подземный энергокомплекс

Формула изобретения

Подземный энергокомплекс, содержащий котел, в топке которого осуществляется горение угля, и турбоэлектрогенераторный агрегат, в который подается перегретый пар из котла, отличающийся тем, что турбоэлектрогенераторный агрегат и котел расположены непосредственно в горной выработке, проделанной в породе вне зоны пласта, уголь из которого сжигается, при этом данная выработка сопряжена с горизонтальной выработкой, соединяющей между собой два ствола, в одном из которых, служащем для отвода газа, расположен теплообменный аппарат, соединенный насосом с водоводом, выходящим к емкости, установленной на возвышении относительно поверхности, с охлаждающими аппаратами, от которых проложены каналы с размещенными в них вододвижителями, которые также с интервалом размещены по высоте в другом стволе и подключены водоводом к водосборнику, в котором установлено устройство по разложению методом электролиза шахтной воды на кислород и водород с обеспечением подачи последнего в топку котла посредством дозатора и трубопровода.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области выработки электроэнергии нетрадиционным способом на подземных угледобывающих предприятиях.

Известны способы выработки электроэнергии от сжигания горючих ископаемых на электростанциях, расположенных непосредственно или вблизи этих источников. Недостаток таких систем - низкий коэффициент полезного действия от сжигания топлива.

Используется способ сжигания угольного пласта с поверхности земли, а из компонентов сгорания вырабатываются химические элементы для промышленных и бытовых нужд. Подземная технология может обеспечить выработку электрической энергии. Однако такой процесс сложный, трудно управляемый, невыгодный из-за очень низкого коэффициента полезного действия от преобразования тепловой энергии в электрическую.

Современные технологии по добыче угля из-за сложных горно-геологических условий залегания пластов являются энергетически затратными.

До 25...35% электрической энергии расходуется горным предприятием в основном на выдачу угля из шахты. С отработкой угольных пластов, залегающих с больших глубин, энергозатраты увеличиваются и как следствие предприятия становятся нерентабельны.

С учетом транспортировки угля к ТЭЦ, расположенной на большом расстоянии от угольного предприятия, значительно возрастает себестоимость электрической энергии.

Недостатки известных способов от сжигания угля и с последующей переработкой тепловой энергии в электрическую частично можно устранить с применением тепловой электростанции, описанной в источнике (Баптиданов Л.Н. и др. «Электрические сети и станции», Госэнергоиздат, Москва - Ленинград, 1963, с.94-97). Недостатком тепловой электростанции является неэффективное сжигание топлива. От 15 до 25% топлива вообще не сгорает и выбрасывается вместе с золой (шлаком) в отходы.

Задача предлагаемого изобретения состоит в повышении КПД при сгорании угля в топке котла, вырабатывании электроэнергии, обеспечении централизованной, высокоэффективной нейтрализации вредных газов, образующихся при горении, и подземной утилизации отходов.

Вышеизложенный технический результат достигается за счет того, что подземный энергокомплекс содержит котел, в топке которого осуществляется горение угля, и турбоэлектрогенераторный агрегат, в который подается перегретый пар из котла, отличающийся тем, что турбоэлектрогенераторный агрегат и котел расположены непосредственно в горной выработке, проделанной в породе вне зоны пласта, уголь из которого сжигается, при этом данная выработка сопряжена с горизонтальной выработкой, соединяющей между собой два ствола, в одном из которых, служащем для отвода газа, расположен теплообменный аппарат, соединенный насосом с водоводом, выходящим к емкости, установленной на возвышении относительно поверхности, с охлаждающими аппаратами, от которых проложены каналы с размещенными в них вододвижетелями, которые также с интервалом размещены по высоте в другом стволе и подключены водоводом к водосборнику, в котором установлено устройство по разложению методом электролиза шахтной воды на кислород и водород, с обеспечением подачи последнего в топку котла посредством дозатора и трубопровода.

На чертеже изображена схема подземного энергокомплекса, состоящего из вентиляционных стволов 1 и 2, обособленных от шахты и сбитых между собой горизонтальной сбойкой 3. Сбойка 3 закольцована и сопрягается с наклонным (или вертикальным) грузовым стволом 4 по выдаче угля на поверхность. В сопрягаемом месте расположены бункеры угля 31 и золы 28 с перегружателями 5. Сбойка 3 также сопрягается с выработками, в которых размещены сортировочно-дробильные агрегаты 7, топка котла 8 и турбогенератор 9. Топка котла 8 снабжена шаговым транспортером 26, который через систему охлаждения выходит в сбойку 3. В сбойке 3 установлены транспортеры 46 для подачи угля и 6 для удаления золы. На грузовом стволе 4 оборудован бункер 29 с перегружателем отходов 30. Ствол 4 связан подземными коммуникациями с отрабатываемыми угольными пластами и пустотными выработками 53.

