 ВП со сменным кубом 9 включена по противоточно перекрестной схеме, внутри труб движутся ДГ, при этом сменный куб 9 включен по каскадной схеме, и через него проходит только часть холодного воздуха. Трактом 10 ДГ через золоуловитель 11 и дымосос 12 ВП соединен с дымовой трубой 13. Кроме того, ТЭК имеет тракт рециркуляции 14 охлажденных ДГ, подключенный к воздухозаборным патрубкам 15 дутьевых вентиляторов 16 теплогенератора 1.The fuel and energy complex is a complex complex and includes, figure 1, a heat generator 1, hot air ducts 2, a hot air fan 3, VP and an air distributor 4, located in a mixing chamber 5 of cold and hot air. VP includes hot stages 6, 7 VP and the last stage 8 VP with removable cube 9. Stages 6-8 VP and removable cube 9 are connected to heat generator 1, and in series along the flow of DG, and along the flow of air in parallel. In this case, the first stage 6 is made of heat-resistant steel and is switched on according to a cross-flow direct-flow scheme with air cooling of the first tube plates at the entrance to the VP. In addition, the air moves inside the pipes, and the pipes are located horizontally, and ash particles do not accumulate on the tube sheets of the first stages 6, 7 VP. The last stage 8 VP with replaceable cube 9 is switched on in a countercurrent cross-flow pattern, DGs move inside the pipes, while replaceable cube 9 is switched on in a cascade scheme, and only part of the cold air passes through it. DG path 10 through the ash collector 11 and the smoke exhauster 12 VP is connected to the chimney 13. In addition, the fuel and energy complex has a recirculation path of 14 cooled DGs connected to the air intake pipes 15 of the blowing fans 16 of the heat generator 1.

Теплогенератор 1 имеет камеру сгорания 17 и камеру дожигания 18, сообщающиеся через газоотводящее окно 19, одно или два, выполненные в виде кольцевого сопла 20 для подачи дожигающего вторичного дутья, и соединительные газоходы 21, условно показанные пунктиром. Потолки и стены 22 этих камер образованы обмуровкой, например, кладкой из огнеупорного кирпича. В камере сгорания 17 расположены сопла вторичного дутья 23, установленные тангенциально по отношению к условному телу вращения формируемого вихря, который условно показан стрелками 24, и слоевое топочное устройство, в данном случае топка прямого хода 25 с бункером угля 26 и дутьевыми зонами 27 под горящий слой 28 угля. При этом продольная ось топки 25 расположена перпендикулярно оси вихря 24. Дутьевые зоны 27, сопла вторичного дутья 23 и кольцевые сопла 20 подключены к дутьевым вентиляторам 16. На выходе топка 25 подключена к тракту выгрузки золы 29.The heat generator 1 has a combustion chamber 17 and an afterburner 18 communicating through a gas outlet 19, one or two, made in the form of an annular nozzle 20 for supplying an afterburning secondary blast, and connecting gas ducts 21, conventionally shown in dotted lines. The ceilings and walls 22 of these chambers are formed by lining, for example, refractory brick masonry. In the combustion chamber 17, there are secondary blast nozzles 23 installed tangentially with respect to the conventional body of rotation of the formed vortex, which is conventionally shown by arrows 24, and a layered combustion device, in this case, a direct combustion furnace 25 with a coal bunker 26 and blast zones 27 under the burning bed 28 coal. In this case, the longitudinal axis of the furnace 25 is located perpendicular to the axis of the vortex 24. The blast zones 27, the secondary blast nozzles 23 and the annular nozzles 20 are connected to the blast fans 16. At the outlet, the furnace 25 is connected to the ash discharge path 29.

