Отдел проблем шахтных энергетических комплексов.Oсновные достижения
У статті викладена історія створення відділу і охарактеризовані його основні досягнення.Вони покладаються у наступному: створення енергоблоків по виробці електроенергії на тепловом використанні; створенні автономних джерел енергії; диверсифікації вугільних шахт у напрямку заглубленої переробки вугіл...
Saved in:
| Published in: | Геотехническая механика |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/53985 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Отдел проблем шахтных энергетических комплексов.Oсновные достижения / И.Ф. Чемерис, Е.В. Семененко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 100. — С. 296-305. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-53985 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Чемерис, И.Ф. Семененко, Е.В. 2014-01-29T19:03:24Z 2014-01-29T19:03:24Z 2012 Отдел проблем шахтных энергетических комплексов.Oсновные достижения / И.Ф. Чемерис, Е.В. Семененко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 100. — С. 296-305. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/53985 [620.92:621.311:622.012.2].001.6 У статті викладена історія створення відділу і охарактеризовані його основні досягнення.Вони покладаються у наступному: створення енергоблоків по виробці електроенергії на тепловом використанні; створенні автономних джерел енергії; диверсифікації вугільних шахт у напрямку заглубленої переробки вугілля; паротурбінної та газопоршневої когенерації; реалізація когенераційних технологій; зниження витрат на збагачення і транспортування вугілля до електростанцій. У подальшому – розвиток робіт планується в напрямках обґрунтування технологій утилізації низькопотенціального тепла шахтних енергокомплексів на основі низько киплячих робочих тіл і реактивних гідро парових турбін; розвитку наукових заснов технологій створення і транспортування водовугільного палива. In the article the expounded history of creation of department and his basic achievements are described. They are laid in the following: creation of power units on making of electric power on the thermal use; creation of autonomous energy sources; diversifications of coal mines in direction of the depth downward processing of coal; and gasapiston cogeneration steam-turbine; realization of cogeneration technologies; cost cutting on enrichment and transporting of coal to power-stations.In subsequent is development of works is planned in directions of обґрунтування technologies of utilization of potential downward heat of mine energycomplexes on the basis of low boiling works bodies and reactive hydraulic steam-turbines; development of scientific bases technologies of creation and transporting of water-coal fuel. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Отдел проблем шахтных энергетических комплексов.Oсновные достижения Department of problems of mine power complexes. Basic achievements Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Отдел проблем шахтных энергетических комплексов.Oсновные достижения |
| spellingShingle |
Отдел проблем шахтных энергетических комплексов.Oсновные достижения Чемерис, И.Ф. Семененко, Е.В. |
| title_short |
Отдел проблем шахтных энергетических комплексов.Oсновные достижения |
| title_full |
Отдел проблем шахтных энергетических комплексов.Oсновные достижения |
| title_fullStr |
Отдел проблем шахтных энергетических комплексов.Oсновные достижения |
| title_full_unstemmed |
Отдел проблем шахтных энергетических комплексов.Oсновные достижения |
| title_sort |
отдел проблем шахтных энергетических комплексов.oсновные достижения |
| author |
Чемерис, И.Ф. Семененко, Е.В. |
| author_facet |
Чемерис, И.Ф. Семененко, Е.В. |
| publishDate |
2012 |
| language |
Russian |
| container_title |
Геотехническая механика |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Department of problems of mine power complexes. Basic achievements |
| description |
У статті викладена історія створення відділу і охарактеризовані його основні досягнення.Вони покладаються у наступному: створення енергоблоків по виробці електроенергії на тепловом використанні; створенні автономних джерел енергії; диверсифікації вугільних шахт у напрямку заглубленої переробки вугілля; паротурбінної та газопоршневої когенерації; реалізація когенераційних технологій; зниження витрат на збагачення і транспортування вугілля до електростанцій. У подальшому – розвиток робіт планується в напрямках обґрунтування технологій утилізації низькопотенціального тепла шахтних енергокомплексів на основі низько киплячих робочих тіл і реактивних гідро парових турбін; розвитку наукових заснов технологій створення і транспортування водовугільного палива.
