ZWALCZANIE ZAGRO ENIA TEMPERATUROWEGO W WYROBISKACH GÓRNICZYCH CH ODZIARKAMI POWIETRZA BEZPOŒREDNIEGO DZIA ANIA TYPOSZEREGU TS**

Transkrypt

1 Górnictwo i Geoin ynieria Rok 34 Zeszyt 3/ Rafa³ uczak* ZWALCZANIE ZAGRO ENIA TEMPERATUROWEGO W WYROBISKACH GÓRNICZYCH CH ODZIARKAMI POWIETRZA BEZPOŒREDNIEGO DZIA ANIA TYPOSZEREGU TS** 1. Wstêp Zagadnienia zwi¹zane z odpowiednimi warunkami klimatycznymi oraz mo liwoœciami ich poprawy w czasie intensywnego wydobycia, wzrostu g³êbokoœci zalegania pok³adów i w trudnych okolicznoœciach geotermicznych s¹ priorytetem i wymagaj¹ kompleksowego stosowania wielu œrodków w celu zapewnienia odpowiednich warunków pracy. Rozwój techniki ch³odniczej oraz wzrost g³êbokoœci eksploatacji, a co za tym idzie coraz wiêkszy wzrost zagro eñ naturalnych maj¹ wp³yw na warunki mikroklimatyczne w podziemnych wyrobiskach. Stosowane do tej pory rozwi¹zania maj¹ce na celu utrzymanie odpowiednich warunków temperaturowych nie zawsze spe³niaj¹ za³o one oczekiwania. Odpowiednie warunki panuj¹ce w miejscu pracy za³ogi stwarzane s¹ przez wzrost intensyfikacji przewietrzania wyrobisk przy uwzglêdnieniu kryteriów technicznych i ekonomicznych. W wiêkszoœci przypadków metody te s¹ niewystarczaj¹ce i wówczas stosuje siê ch³odzenie powietrza przez klimatyzacjê lokaln¹ (poœredniego i bezpoœredniego dzia³ania), klimatyzacjê grupow¹ lub centraln¹. Wybór odpowiedniego rozwi¹zania sztucznego ch³odzenia uzale niony jest od iloœci ch³odzonego powietrza, warunków technicznych wyrobisk (wybieg wyrobiska), wielkoœci rejonu eksploatacji, temperatury pierwotnej górotworu oraz mo liwoœci zabudowy systemu klimatyzacji. Rozwój kompleksowych metod ch³odzenia powietrza, które zapewniaj¹ utrzymanie odpowiednich warunków cieplnych w wielu wyrobiskach jest uzasadniony w zwi¹zku z w³aœciwymi parametrami powietrza na stanowiskach pracy, ale wymaga znacznych nak³adów inwestycyjnych i eksploatacyjnych. Stosowanie w polskim górnictwie lokalnych urz¹dzeñ ch³odniczych o dzia³aniu bezpoœrednim o mocy ch³odniczej 300 i 350 kw jest wiod¹cym rozwi¹zaniem uzdatniania powietrza w miejscu pracy. Oprócz wielu zalet tego sposobu zwalczania zagro enia temperaturowego wymieniæ * AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydzia³ Górnictwa i Geoin ynierii ** Praca naukowa finansowana ze œrodków na naukê jako praca w³asna numer