Потолки и стены 22 камер сгорания 17 и дожигания 18 могут быть полностью или частично выполнены из топочных экранов 30, которые трубопроводами 31 соединены с насосом 32 подачи теплоносителя (антифриза), внешним потребителем тепла 33 и калорифером 34. Калорифер 34 по воздуху подключен к входам в последнюю ступень 8 ВП и в сменный куб 9, причем вместе с каналом 35 присадки горячего воздуха. The ceilings and walls 22 of the combustion chambers 17 and the afterburner 18 can be fully or partially made of furnace walls 30, which are connected by pipelines 31 to the coolant (antifreeze) supply pump 32, an external heat consumer 33 and an air heater 34. Air heater 34 is connected by air to the inlets to the last stage 8 VP and into the replaceable cube 9, and together with the channel 35 of the hot air additive.

На фиг.2 показана схема варианта выполнения потолка и стен 22 из блоков 36 обмуровки, закрепляемых охлаждаемыми воздухом шпильками 37 с замками 38 на охлаждаемых воздухом трубах 39 с внешней теплоизоляцией 40 и декоративной обшивкой 41 теплогенератора 1.Figure 2 shows a diagram of an embodiment of the ceiling and walls 22 made of lining blocks 36 fixed with air-cooled studs 37 with locks 38 on air-cooled pipes 39 with external thermal insulation 40 and decorative lining 41 of the heat generator 1.

При работе ТЭК в теплогенераторе 1 сжигается дробленый уголь или углесодержащие отходы шахты, что экономически и экологически гораздо эффективнее, чем сжигание угля, причем с организацией низкотемпературного топочного процесса при 800-1000°С за счет рециркуляции охлажденных ДГ по тракту их рециркуляции 14 и получением горячих ДГ. ДГ последовательно охлаждаются сначала от 800-1000°С до 500-530°С в горячих прямоточно-перекрестных ступенях 6, 7 ВП, которые для повышения надежности могут выполняться из жаростойкой стали, с движением воздуха внутри труб и охлаждением им труб и первой трубной доски в ступенях 6, 7 ВП до безопасной температуры по условию работы металла ВП. Далее ДГ охлаждаются при безопасной по условию работы черного металла ВП температуре от 500-530°С до 120-80°С в последней ступени 8 ВП и съёмном кубе 9. При этом их включение по противоточно-перекрестной схеме обеспечивает высокий температурный напор, глубокое охлаждение ДГ и соответственно высокую экономичность ТЭК.When the fuel and energy complex operates in the heat generator 1, crushed coal or coal-containing mine waste is burned, which is economically and environmentally much more efficient than burning coal, and with the organization of a low-temperature combustion process at 800-1000 ° C due to the recirculation of cooled DGs through their recirculation path 14 and the production of hot DG. DGs are sequentially cooled first from 800-1000 ° C to 500-530 ° C in hot straight-flow cross stages 6, 7 VP, which, to increase reliability, can be made of heat-resistant steel, with air movement inside the pipes and cooling the pipes and the first tube sheet in steps 6, 7 VP to a safe temperature according to the condition of the metal VP. Further, the diesel generators are cooled at a temperature from 500-530 ° C to 120-80 ° C in the last stage of the 8 VP and removable cube 9 at a safe operating condition of the ferrous metal VP and in the removable cube 9. At the same time, their inclusion in a counter-current-cross pattern provides a high temperature head, deep cooling DG and, accordingly, high efficiency of the fuel and energy complex.

Важным моментом в работе ВП является защита его от низкотемпературной коррозии. Здесь через сменный куб 9 проходит только часть холодного воздуха, в его входной патрубок по каналу присадки 35 подается немного горячего воздуха, и входящий холодный воздух ещё может подогреваться циркулирующим антифризом в калорифере 34. Эти меры надежно защищают сменный куб 9 и тем более ВП от низкотемпературной коррозии, и, кроме того, сменный куб 9 может быть быстро заменен. В итоге предлагаемая конструкция ВП может использовать горячие ДГ с температурой 800-1000°С, глубоко их охлаждая, работает надежно и экономично.An important point in the work of a VP is its protection against low-temperature corrosion. Here, only part of the cold air passes through the replaceable cube 9, a little hot air is supplied to its inlet pipe through the additive channel 35, and the incoming cold air can still be heated by circulating antifreeze in the heater 34. These measures reliably protect the replaceable cube 9 and especially the VP from low-temperature corrosion, and in addition the exchangeable cube 9 can be quickly replaced. As a result, the proposed VP design can use hot DGs with a temperature of 800-1000 ° C, deeply cooling them, and operates reliably and economically.