In the article the expounded history of creation of department and his basic achievements are described. They are laid in the following: creation of power units on making of electric power on the thermal use; creation of autonomous energy sources; diversifications of coal mines in direction of the depth downward processing of coal; and gasapiston cogeneration steam-turbine; realization of cogeneration technologies; cost cutting on enrichment and transporting of coal to power-stations.In subsequent is development of works is planned in directions of обґрунтування technologies of utilization of potential downward heat of mine energycomplexes on the basis of low boiling works bodies and reactive hydraulic steam-turbines; development of scientific bases technologies of creation and transporting of water-coal fuel.
|
| issn |
1607-4556 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/53985 |
| citation_txt |
Отдел проблем шахтных энергетических комплексов.Oсновные достижения / И.Ф. Чемерис, Е.В. Семененко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 100. — С. 296-305. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT čemerisif otdelproblemšahtnyhénergetičeskihkompleksovosnovnyedostiženiâ AT semenenkoev otdelproblemšahtnyhénergetičeskihkompleksovosnovnyedostiženiâ AT čemerisif departmentofproblemsofminepowercomplexesbasicachievements AT semenenkoev departmentofproblemsofminepowercomplexesbasicachievements |
| first_indexed |
2025-11-25T23:50:45Z |
| last_indexed |
2025-11-25T23:50:45Z |
| _version_ |
1850586097283760128 |
| fulltext |
296
УДК [620.92:621.311:622.012.2].001.6
Отдел проблем шахтных энергетических комплексов
канд. техн.наук.
зав. отделом. д-р техн. наук Е.В. Семененко
ОТДЕЛ ПРОБЛЕМ ШАХТНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ.
ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ
У статті викладена історія створення відділу і охарактеризовані його основні досягнення.
Вони покладаються у наступному: створення енергоблоків по виробці електроенергії на теп-
ловом використанні; створенні автономних джерел енергії; диверсифікації вугільних шахт у
напрямку заглубленої переробки вугілля; паротурбінної та газопоршневої когенерації; реалі-
зація когенераційних технологій; зниження витрат на збагачення і транспортування вугілля
до електростанцій. У подальшому – розвиток робіт планується в напрямках обґрунтування
технологій утилізації низькопотенціального тепла шахтних енергокомплексів на основі низь-
ко киплячих робочих тіл і реактивних гідро парових турбін; розвитку наукових заснов тех-
нологій створення і транспортування водовугільного палива.
DEPARTMENT OF PROBLEMS OF MINE POWER COMPLEXES. BASIC
ACHIEVEMENTS
In the article the expounded history of creation of department and his basic achievements are
described. They are laid in the following: creation of power units on making of electric power on
the thermal use; creation of autonomous energy sources; diversifications of coal mines in direction
of the depth downward processing of coal; and gasapiston cogeneration steam-turbine; realization
of cogeneration technologies; cost cutting on enrichment and transporting of coal to power-stations.
In subsequent is development of works is planned in directions of обґрунтування technologies of
utilization of potential downward heat of mine energycomplexes on the basis of low boiling works
bodies and reactive hydraulic steam-turbines; development of scientific bases technologies of crea-
tion and transporting of water-coal fuel.
Отдел проблем шахтных энергетических комплексов был создан в 1999 г. на
базе отдела привода горных машин. Заведующим отделом был назначен к.т.н.
Игорь Федорович Чемерис. Основное направление деятельности отдела – раз-
работка научных основ создания энергосберегающих технологий и технических
средств выработки и рационального использования электрической и тепловой
энергий, полученных при сжигании отходов углеобогащения, низкосортного
угля и метана в шахтных энергокомплексах.
В соответствии с научным направлением работы в отделе ориентированы на
технико-экономические исследования и определение рациональных параметров
функционирования шахтных энергокомплексов в различных горно-
технологических условиях, а также на разработку научно-технических основ,
способов и технических средств интенсификации процессов производства и ра-
ционального использования электрической и тепловой энергий, полученных
при сжигании отходов углеобогащения, низкосортного угля и шахтного метана.
С момента создания отдела его сотрудники активно включились в разработ-
ку и внедрение прогрессивных способов выработки тепловой и электрической
энергий. Уже на первом году деятельности отдела под руководством зав. отдела
к.т.н. Чемериса И.Ф. при непосредственном участии ст. научн. сотр. Кухаренко
И.Ф. Чемерис
297
В.П., гл. инж. пректа Сайченко А.В., вед. инж-ров Рубана В.Д. и Омельченко
В.Г., инж-ров Клоковой Т.Д., Суповой Т.Ю., Головко С.А. было разработано
два предпроектных ТЭО:
• на создание энергоблока по выработке электроэнергии на тепловом по-
треблении на базе Александрийской ТЭЦ-3. Разработана технологическая схе-
ма, предусматривающая в составе энергоблока существующий котлоагрегат и
противодавленческую турбину мощностью 12 мВт.