2 nale y równie wady, jakimi s¹ np. efektywnoœæ wykorzystania ciep³a, a co za tym idzie mocy ch³odniczej. Spe³nienie odpowiednich wymagañ przy wspó³pracy ch³odnicy bezpoœredniego dzia³ania z wyparn¹ ch³odnic¹ wody przyczynia siê do uzyskania wysokiego kryterium efektywnoœci ch³odzenia powietrza. W niniejszej pracy zostanie poddana analizie praca ch³odnicy bezpoœredniego dzia³ania TS300 i TS350 zabudowana w wyrobisku górniczym. 2. Stan klimatyzacji kopalñ w Polsce Urz¹dzenia ch³odnicze w polskim przemyœle wêglowym stosowane s¹ od pocz¹tku lat szeœædziesi¹tych ubieg³ego wieku (czeska ch³odziarka typu CHDV-50, a póÿniej ch³odziarki niemieckie WK-120s). Pierwsze urz¹dzenie ch³odnicze produkcji polskiej typu GUC-250p zamontowano grudniu 1983 roku w kopalni Halemba. W nastêpnych latach do kopalñ wprowadzano kolejne polskie urz¹dzenia ch³odnicze. W 1993 takich urz¹dzeñ by³o 56 sztuk. Pod koniec ubieg³ego wieku zaczêto sprowadzaæ do kopalñ niemieckie ziêbiarki: firmy Wende&Malter (typoszeregu LKM) oraz firmy GFW (typoszeregu DV). Ch³odziarki te o wiêkszej mocy ch³odniczej i wiêkszej sprawnoœci zaczê³y wypieraæ ch³odziarki polskie. Od roku 2000 wesz³y na rynek nowe polskie ch³odnice powietrza firmy TERMOSPEC [6]. Liczba ch³odziarek typu TS pracuj¹cych w wyrobiskach kopalnianych z roku na rok jest wiêksza [3, 4, 9]. Górnicze urz¹dzenia ch³odnicze stosowane w kopalniach podziemnych mo na podzieliæ ze wzglêdu na [3]: sposób odbioru ciep³a: ch³odziarki absorpcyjne; ch³odziarki sprê arkowe: o dzia³aniu bezpoœrednim, o dzia³aniu poœrednim; lokalizacjê ch³odziarki: powierzchniowe, podziemne; uk³ady wspó³pracy ch³odziarek: lokalne, grupowe, centralne, kombinowane. Na koniec 2008 roku ca³kowita zainstalowana moc ch³odnicza wynosi³a 93,2 MW na co sk³ada³y siê: 60,235 MW sumy mocy 195 lokalnych urz¹dzeñ ch³odniczych bezpoœredniego i poœredniego dzia³ania; 9 MW mocy systemów grupowych zainstalowanych w kopalni Borynia, Jas-Mos i Zofiówka; 24 MW mocy ch³odniczej systemów klimatyzacji centralnej kopalni Pniówek, Budryk i kopalni rud miedzi Rudna [3, 9]. W roku 2008 w wyrobiskach górniczych zainstalowanych by³o 187 ch³odziarek bezpoœredniego dzia³ania o sumarycznej mocy ch³odniczej wynosz¹cej prawie 58 MW i 8 ch³odziarek (2,32 MW) w kopalni rud miedzi. Ch³odziarek poœredniego dzia³ania w roku 2008 zainstalowanych by³o 17 sztuk o mocy ch³odniczej 6,37 MW [4]. 58