Нагретый воздух по тракту 2 горячего воздуха нагнетается вентилятором 3 горячего воздуха, через ВП и через ряды отверстий воздухораспределительного устройства 4 вдувается в поток холодного воздуха в камере смешения 5 отдельными струями, поэтому быстро перемешивается с ним и подается в ствол шахты для её вентиляции.The heated air is blown through the hot air path 2 by the hot air fan 3, through the VP and through the rows of openings of the air distributor 4, it is blown into the cold air flow in the mixing chamber by 5 separate jets, therefore it quickly mixes with it and is fed into the shaft of the mine for its ventilation.

Охлажденные ДГ из съёмного куба 9 ВП по тракту 10 ДГ поступают в золоуловитель 11. Здесь ДГ проходят санитарную очистку, дымососом 12 сбрасываются по дымовой трубе 13 и рассеиваются в атмосфере. Кроме того, часть охлажденных ДГ по тракту рециркуляции 14 возвращается и совместно с первичным и вторичным воздухом горения, поступающим через воздухозаборные патрубки 15, подается дутьевыми вентиляторами 16 в теплогенератор 1 для участия в топочном процессе, снижая его температуру и эмиссию оксидов азота.The cooled DGs from the removable cube 9 VP are fed through the DG duct 10 to the ash catcher 11. Here DGs undergo sanitary cleaning, the smoke exhauster 12 is discharged through the chimney 13 and dispersed in the atmosphere. In addition, part of the cooled DG through the recirculation path 14 returns and, together with the primary and secondary combustion air entering through the air intake pipes 15, is supplied by blow fans 16 to the heat generator 1 to participate in the combustion process, reducing its temperature and the emission of nitrogen oxides.

При работе теплогенератора 1 уголь или горючие отходы шахты выгружаются из бункера угля 26 подвижным колосниковым полотном топки прямого хода 25 в камеру сгорания 17 в виде слоя 28. Здесь слой 28 топлива воспламеняется и сгорает, проходя над дутьевыми зонами 27 в потоке первичного дутья, а очаговые остатки удаляются по тракту выгрузки золы 29. Над слоем 28 топочный процесс осуществляется в камерах сгорания 17 и дожигания 18, которые сообщаются между собой через газоотводящее окно 19, одно или два, выполненные в виде кольцевого сопла 20, и горение распространяется между камерами через соединительные газоходы 21. При этом тангенциально направленное вторичное дутьё, поступающее через сопла вторичного дутья 23, формирует в камере сгорания 17 вихрь, условно показанный стрелками 24, с осью, проходящей через газоотводящее окно 19, и этим поддерживается активная аэродинамика и интенсивное горение над слоем 28. Выход в газоотводящее окно 19 сопровождается сжатием вихря, ускорением его вращения и очисткой уходящего потока от частиц с их отбрасыванием и удержанием в камере 17 сгорания. Здесь горящие частицы попадают в зону встречного дутья, подаваемого с закруткой через кольцевое сопло 20, и быстро догорают. В итоге повышается экономичность ТЭК, так как достигается более полное сжигание топлива и возможно применение дешевой угольной мелочи, а очистка ДГ в газоотводящее окно 19 от частиц защищает ВП и другие элементы от износа и повышает надежность работы ТЭК.During the operation of the heat generator 1, coal or combustible waste of the mine is discharged from the coal bunker 26 by a movable grate of the direct burner 25 into the combustion chamber 17 in the form of a layer 28. Here, the fuel layer 28 ignites and burns, passing over the blast zones 27 in the flow of the primary blast, and the focal residues are removed along the ash discharge path 29. Above layer 28, the combustion process is carried out in combustion chambers 17 and afterburning chambers 18, which communicate with each other through a gas outlet 19, one or two, made in the form of an annular nozzle 20, and combustion spreads between the chambers through connecting gas ducts 21. In this case, the tangentially directed secondary blast entering through the secondary blast nozzles 23 forms a vortex in the combustion chamber 17, conventionally shown by arrows 24, with the axis passing through the gas outlet window 19, and this maintains active aerodynamics and intense combustion above the layer 28. Output into the gas outlet window 19 is accompanied by compression of the vortex, acceleration of its rotation and cleaning the effluent stream from particles, discarding them and retaining them in the combustion chamber 17. Here, the burning particles fall into the zone of counter-blowing, supplied with a swirl through the annular nozzle 20, and burn out quickly. As a result, the efficiency of the fuel and energy complex increases, since a more complete combustion of fuel is achieved and cheap coal fines can be used, and cleaning of the DG in the gas outlet window 19 from particles protects the VP and other elements from wear and increases the reliability of the fuel and energy complex.