• на создание автономного источника электроэнергии на базе котельной
ОАО «Днепрошина». Данный проект предусматривал установку на территории
котельной двух противодавленческих турбин мощностью по 6 МВт и в даль-
нейшем был успешно реализован на предприятии. Это позволило ОАО «Днеп-
рошина» дополнительно, кроме тепловых нагрузок от существующих котель-
ных агрегатов, получать собственную дешевую электроэнергию.
Учитывая что, реструктуризация угольной промышленности неразрывно
связана с проблемой диверсификации угольных шахт в направлении углублен-
ной переработки угля, шахтного метана и отходов углеобогащения на месте их
добычи путем производства тепловой и электрической энергии, то специалисты
отдела сосредоточили свои усилия на разработке и внедрении соответствую-
щих высокоэффективных теплоэнергоемких технологий. Перспективность этих
технологий обусловлена тем, что выработка собственных тепла и электроэнер-
гии позволит угольным предприятиям изменить структуру цены на конечный
продукт, так чтобы себестоимость угля не играла решающую роль, а была од-
ной из составляющих стоимости конечного продукта. Анализ существующей
ситуации показал, что реализация этой концепции в Украине на базе угольных
шахт со значительными промышленными запасами угля и шахтного метана це-
лесообразна путем создания шахтных энергокомплексов, использующих коге-
нерационные технологии.
Наиболее рациональными для рассматриваемых условий являются когене-
рационные технологии, представляющие собой ту или иную комбинацию паро-
вых или водогрейных котлов (или котлов-утилизаторов) с паротурбинными, га-
зотурбинными или газопоршневыми установками, обеспечивающими совмест-
ную выработку тепловой и электрической энергий с высоким КПД за счет бо-
лее полного использования термодинамического потенциала рабочего тела.
Были сформулированы следующие основные варианты использования
когенерационных технологий:
• шахтные энергокомплексы на базе паротурбинной когенерации. Их реа-
лизация обусловлена наличием технологии, позволяющей сжигать низкосорт-
ные угли и отходы углеобогащения с высоким КПД и низким уровнем выбро-
сов вредных веществ. Такой технологией является сжигание топлива в кипящем
слое (КС);
• шахтные энергокомплексы на базе газопоршневой когенерации. Их реа-
лизация обусловлена существенными запасами шахтного метана на угледобы-
вающих предприятиях и наличием высокоэффективного когенерационного
энергетического оборудования для утилизации шахтного метана путем выра-
298
ботки тепловой и электрической энергий с их соотношением примерно 1:1 и
коэффициентом полезного действия при полной загрузке до 86 %. Таким обо-
рудованием являются энергетические модули на базе газопоршневых установок
(ГПУ), обеспечивающие реализацию данной технологии.
Актуальность сформулированных вариантов определялась повышением
экономической эффективности шахтных энергокомплексов за счет:
• низкой стоимости используемого топлива. Энергокомплексы с когенера-
цией на базе газовых двигателей работают на шахтном метане, а энергоком-
плексы на базе с когенерацией на базе паровых турбин в качестве топлива ис-
пользуют высокозольные угли;
• реализации когенерационных технологий, которая обеспечивает КПД по
изготовлению тепловой и электрической энергий до 85 % против 33 % в базо-
вых энергоблоках. Возможная реализация когенерации на базе паровых турбин
(выработка электроэнергии на тепловом потреблении) и на базе газовых турбин
или газовых двигателей (выработка тепловой энергии на электрическом по-
треблении). При этом стоимость вырабатываемых тепловой и электрической
энергий в 2-3 раза ниже действующих тарифов;
• отсутствия затрат на обогащение и транспортирование угля к электро-
станции и передачи электроэнергии от электростанции к угледобывающим
предприятиям.
Энергокомплексы с когенерационной технологией на базе паровых турбин
рационально располагать вблизи крупных городов с большим потреблением
тепла на отопление и горячее водоснабжение (ГВС). Это обусловлено тем, что
для выработки электроэнергии на тепловом потреблении необходимое соотно-
шение тепловой и электрической энергий составляет 6:1, что требует для эф-
фективной работы энергокомплекса наличие больших тепловых нагрузок по-
рядка 100 – 200 МВт. Выполненные сотрудниками отдела ИГТМ НАН Украины
технико-экономические расчеты подтвердили высокую эффективность функ-
ционирования шахтных энергокомплексов на базе шахт Центрального («Ма-
кеевуголь), Западного («Павлоградуголь») Донбасса и Нововолынской группы
шахт («Волыньуголь»). В 2002 году с участием сотрудников отдела вед. инж-
ров Рубана В.Д. и Омельченко В.Г., инж-ров Клоковой Т.Д., Суповой Т.Ю. Дя-
кун И.Л. под руководством зав. отдела к.т.н. Чемериса И.Ф. был разработан
проект «Создание независимой эффективной и устойчивой энергетической ин-
фраструктуры г. Славутич путем перевода тепло- энергоснабжения города на
использование местного топлива (торфа, древесных отходов а также горючих
твердых бытовых отходов)».