3 3. Parametry techniczne i znamionowe ch³odnic TS300 i TS350 Ch³odziarka TS-300 jest maszyn¹ bezobs³ugow¹. Sk³ada siê z trzech zasadniczych podzespo³ów: zespo³u maszynowego TS-300/ZM-1, w którego sk³ad wchodzi sprê arka z elektrycznym silnikiem napêdowym oraz skraplacz p³aszczowo-rurowy, wyposa enie elektryczne i steruj¹ce; parownik TS-300P sk³adaj¹cy siê z wê ownicy; ch³odnica wyparna wody typu CWW-420 lub CWW-420/1 [1]. Budowa ch³odziarki TS 350/1 jest analogiczna jak uk³adu TS300. Stosowane s¹ parowniki bezpoœredniego dzia³ania o mocy nominalnej 350 kw. W sk³ad ch³odziarki powietrza typu TS350/1 wchodzi zespó³ maszynowy TS-350/ZM-1, parownik i ch³odnica wyparna wody typu CWW-460. Odbiór ciep³a od wody ze skraplacza gwarantuje wyparna ch³odnica wody zabudowana w zu ytym pr¹dzie powietrza. Woda ch³odz¹ca skraplacz mo e byæ dostarczana z ruroci¹gu przeciwpo arowego zabudowanego w wyrobisku [2]. Aby zapewniæ parametry znamionowe wydajnoœci ch³odniczej, nale y dostarczyæ do skraplacza okreœlony strumieñ wody ch³odz¹cej o odpowiedniej temperaturze. Odpowiednio wysoka sprawnoœæ wymiany ciep³a skraplacza zapewnia wysoki poziom mocy ch³odniczej parownika, co bezpoœrednio przek³ada siê na efektywnoœæ ch³odzenia powietrza w wyrobisku górniczym. W celu osi¹gniêcia parametrów nominalnych producent podaje, e do zespo³u maszynowego wyposa onego w skraplacz nale y doprowadziæ strumieñ wody w iloœci m 3 /h o temperaturze C. W przypadku parowników TS300 i TS350 parametry normatywne powietrza wynosz¹ odpowiednio: objêtoœciowy strumieñ powietrza na wlocie równy 10 m 3 /s, temperatura powietrza na wlocie 32 C o wilgotnoœci wzglêdnej 70%, na wylocie 20 C o wilgotnoœci 100% [1, 2]. 4. Przeprowadzenie pomiarów parametrów powietrza ch³odzonego ch³odziarkami TS 300 i TS 350 w warunkach kopalnianych W KWK Soœnica-Makoszowy Ruch Makoszowy pomiarów dokonano w chodniku w rejonie œciany j83 w pok³adzie 407/1, poziom 850 m (umiejscowienie ch³odziarki 500 m od wlotu do chodnika i 200 m od œciany, temperatura w wyrobisku t s = 28,4 C, t m = 23,6 C). Schemat rejonu œciany j83 z rozmieszczeniem ch³odziarek powietrza TS350 i TS300 podano na rysunku 1 [5]. Pomiarami objêto takie parametry jak: temperatura powietrza wg termometru suchego na wlocie do wentylatora, t s1, temperatura powietrza wg termometru wilgotnego na wlocie do wentylatora, t m1, prêdkoœæ powietrza na wlocie do wentylatora, V, temperatura powietrza wg termometru suchego na wlocie do parownika, t s2, temperatura powietrza wg termometru suchego na wylocie z parownika, t s3, temperatura powietrza wg termometru wilgotnego na wylocie z parownika, t m3, temperatura wody na wlocie do skraplacza, t w1, 59

4 temperatura wody na wylocie ze skraplacza, t w2, objêtoœciowe natê enie przep³ywu wody w skraplaczu, Q w, bezwzglêdne ciœnienie powietrza na wlocie parownika, p. Rys. 1. Schemat rejonu œciany j83 z rozmieszczeniem ch³odziarek powietrza [5] W chodniku j83 zastosowane s¹ dwie ch³odnice powietrza. Pierwsza 200 m od wlotu do wyrobiska to TS350, w odleg³oœci 100 m od niej zabudowana jest druga ch³odnica typu TS300. Odleg³oœæ do œciany od TS300 to 100 metrów [5]. W dniu wykonywania pomiarów na wysokoœci zespo³u maszynowego TS350 odnotowano temperaturê powietrza t s = 28,4 C oraz t m = 23,6 C. Wzrost temperatury spowodowany jest prac¹ zespo³u maszynowego wraz z osprzêtem oraz transportem urobku. Œwie e powietrze doprowadzone by³o z pierwszej ch³odnicy lutni¹ elastyczn¹ o œrednicy 1000 mm oraz od drugiej ch³odnicy do œciany tak¹ sam¹ lutni¹. W rozpatrywanym uk³adzie system ch³odzenia skraplacza jest tzw. uk³adem otwartym, bez wyparnej ch³odnicy wody, a woda do zespo³u maszynowego dostarczana jest z systemu przeciwpo arowego zabudowanego w wyrobisku. 60