Потолки и стены 22 камер сгорания 17 и дожигания 18 могут быть неохлаждаемыми. Для поддержания требуемого уровня температур 800-1000°С по условию работы без шлакования стен 22 теплогенератора 1 и без недопустимого перегрева металла ВП в дутьевые вентиляторы 16 совместно с воздухом подают рециркуляцию охлажденных ДГ. ДГ в необходимой пропорции подаются с воздухом под слой 28 и в камеру сгорания 17 через сопла вторичного дутья 23 и 20, они охлаждают и поддерживают в теплогенераторе 1 низкотемпературный, экологически эффективный топочный процесс примерно с таким же уровнем температур, 800-1000°С, который нужен для ВП.The ceilings and walls 22 of the combustion chambers 17 and the afterburners 18 may be uncooled. To maintain the required temperature level of 800-1000 ° C according to the condition of operation without slagging the walls 22 of the heat generator 1 and without unacceptable overheating of the metal of the VP, the recirculation of cooled DGs is fed into the blowing fans 16 together with air. DGs in the required proportion are supplied with air under the layer 28 and into the combustion chamber 17 through secondary blast nozzles 23 and 20, they cool and maintain in the heat generator 1 a low-temperature, environmentally efficient combustion process with approximately the same temperature level, 800-1000 ° C, which needed for VP.

Более надежно работают потолки и стены 22 камер сгорания 17 и дожигания 18, если они полностью или частично выполнены обмуровкой, закрепленной на топочных экранах 30, и через них по трубопроводам 31 насосом 32 прокачивается теплоноситель. Теплоноситель передает воспринятое тепло внешнему потребителю тепла 33, что повышает надежность и эффективность использования ТЭК за счет расширения круга его применения. Независимая, надежная работа ТЭК от нагрузки внешнего потребителя тепла 33 обеспечивается сбросом избытка тепла в поступающий холодный воздух в калорифере 34. Дополнительно надежность работы калорифера 34 и ВНУ повышается при использовании антифриза.The ceilings and walls 22 of the combustion chambers 17 and the afterburner 18 work more reliably if they are completely or partially made by lining fixed on the furnace walls 30, and through them through the pipelines 31 the pump 32 is pumped the coolant. The heat carrier transfers the perceived heat to the external heat consumer 33, which increases the reliability and efficiency of the fuel and energy complex by expanding the range of its application. The independent, reliable operation of the fuel and energy complex from the load of the external heat consumer 33 is ensured by the discharge of excess heat into the incoming cold air in the heater 34. In addition, the reliability of the operation of the heater 34 and VNU increases with the use of antifreeze.