Действующая котельная города Славутич ориентирована на сжигание
природного газа. Стоимость газа и возможное обострение ситуации по ста-
бильности его поставок ставят город в сложное экономическое положение и
прямую зависимость от импорта энергоносителей. Последнее приобретает осо-
бую актуальность в условиях отсутствия на Украине достаточного количества
собственных запасов природного газа. В то же время район Центрального По-
лесья, в котором находится город Славутич, располагает значительными запа-
299
сами торфа. Наиболее целесообразным выходом из сложившейся ситуации яв-
ляется перевод котельной с газа на местные виды топлива, основными из кото-
рых являются фрезерный торф и древесное топливо.
В работе над проектом впервые были определены структура, запасы и ха-
рактеристика местной топливной базы, ориентированной на обеспечение энер-
гетическим сырьем муниципальной котельной г. Славутич. Выделены базовые
месторождения, разработка которых обеспечит рентабельную работу котель-
ной. Дан анализ рациональных схем доставки фрезерного торфа и определены
транспортные расходы на 1 т торфа. Рассмотрены современные технологии
сжигания фрезерного торфа и обоснованы рациональные режимы этих техноло-
гий. Данные разработки позволили бы повысить энергетическую независимость
города и его жизнеспособность, а также содействовать решению проблем жиз-
необеспечения и социального развития города в новых правовых и экономиче-
ских условиях путем существенного, почти на 29 млн. м3 на год сокращения за-
трат импортного топлива за счет вывода из эксплуатации отопительной газовой
котельной и оптимизации затратной части местного бюджета и его платежный
баланс.
В 2003 г. сотрудниками нескольких отделов Института, включая сотруд-
ников отдела проблем шахтных энергетических комплексов зав. отделом Чем-
риса И.Ф., м.н.с. Дякун И.Л., вед. инж. Рубана В.Д., инж-ров Ященко Т.Т., Кло-
кову Т.Д., Супову Т.Ю. по заданию Донецкой областной администрации была
выполнена работа «Инвентаризация источников загрязнения атмосферы на уг-
ледобывающих предприятиях Донецкой области и разработка технических
предложений по снижению выбросов загрязняющих веществ». При выполне-
нии работы было обследовано 23 шахты Донецкой области. В результате об-
следования было впервые определено, что основными источниками выбросов
загрязняющих веществ в атмосферу при работе угледобывающих предприятий
Донецкой области являются шахтные котельные, работающие на угле, а также
выбросы метана через шахтные дегазационные системы и исходящие вентиля-
ционные струи. Для разработки технических предложений по критериям, ха-
рактеризующим запасы, дебит и концентрацию метана, были отобраны 10
шахт, условия которых наиболее благоприятны для утилизации шахтного мета-
на как в шахтных котельных, так и в когенерационных энергетических модулях
на базе газопоршневых двигателей. К таким предприятиям отнесены шахты:
Красноармейская-Западная, им. Засядько, Краснолиманская, им. Бажанова, им.
Калинина и др. Общие запасы метана по выбранным шахтам составляют 747
млрд. м3, в т.ч.: в угольных пластах – 32 млрд. м3, в пластах спутниках – 72
млрд. м3, в песчаниках – 643 млрд. м3. Выбросы в атмосферу метана через сис-
тему дегазации составляют 133 млн. м3, через систему вентиляции – 406 млн.
м3. В качестве технических средств для утилизации шахтного метана рассмат-
ривались когенерационные энергетические модули на базе газопоршневых ус-
тановок фирм «Jenbacher», «Deutz» и «Vorholt & Hermeler» с модульной элек-
трической мощностью от 1 до 4 МВт и тепловой мощностью от 0,9 до 3,8
Гкал/ч.
300
Специалистами отдела зав. отделом Чемерисом И.Ф. мл. научн. сотр. Дя-
кун И.Л., вед. инж. Рубаном В.Д., инж-рами Суповой Т.Ю. и Ященко Т.Т. пока-
зано, что в результате реализации технических предложений по утилизации
шахтного метана может быть выработано 593,8 млн. кВт⋅ч электроэнергии и
367,2 тыс. Гкал тепла для энергетического самообеспечения шахт, что позволит
получить суммарную прибыль от реализации технических предложений по вы-
бранным шахтам в размере 118,97 млн. грн в год. За счет непосредственной
экономии сжигаемого угля на шахтных котельных в объеме 56,2 тыс.т и кос-
венной экономии сжигаемого угля на ГРЭС в объеме 237,5 тыс.т возможно со-
кращение вредных выбросов в атмосферу на 797,7 тыс. т в год. При утилизации
на выбранных шахтах 182 млн. м3 в год шахтного метана в энергетических мо-
дулях может быть достигнуто сокращение эмиссии СО2 (эквивалент) в атмо-
сферу в количестве 2,0 млн. т в год.