5 4.1. Model algebraiczny zmiany parametrów termodynamicznych ch³odzonego powietrza Wydajnoœci cieplne wymienników ch³odziarki parownika (N p ) i skraplacza (N s )wyliczano na podstawie zale noœci [7, 8]: moc parownika [kw]: N Q C ( t 2 t 3 ) C ( t 2 x 2 t 3 x 3 ) Q ( r C t 3 )( x 2 x 3 ) (1) p m p s s pw s s m p ww s gdzie: Q m strumieñ masowy powietrza suchego [kg/s], C p ciep³o w³aœciwe powietrza suchego przy sta³ym ciœnieniu [kj/(kg K)], C pw ciep³o w³aœciwe pary wodnej przy sta³ym ciœnieniu [kj/(kg K)], C ww ciep³o w³aœciwe wody [kj/(kgk)], r utajone ciep³o parowania wody [kj/kg], x 2 wilgotnoœæ w³aœciwa powietrza na wlocie do parownika [kg/kg], x 3 wilgotnoœæ w³aœciwa powietrza na wylocie z parownika [kg/kg] wilgotnoœæ w³aœciwa powietrza [kg/kg]: gdzie: p w p wn pw x 0, 622 (2) p p w ciœnienie cz¹stkowe pary wodnej [Pa]: p p 677, 10 4 ( t t ) p (3) w wn s m ciœnienie cz¹stkowe pary wodnej w stanie nasycenia [Pa]: p wn 75, t m t m 237, , 6 10 (4) t m temperatura wg termometru wilgotnego [ C] strumieñ masowy powietrza suchego [kg/h]: gdzie: gdzie: Q Q x m 1 1 ñ gêstoœæ powietrza na wlocie do wentylatora [kg/m 3 ] Q strumieñ objêtoœciowy powietrza na wlocie do wentylatora [m 3 /s]: Q V F F pole powierzchni przekroju poprzecznego kana³u wentylatora [m 2 ] (5) (6) 61

6 gêstoœæ powietrza na wlocie do wentylatora [kg/m 3 ]: 0, ( p 0, 3781 pw ) (7) Ts 1 gdzie: T s1 temperatura powietrza wg termometru suchego na wlocie do wentylatora [K] moc parownika zwi¹zana z wymian¹ ciep³a jawnego [kw]: N Q C ( t t ) C ( t x t x ) pj m p s2 s3 pw s2 2 s3 3 (8) moc parownika zwi¹zana z wymian¹ ciep³a utajonego [kw]: N Q ( r C t )( x x ) pu m p ww s3 2 3 (9) procentowy udzia³ mocy parownika zwi¹zany z wymian¹ ciep³a jawnego, W sk, [%]: N pj Wsk 100% (10) N p moc skraplacza [kw]: Ns Qw w Cww( tw2 tw1 ) (11) gdzie: ñ w gêstoœæ wody, [kg/m 3 ] wilgotnoœæ wzglêdna powietrza ö: pw 100 % (12) pwn ( ts ) gdzie: pwn ( ts ) ciœnienie cz¹stkowe pary wodnej w stanie nasycenia odniesione do temperatury wg termometru suchego [Pa]: p wn 75, t s t s 237, , 6 10 (13) Wyznaczone na podstawie pomiarów moce wymienników ciep³a oraz parametry powietrza na wlocie i wylocie z ch³odnicy zestawiono w tabeli 1 i 2. 62