В другом варианте, фиг.2, может быть использована также надежно работающая, но более простая и без протечек жидкости схема выполнения потолка и стен 22 из блоков 36 обмуровки. Эти блоки закрепляются охлаждаемыми проходящим через них воздухом шпильками 37 с замками 38. Шпильки 37 приварены к охлаждаемым воздухом трубам 39, а с внешней стороны устанавливается теплоизоляция 40 и декоративная обшивка 41, которые снижают потери тепла теплогенератором 1. Воспринятое трубами 39 тепло используется для подогрева воздуха.In another embodiment, figure 2, can also be used reliably working, but simpler and without fluid leaks, the layout of the ceiling and walls 22 of the blocks 36 lining. These blocks are fastened with studs 37 cooled by air passing through them with locks 38. Studs 37 are welded to air-cooled pipes 39, and on the outside, thermal insulation 40 and decorative sheathing 41 are installed, which reduce heat loss by heat generator 1. The heat received by pipes 39 is used to heat the air ...

Claims

1. A heat-and-power complex for heating the mine ventilation air, containing a hot air path with a hot air fan, an air distribution device located in the mixing chamber of cold and hot air and an air heater included in the flue gas path with a heat generator made by lining in the form of communicating through gas outlet windows, at least one, an afterburner and a combustion chamber, which has secondary blast nozzles and a layered combustion device connected to the blowing fans, characterized in that the blowing fans are also connected to the cooled flue gas recirculation path by air intake nozzles, and the air heater has several cooling stages flue gases, which are connected in series with the flue gas flow, and with the air flow in parallel.

2. The heat-and-power complex for heating the mine ventilation air according to claim 1, characterized in that the combustion chamber is made in the form of a vortex furnace, which has a layered combustion device, above which there are secondary blast nozzles oriented tangentially to the conventional body of rotation of the vortex formed in the combustion chamber with by a horizontal axis passing through the gas outlet windows, each of which is made in the form of an annular secondary combustion blast nozzle, in which swirling blades are installed.

3. The thermal power complex for heating the mine ventilation air according to claim 1, characterized in that the hot air distribution device is made in the form of pipes installed along the perimeter and in the section of the mixing chamber for cold and hot air, and rows of holes are evenly spaced along their axes on the pipes and nozzles directed across or concurrently with the flow of cold air, and their pitch and size in the first rows are larger than in the subsequent ones.

4. The heat-and-power complex for heating the mine ventilation air according to claim 1, characterized in that the first stages, at least the very first one, are made of heat-resistant steel in a direct-flow or cross-direct flow scheme, turbulizing inserts are installed inside the pipes, and heated air is supplied inside the pipes ...

5. A heat-and-power complex for heating mine ventilation air according to any one of claims 1 or 3, characterized in that at least the very first stage is made according to a cross-flow direct-flow or direct-flow scheme, and the air moves inside the pipes, and the last stages are at least the most the latter are made in a countercurrent cross-flow pattern, and flue gases move inside the pipes.

6. A heat-and-power complex for heating mine ventilation air according to any one of claims 1, 4 or 5, characterized in that the air heater on the cold side for flue gases has a removable cube connected in a cascade scheme, and a hot air additive channel is connected to its inlet pipe ...

7. The thermal power complex for heating the mine ventilation air according to claim 1, characterized in that at least part of the walls, ceiling ceilings and heat-stressed elements of the heat generator and the combustion device are made in the form of air-cooled pipes or screens, and on them from the high-temperature environment is fixed lining, and on the outside a layer of thermal insulation and decorative cladding are installed, and these pipes and screens are combined with the structure of the heat generator frame.

8. The heat-and-power complex for heating the mine ventilation air according to claim 7, characterized in that the lining is made with bricks or blocks, which are fixed with pins, which are made in the form of tubes welded into air-cooled pipes.

9. Thermal power complex for heating the mine ventilation air according to claim 1, characterized in that at least part of the walls, ceilings and heat-stressed elements of the heat generator and combustion device are made of pipes and / or screens cooled by a heat carrier, on which from the side of the high-temperature medium is fixed lining, and a layer of thermal insulation and decorative cladding are installed on the outside, and they are included in the circulation circuits of the external heat supply coolant and heaters, which are installed at the inlet to the last stage of the air heater and in the air supply pipes of the fans, and these pipes and screens are combined with the structure of the heat generator frame.

10. The heat-and-power complex for heating the mine ventilation air according to claim 9, characterized in that antifreeze is used as the heat carrier.