Выполненная работа показала, что утилизация шахтного метана путем вы-
работки электрической и тепловой энергии является актуальной проблемой,
решение которой позволит существенным образом решить экологические, эко-
номические и социальные проблемы шахтерских регионов Донецкой области.
В 2004 году сотрудниками отдела мл. научн. сотр. Дякун И.Л. вед.
инж. Рубаном В.Д., инж. Ященко Т.Т. во главе с зав. отделом Чемерисом И.Ф.
выполнено предпроектное ТЭО по созданию шахтного энергетического ком-
плекса по выработке электрической и тепловой энергии использующего капти-
руемый метан на базе газопоршневых установок для шахты Красноармейская-
Западная. Исходя из дебита метана и его удельного потребления, показано, что
газопоршневыми установками на шахте можно выработать около 7,5 МВт элек-
трической мощности. С учетом тепловых и электрических нагрузок рекомендо-
вано размещение на Центральной площадке шахты Красноармейская-Западная
4-х газопоршневых установок фирмы «Vorholt & Hermeler» с электрической
мощностью 1,5 МВт в существующем здании и электрической мощностью 1
МВт в контейнерном исполнении рядом.
Заведующий отделом И.Ф. Чемерис внес большой вклад в создание научных
основ создания шахтных энергетических комплексов. Им установлены основ-
ные закономерности работы электрических парогенераторов и разработанные
методики их расчетов для разных отраслей применения. По его разработкам на
горнодобывающих предприятиях внедрено более 150 электрических парогене-
раторов как в составе систем пылеподавления и паротермического оксидирова-
ния, так и в других устройствах. Им выполнены технико-экономические иссле-
дования и определенные рациональные параметры функционирования шахтных
энергокомплексов в разных горнотехнических условиях, разработаны научно-
технические основы некоторых способов и технических средств интенсифика-
ции процессов производства и рационального использования электрической и
тепловой энергии.
За успехи в трудовой и общественной деятельности Чемерис И.Ф. награж-
ден медалью «Ветеран труда», Дипломом Почета и четырьмя медалями ВДНХ
СССР и УССР, Почетной грамотой Президиума АН УССР и рядом других гра-
301
мот и поощрений. В 1997 году он был удостоен звания «Лучший изобретатель
Национальной Академии наук Украины». В 2007 году за разработку и внедре-
ние на угольных шахтах Украины энергосберегающих технологий и техниче-
ских средств выработки и рационального использования электрической и теп-
ловой энергий, полученных при сжигании низкосортного угля, отходов угле-
обогащения и шахтного метана в шахтных энергокомплексах награжден знаком
«Шахтерская Слава» ІІІ степени. В 2010 году стал лауреатом Государственной
премии Украины в отрасли науки и техники за работу «Создание энергоэффек-
тивного комплекса добычи и использования шахтного газа метана» (рис.1).
Рис.1 – Лауреаты государственных премий ИГТМ НАН Украины:
Яланский А.А., Васильев Л.М. , Петренко В.Д., Скипочка С.И., Лукинов В.В., Софий-
ский К.К., Виноградов В.В., Ефремов Э.И., Булат А.Ф., Чемерис И.Ф.
В период с 2004 по 2009 гг. специалисты отдела ст. научн. сотр. Ок-
сень Ю.И, мл. научн. сотр. Дякун И.Л., вед. инж-ры Рубан В.Д. и Омельченко
В.Г., инж-ры Клокова Т.Д., Супова Т.Ю., Ященко Т.Т. совместно с работниками
шахты под руководством к.т.н. И.Ф. Чемериса принимали непосредственное
участие в анализе систем тепло- и электроснабжения шахты им. А.Ф. Засядько,
в определении тепловых и электрических нагрузок шахты, обосновании и вы-
боре типа когенерации, а именно, газопоршневой на базе газовых двигателей. В
соответствии с планом горных работ были определены спрогнозированные за-
пасы метана шахты до 2018 года, а затем после обследования угольных шахт
Польши и Германии, а также отечественных и зарубежных заводов изготовите-
лей был выбран тип базового энергетического модуля, а именно Jenbaher 620, с
электрической мощностью 3,0 МВт, удельным расходом метановоздушной
смеси 0,25 м3/кВт ч и минимальной концентрацией метановоздушной смеси
25 %.