В стволе 1 расположен теплообменный аппарат 10, соединенный посредством насоса 11 с водоводом 12, выходящим к емкости 43, установленной на возвышении относительно горизонтальной поверхности земли с охлаждающими аппаратами 13 (градирнями, тепловыми машинами и т.п.). От охлаждающих аппаратов 13 через водоводы проложены специальные каналы 14 с установленными в них водогенераторными агрегатами 15. Каналы 14 с водогенераторными агрегатами 15 соединены между собой в виде каскадов с определенным уклоном над поверхностью земли протяженностью до естественного углубления 54. (В стволе 2 при необходимости располагают водогенераторные агрегаты 15, которые соединяются последовательно друг с другом водоводами 56. Конечный канал 14 с водогенераторным агрегатом 15 в стволе 2 установлен с зависанием на 1,5...2 метра от уровня подземного водосборника 16.) В водосборнике 16 размещена камера с установкой электролиза шахтной воды 48. Эта камера снабжена системой принудительно дозирующего устройства 49 подачи газового компонента, соединенного посредством трубопровода 51 с топкой котла 8. В подземном водосборнике 16 установлен водяной насос 27, которой через водовод 57, электромагнитные задвижки 25 и 24 соединен с теплообменным аппаратом 10. Насос 27 через электромагнитную задвижку 50 также соединен с камерой 45 (приготовления тонкодисперсной горючей угольной массы) и с последующей от нее разводкой водоводов в выработки сортировочно-дробильных агрегатов 7 и в сбойку 3 на систему охлаждения золы.

В верхней части ствола 1 установлен вентилятор 18, который посредством канала 17 и размещенной в нем дроссельной заслонки 55 соединен с камерами 19 по нейтрализации и утилизации вредных газовых компонентов с трубой 20. Внизу стволов 1 и 2 изготовлены водосборники 22 и 47. Водосборник 47 оборудован аварийной насосной установкой 23, которая водоводом соединена через электрические задвижки 52, 24, 25 с теплообменным аппаратом 10 и подземным водосборником 16. В здании 21 расположена система управления подземным энергокомплексом.

Подземный энергокомплекс работает следующим образом. Уголь, добытый в лавах, с помощью скипа (клети) поднимается по наклонному грузовому стволу 4 до места сопряжения его с горизонтальной выработкой 3 и разгружается в бункер 31. Из бункера 31 он транспортером 46 подается в сортировочно-дробильные агрегаты 7, из которых измельченный поступает в камеру 45 приготовления тонкодисперсной горючей массы. Из камеры 45 тонкодисперсная масса подается в топку котла 8, в которую посредством устройства 49 через трубопровод 51 также подается водород, полученный от электролиза шахтной воды на установке 48, из подземной камеры водосборника 16. Тонкодисперсная угольная масса совместно с водородом в топке котла 8 образует перегретый пар, поступающий в турбогенератор 9 для вырабатывания электрической энергии.

Зола от сгорания угольной массы удаляется из топки котла 8 шаговым транспортером 26. В сбойке 3 она охлаждается водой, которую подают насосом 27 из водосборника 16 через водовод и электрическую задвижку 50. Насосом 27 вода из водосборника 16 также подается в камеру 45 приготовления тонкодисперсной горючей угольной массы и к сортировочно-дробильным агрегатам 7 для пылеподавления.

Охлажденная зола транспортером 6 перемещается в бункер отходов 28, затем с помощью перегружателя 5 она попадает по стволу 4 в бункер 29. Затем перегружателем 30 удаляются в отработанное пространство 53.

Для увеличения коэффициента полезного действия от сжигания топлива отработанный пар с горячими восходящими газами направляется через ствол 1, где расположен теплообменный аппарат 10, заполненный водой. Насос 11 по водоводу 12, проложенному в стволе 1, подает нагретую воду на поверхность в емкость 43, охлаждающие аппараты 13. Отобранное тепло в дальнейшем будет использовано для бытовых и производственных нужд. Часть охлажденной воды с емкости 43 сбрасывается по водоводу на поверхность земли по специальным каналам 14 с водогенераторными агрегатами 15 (дополнительно вырабатывающие электрическую энергию) в естественное углубление 54. При необходимости, часть воды может сбрасываться по водоводу 56, проложенному по вентиляционному стволу 2 через каналы 14 с размещенными в них водогенераторными агрегатами 15, соединенными между собой последовательно в виде каскадов.

В нижних частях стволов 1 и 2 находятся резервные водосборники 22 и 47, предназначенные на случай повреждения водоводов, проложенных по стволам 1 и 2. За счет насоса 23 вода из водосборника 47 может подаваться в теплообменный аппарат 10 и в подземный водосборник 16 с использованием электрических задвижек 24, 25, 50, 52 и водовода 57.

Отходящие газы по стволу 1 через канал 17, вентилятор 18 попадают в нейтрализующее отделение 19. Затем очищенная воздушная смесь выбрасывается через трубу 20 в атмосферу. Периодически из отделения 19 осуществляется утилизация компонентов, полученных в результате нейтрализации отходящих газов.

Управление всеми технологическими операциями осуществляется централизованной системой, расположенной в здании 21.

Внедрение энергокомплекса обеспечит:

- высокую рентабельность с одновременным повышением КПД от эффективного сжигания в топке котла угля и водорода, отбора тепла от теплообменного аппарата, используемого для теплоснабжения производственных и бытовых объектов;

- централизованную высокоэффективную нейтрализацию вредных газов, образующихся при горении угля, и утилизацию производных компонентов;

- экономию электроэнергии свыше 30% от общего ее потребления.