7 TABELA 1 Parametry powietrza oraz ch³odnicy powietrza TS350 zabudowanej w wyrobisku górniczym KWK Soœnica-Makoszowy Ruch Makoszowy Lp. ts1 [oc] tm1[ C] Q [m 3 /min] ts2 [ C] ts3 [ C] tm3 [ C] p [hpa] Np [kw] Npj [kw] Npu [kw] Wsk [%] tw1 [ C] tw2 Qw [m 3 /h] Ns [kw] 1 28,4 24, ,6 20,2 18,6 1062,94 258,0 130,3 127,7 50,5 21,1 28,6 40,2 350,5 2 28,8 25, ,5 19,8 18,8 1062,94 278,6 133,3 145,3 47,9 21,1 28,6 41,5 361,8 3 28,8 25, ,7 18,8 17,8 1062,91 305,6 147,3 158,3 48,2 21,0 28,6 42,2 374,3 4 28,8 24, ,9 18,8 17,8 1062,93 282,5 149,1 133,4 52,8 21,2 28,6 41,5 358,4 5 28,2 24, ,7 19,4 18,0 1062,82 273,0 140,4 132,5 51,5 21,2 28,6 41,6 359,4 6 28,4 24, ,7 17,8 17,2 1062,77 281,7 158,5 123,2 56,3 21,2 28,6 41,6 359,4 7 28,6 24, ,6 17,6 17,0 1062,72 292,3 159,8 132,5 54,7 21,1 28,7 41,9 368,2 8 28,0 24, ,7 17,6 17,2 1062,70 292,5 160,9 131,5 55,0 21,1 28,7 41,9 368,2 9 27,8 23, ,8 18,0 17,4 1062,67 273,7 157,1 116,6 57,4 21,1 28,7 41,9 368, ,0 24, ,0 17,4 17,2 1062,60 287,7 166,3 121,4 57,8 21,1 28,7 41,9 369, ,2 24, ,8 17,4 17,2 1062,57 290,9 164,2 126,6 56,5 21,1 28,7 41,9 369,2 63

8 4.2. Analiza przeprowadzonych pomiarów Pomiary kopalniane wykonywane by³y w czasie jednej zmiany roboczej, przy wspó³udziale pracowników dzia³u maszynowego KWK Makoszowy oraz pracownika firmy Termospec. Uzyskane z pomiarów in situ parametry oraz obliczone moce wymienników ciep³a ch³odnicy TS350 zawiera tabela 1. Dodatkowo w pracy wyznaczono wilgotnoœæ powietrza ö 2 na wlocie do parownika, ró nicê temperatury wody Ät w i strumieñ masowy wody m w w skraplaczu, które zilustrowano odpowiednimi wykresami. Na podstawie uzyskanych pomiarów sporz¹dzono wykresy zale noœci mocy parownika od parametrów termodynamicznych przep³ywaj¹cego powietrza. Rys. 2. Zmiana mocy parownika i skraplacza ch³odziarki TS350 Jak widaæ na rysunku 2 moc parownika oscyluje w granicach ,6 kw i jest mniejsza od mocy nominalnej podanej przez producenta. Ró nice, nawet znaczne, wynikaj¹ z odmiennoœci wartoœci parametrów nominalnych dla tego urz¹dzenia, w przypadku których producent okreœli³ moc nominaln¹. Obliczone moce skraplacza zmieniaj¹ siê w przedziale od 350,5 do 374,3 kw. Œrednia moc rozpatrywanej ch³odnicy wynosi ok. 283 kw przy œredniej mocy skraplacza równej ok. 364,2 kw. Przebieg zmian i ró nica miêdzy moc¹ skraplacza i parownika œrednio mieœci siê w granicach kw. Ca³kowita moc ch³odnicza parownika jest sum¹ mocy jawnej (ch³odzenie powietrza) i utajonej (osuszanie powietrza). W atmosferze kopalnianej, w której wystêpuje wysoka temperatura i wilgotnoœæ wzglêdna powietrza, udzia³ mocy jawnej stanowi oko³o 50 do 60% mocy ca³kowitej, pozosta³a czêœæ spo ytkowana jest na osuszanie powietrza. Uzyskane wielkoœci porównywalne s¹ z wielkoœciami, które mo na znaleÿæ w dostêpnej literaturze z tego zakresu. Wysoka moc parownika pozwala na och³odzenie strumienia powietrza od temperatury 31 C parametr wy szy od temperatury wlotowej do wentylatora, wy- 64