302
Полученные данные послужили основой для разработки практических ре-
комендаций, используемых в производстве.
В частности, по энергетическому комплексу, перерабатывающему метано-
воздушную смесь в тепловую и электрическую энергии на шахте им. А.Ф. За-
сядько, была выполнена привязка энергетического оборудования к месту уста-
новки, определены реальные тепловые и электрические нагрузки шахты, вы-
бран тип базового энергетического модуля и определено их количество по
промплощадкам шахты. Кроме того, были определены технико-экономические
и экологические показатели работы шахты им. А.Ф. Засядько с учетом утили-
зации шахтного метана когенерационным энергокомплексом и разработаны
способы утилизации обедненных метановоздушных смесей в газопоршневых
установках. На основании вышеизложенного были разработаны исходные дан-
ные для проекта «Утилизация шахтного метана на шахте им. А.Ф. Засядько» и
технические предложения по утилизации электрической и тепловой энергий на
шахте. По разработанному проекту был создан энергокомплекс на Восточной
промплощадке шахты им. А.Ф. Засядько (рис. 2), который на базе
12 энергетических модулей с 2004 г. по 2009 г. утилизировал 166 млн. м3 мета-
на, в результате чего, получен экономический эффект в размере 530,9 млн.грн.,
в том числе: от производства электроэнергии – 154,2 млн.грн.; от производства
тепла – 60,9 млн.грн.; выплаты по квотам уменьшения выбросов метана в атмо-
сферу -315,8 млн.грн. Затраты на строительство, монтаж, наладку и введения в
эксплуатацию шахтного энергокомплекса составили 258,6 млн.грн. Общий эко-
номический эффект, полученный шахтой им. А.Ф. Засядько с 2004 г. по 2009 г.
составил 272,3 млн.грн.
Рис.2 - Общий вид энергоблока на Восточной промплощадке шахты им. А.Ф. Засядько
303
Выполненные исследования доказали на практике, что утилизация шахт-
ного метана путем выработки электрической и тепловой энергий является эф-
фективным мероприятием, которое позволит существенным образом решить
экономические, экологические и социальные проблемы шахтерских регионов
Украины.
Кроме того, в 2004 – 2005 г.г. зав. отделом Чемерисом И.Ф. и ст. научн.
сотр. Оксенем Ю.И. выполнена еще одна работа для шахты им. А.Ф. Засядько
по обоснованию возможности снижения температуры воздуха проветривания в
рабочей лаве и тупиковом подготовительном забое. Разработанный алгоритм и
программа расчета показали, что при мощности установленных охладителей
2,0-2,5 МВт в условиях работающей 16-й Восточной лавы шахты им.
А.Ф. Засядько температура может быть снижена на 10-13 0С и приблизится к
санитарным нормам.
К основным проблемам, связанным с повышением эффективности работы
шахтных когенерационных энергокомплексов, следует отнести вопросы рацио-
нального использования угольного метана в энергетических объектах, а также
проблему максимального использования выработанных при этом тепловой и
электрической энергий, обеспечивая максимальную прибыль и минимальный
срок окупаемости энергокомплекса. Как показывают исследования экономико-
математических моделей шахтных энергокомплексов данное условие выполня-
ется при максимальной степени когенерации, присущие газопоршневым уста-
новкам. Кроме того, подобные энергокомплексы обеспечивают сокращение по-
требления для этих целей импортного природного газа, уменьшение вредных
выбросов метана в атмосферу и получение шахтами дополнительного финанси-
рования за продажу квот на выбросы по Киотскому протоколу. Серьезную про-
блему представляют сложности, связанные с недостаточной концентрацией ме-
тановоздушных смесей (МВС). Обогащение шахтного метана на основе физи-
ческих и термодинамических эффектов является безусловно весьма актуаль-
ным, однако, существующие способы обогащения метана, такие как абсорбци-
онный, мембранный, газогидратный и др. не подходят для этих целей, так как
их применение требует сжатие МВС по крайней мере до 1 МПа, что недопус-
тимо по условиям взрывоопасности МВС в указанном диапазоне концентраций
метана, от 2,5% до 25 % по требованиям Правил безопасности.