9 wo³any prac¹ wentylatora lutniowego WLE 1003B, do temperatury rzêdu 17,4 C. Parownik och³adza powietrze w wyrobisku œrednio o C. Rysunki 3, 4 i 5 przedstawiaj¹ zale noœci mocy parownika ch³odziarki TS350 w funkcji, kolejno: rysunek 3 temperatury powietrza na wlocie do parownika (uwzglêdniaj¹cej przyrost temperatury wywo³any prac¹ wentylatora lutniowego), wilgotnoœci w³aœciwej tego powietrza, rysunek 4 temperatury powietrza na wlocie do parownika i mocy skraplacza, rysunek 5 strumienia masowego wody zasilaj¹cego skraplacz i ró nicy temperatury wody na wlocie i wylocie ze skraplacza (oznaczonej na rysunku jako t w ). Analizuj¹c wp³yw ww. zmiennych na pracê ch³odnicy, mo na stwierdziæ, i wzrost wilgotnoœci wzglêdnej i temperatury powietrza w wyrobisku, wzrost strumienia masowego wody zasilaj¹cej skraplacz, od którego uzale niony jest wzrost mocy tego wymiennika ciep³a i zwiêkszenie ró nicy temperatury wywo³uj¹ zwiêkszenie mocy parownika. Odpowiednio wysoki stopieñ odbioru ciep³a w skraplaczu umo liwia w³aœciwe sch³odzenie strumienia powietrza w parowniku. Wysoka moc zespo³u maszynowego zapewnia dobry odbiór ciep³a z parownika, co skutkuje nisk¹ temperatur¹ powietrza za ch³odnic¹. Ró nica mocy tych dwóch wymienników œwiadczy o du ym odbiorze ciep³a w parowniku i wysokim strumieniu ciep³a ze sprê ania. Ró nica temperatury wody na zasilaniu i odp³ywie ze skraplacza w przedziale 7 7,7 C przy wydatku masowym ok kg/s zapewnia dobry odbiór ciep³a z ch³odnicy. Zsumowane strumienie ciep³a odprowadza z uk³adu skraplacz ch³odnicy do wody z systemu przeciwpo arowego. Rys. 3. Zmiana mocy parownika ch³odziarki TS350 w funkcji wilgotnoœci wzglêdnej i temperatury powietrza na wlocie do parownika 65

10 Rys. 4. Zmiana mocy parownika ch³odziarki TS350 w funkcji temperatury powietrza na wlocie do parownika i mocy skraplacza Rys. 5. Zmiana mocy parownika ch³odziarki TS350 w funkcji ró nicy temperatury i wydatku masowego wody ch³odz¹cej skraplacz 66