В отделе проблем шахтных энергетических комплексов разработаны
принципиальные схемы утилизации МВС в газопоршневых установках, как для
случая утилизации обедненных (криогенный метод), так и для утилизации МВС
подземных дегазационных скважин и системы газоотсоса при нормируемых
Правилами безопасности значениями. Особенностью разработанных схем явля-
ется то, что по каналу воздушного дутья подается низкопотенциальная часть
МВС, а по каналу основного топлива высокопотенциальная часть МВС с воз-
можностью обогащения газом поверхностных дегазационных скважин. Разра-
ботан алгоритм расчета предложенных схем, основанный на балансовых урав-
нениях расходов МВС и чистого метана. Установлено, что при постоянно раз-
304
виваемой мощности газопоршневой установки, увеличение отношения объемов
подачи чистого метана по каналам газопоршневой установки увеличивает объ-
ем и концентрацию МВС по каналу воздушного дутья (газоотсос). При этом
дефицитная высокопотенциальная часть МВС по каналу основного топлива,
как и расход газа поверхностных дегазационных скважин на ее обогащение,
уменьшаются практически вдвое. При достижении концентрации метана в ка-
нале воздушного дутья значения, допустимого по Правилам безопасности, от-
ношения объемов чистого метана по каналам газопоршневой установки стано-
вится практически равным единице.
Реализация принципа газопоршневой когенерации может быть легко
осуществлена на базе установок, выпускаемых фирмами Германии (Vorholt &
Hermeler GmbH, Deutz AG), Австрии (Jenbacher), России (Нефтегаз). Кроме то-
го, шахтный метан может быть использован и при паротурбинной когенерации
как дополнительное топливо паровых котлов.
Начиная с 2004 года в составе отдела проблем шахтных энергетических
комплексов ИГТМ НАН Украины создано неструктурное подразделение – ор-
ган сертификации автономных источников тока (ОС АИТ ИГТМ НАН Украи-
ны), который аккредитован Национальным агентством по аккредитации Украи-
ны согласно европейским требованиям ДСТУ EN 45011-2001 „Загальні вимоги
до органів, які керують системами сертифікації продукції”, а также в соответст-
вии с приказами Министерства экономического развития и торговли Украины
органом по сертификации продукции в государственной системе сертификации
Украины и назначен органом по оценке соответствия продукции требованиям
технических регламентов.
Общеевропейское экономическое пространство открывает новые воз-
можности и перспективы для развития промышленности, но при этом требует
новых инструментов и стратегий развития государства. Сейчас более высокие
требования устанавливаются к качеству продукции, которая поставляется на-
циональным производителем на внутренний и внешний рынки. Поэтому роль
системы оценки соответствия продукции и аккредитованных органов по оценке
соответствия в современном обществе существенно повысилась. Эти органы
характеризуются значительным влиянием на экономику, движение товаров и
уровень благосостояния граждан.
ОС АИТ ИГТМ НАН Украины выполняет работы по оценке соответствия
закрепленной за ним продукции законодательно-установленным нормативным
требованиям в определенной области аккредитации – химические источники
тока, предназначенные для пуска двигателей любых систем и питания электро-
оборудования.
Руководитель органа – Привалов Владимир Николаевич, старший науч-
ный сотрудник отдела, кандидат физико-математических наук, лауреат госу-
дарственной премии в области науки и техники за разработку и создание ком-
плекса по производству свинцово-кислотных аккумуляторных батарей – имеет
многолетний опыт работы в научно-исследовательской сфере. На сегодняшний
день под его научным руководством ведущий инженер В.В. Усатенко и инже-
305
нер I кат. Т.В. Палагина занимаются разработкой, созданием и внедрением ба-
тарейных зарядных комплексов для шахтных аккумуляторных электровозов.
Результаты выполненных научных исследований в этом направлении будут
способствовать решению проблемы повышения энергосбережения, а также
обеспечению выполнения требований нормативно-правовых актов по охране
труда и промышленной безопасности путем внедрения оборудования с высокой
надежностью против взрыва в подземных зарядных камерах шахт.
Эта продукция применяется во всех отраслях промышленности – от изде-
лий тяжелого транспортного машиностроения и до детской игрушки. Много-
летний опыт свидетельствует, что качество, технические и эксплуатационные
характеристики любого изделия зависят в первую очередь от качества и безо-
пасности его комплектующих, которыми по сути и есть указанная продукция.
Стартерные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи являются в опреде-
ленной степени источником внешней опасности, потому что их работа в режи-
ме “заряд” может сопровождаться накоплением водорода и кислорода во взры-
воопасных концентрациях. Также представляют потенциальную взрыво-
пожароопасность и щелочные аккумуляторные батареи. Эти изделия предна-
значены для работы на железнодорожном транспорте, в трамваях, троллейбусах
и метрополитене, на рудниковых и шахтных электровозах, а также для запуска
авиационных двигателей и питания бортовой сети летательных аппаратов. По-
этому оценка соответствия и сертификация такой продукции согласно европей-
скими требованиями будет способствовать удовлетворению потребностей со-
временных отечественных потребителей и производителей, развитию государ-
ства в целом.
С января 2012 г. на должность заведующего отделом проблем шахтных
энергетических комплексов был назначен докт. техн. наук, с.н.с. Семененко Ев-
гений Владимирович. Сегодня в отделе продолжаются работы по научным на-
правлениям, определенным при его создании, а также начато формирование
двух новых научных направления исследований:
• обоснование технологий утилизации низкопотенциального тепла шахт-
ных энергокомплексов на основе низкокипящих рабочих тел и реактивных гид-
ропаровых турбин;
• развитие научных основ технологий создания и транспортирования водо-
угольного топлива.
За весь период работы отдела проблем шахтных энергетических комплексов
сотрудниками опубликовано порядка 100 материалов по тематике отдела, в ко-
торые входят 2 монографии, 7 патентов Украины на изобретение, 15 патентов
Украины на полезную модель более 80 статей.
Полученные результаты за весь период работы отдела проблем шахтных
энергетических комплексов в равной степени могут быть отнесены и к другим
угледобывающим предприятиям, на которых имеются благоприятные условия
для создания когенерационных шахтных энергокомплексов по переработке вы-
сокозольных углей и шахтного метана в тепловую и электрическую энергии.
306
УДК [633.6.011.6:531.211.3].001.5
Отдел высокотемпературной теплотехники
Академик НАН Украины
канд. техн. наук В.И. Луценко
РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ НОВЫХ МЕТОДОВ ИНТЕНСИФИ-
КАЦИИ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССООБМЕНА В РАБОЧИХ СРЕДАХ
ВОЗДЕЙСТВИЕМ СИЛОВЫХ ПОЛЕЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ
ИНТЕНСИВНОСТИ
Проведено оглядовий аналіз результатів досліджень, виконаних у відділі високотемпера-
турної теплотехніки ІГТМ НАНУ з впливу вібраційних полів на тепломассоперенос в рідких
робочих середовищах у великому об'ємі, каналах і пористих структурах.
DEVELOPMENT OF THE SCIENTIFIC BASES OF NEW METHODS OF
INTENSIFICATION OF HEAT AND MASS TRANSFER PROCESSES IN
WORKING MEDIA UNDER INFLUENCE OF PERIODIC FORCE FIELDS
Results of research performed in the department of high-temperature heat engineering of IGTM
NAS of Ukraine on the effect of vibration on the heat and mass transfer in liquid working media, in
a large volume in channels and in porous structures are reviewed.
Внедрение высокоэффективных тепло - и массообменных аппаратов снижа-
ет потери используемых природных ресурсов, улучшает качество производи-
мой продукции и уменьшает вредные выбросы. При создании таких аппаратов
часто используется принцип подведения энергии извне к взаимодействующим в
аппарате средам. Одним из наиболее эффективных способов подведения до-
полнительной внешней энергии является наложение колебаний на взаимодей-
ствующие фазы. Аппараты, в которых используются низкочастотные колеба-
ния, характеризуются высокой эффективностью при большой удельной произ-
водительности. Это объясняется тем, что вводимая внешняя энергия может
равномерно или по заранее заданному закону распределяться по поперечному
сечению и высоте аппарата и нужным образом влиять на поле скоростей взаи-
модействующих фаз. Способы интенсификации тепломассообменных процес-
сов в современных технологиях путем организации в рабочем объеме аппарата
пульсирующих режимов или наложения колебаний на основное поле течения
среды являются одними из перспективных.
Интерес к влиянию вибраций на тепломассообменные (ТМО) процессы пе-
риодически усиливался или ослабевал в зависимости от возникающих практи-
ческих задач. Около 50 лет назад таким стимулом было бурное развитие атом-
ной энергетики. Особенный ажиотаж, если можно так сказать применительно к
науке, вызвало известие о чрезвычайно высоких перегревах жидких щелочных
металлов, рассматриваемых как перспективные рабочие тела быстрых реакто-
ров, с которыми в 60-х годах весь мир связывал будущее развитие энергетики.
Полученный экспериментально перегрев калия ~900 К приводил бы, в случае
аварийной ситуации, к тепловому взрыву внутри реактора. К счастью, этот экс-
перимент оказался неточным. Но за несколько лет между указанным сообщени-
В.Ф. Присняков
|