11 W odleg³oœci 100 m od ch³odziarki TS350 zgodnie z wybiegiem wyrobiska zabudowana jest ch³odziarka TS300. W danej rzêdnej kolejnej ch³odziarki temperatura sucha w wyrobiska oscyluje na poziomie 22 C. W przypadku ch³odnicy TS300 pomiary wykonano podobnie jak dla poprzedniej ch³odnicy. Z uwagi na za³amanie lutni elastycznej mieszcz¹cej siê za parownikiem, transportuj¹cej strumieñ powietrza do œciany j83, pomiarów temperatury suchej i wilgotnej za parownikiem dokonano w dwóch punktach pomiarowych, tj. 1 m za parownikiem i ok. 3 m za parownikiem. W pierwszym punkcie pomiarowym uzyskano temperatury powietrza (wg termometru suchego) rzêdu 6,6 do 10 C, natomiast w drugim punkcie, gdzie struga sch³odzonego powietrza by³a ustabilizowana i wymieszana uzyskano temperaturê wy sz¹ o ok. 1,5 do 2 C. Tabela 2 zawiera analizê parametrów powietrza z punktu drugiego, gdy w punkcie pierwszym wystêpowa³a du a strefowoœæ i zmiennoœæ temperatury. Ch³odnica ch³odzi strumieñ objêtoœciowy powietrza o temperaturze ok. 26 C (temperatura na wlocie do parownika mierzona za wentylatorem), natomiast temperatura w wyrobisku oscyluje w granicach C. Uzyskana z pomiarów i obliczeñ moc ch³odziarki TS300 jest wysoka i mieœci siê w przedziale kw (rys. 6). Rys. 6. Zmiana mocy parownika chodnicy TS300 Jest to wynik bardzo dobry zwa ywszy na moc nominaln¹ ch³odnicy. Taka praca urz¹dzenia ch³odniczego pozwala na sch³odzenie strumienia powietrza do 9 12 C. Na podstawie uzyskanych pomiarów, analogicznie jak dla ch³odziarki TS350, sporz¹dzono wykresy zale noœci mocy parownika od parametrów termodynamicznych przep³ywaj¹cego powietrza i wody. Rysunki od 7 do 9 przedstawiaj¹ zmiennoœæ mocy parownika w funkcji temperatury powietrza, wydatku masowego wody ch³odz¹cej skraplacz wody i mocy skraplacza. Analizuj¹c poni sze rysunki, zauwa a siê zasadniczy wp³yw tych parametrów na moc parownika. Ró nica temperatury wody (Ät w ) na zasilaniu i odp³ywie ze skraplacza w przedziale 6 7 C przy wydatku masowym wody (mw) ok. 11,5 kg/s zapewnia dobry odbiór ciep³a z ch³odnicy. 67

12 TABELA 2 Parametry powietrza oraz ch³odnicy powietrza TS300 zabudowanej w wyrobisku górniczym KWK Soœnica-Makoszowy Ruch Makoszowy Lp. ts1 [ C] tm1 [ C] Q [m 3 /min] ts2 [ C] ts3 [ C] tm3 [ C] p [hpa] Np [kw] Npj [kw] Npu [kw] Wsk [%] tw1 [ C] tw2 [ C] Qw [m 3 /h] Ns [kw] 1 22,2 19,8 415,0 26,3 11,8 11,0 1062,89 238,4 127,2 111,2 53,4 22,1 28,5 42,1 313,5 2 22,2 20,0 415,0 26,1 11,0 10,6 1062,89 248,7 132,4 116,3 53,2 22,3 28,6 41,6 305,1 3 22,0 19,6 415,0 26,2 10,6 10,2 1062,82 250,9 137,8 113,2 54,9 22,3 28,8 41,6 314,8 4 22,0 20,2 415,0 26,0 10,4 10,2 1062,81 264,1 136,9 127,2 51,8 22,3 28,9 41,6 319,7 5 22,0 19,8 415,0 26,2 11,0 10,8 1062,84 243,6 133,2 110,3 54,7 22,3 28,8 41,6 314,8 6 22,0 19,6 415,0 26,0 10,8 10,4 1062,79 245,3 134,3 111,0 54,7 22,3 28,7 41,6 307,6 7 22,0 19,6 415,0 25,8 11,0 11,0 1062,79 231,7 130,7 101,0 56,4 22,3 28,6 42,0 305,6 8 21,8 19,6 415,0 25,8 10,0 9,8 1062,69 257,3 139,5 117,7 54,2 22,4 28,8 42,1 313,5 9 21,6 19,4 415,0 25,9 9,8 9,6 1062,60 257,7 142,1 115,6 55,1 22,4 28,8 42,1 313, ,6 19,2 415,0 25,7 10,2 10,0 1062,53 244,3 136,9 107,4 56,0 22,4 28,8 41,9 312, ,6 19,4 415,0 25,6 11,2 11,0 1062,52 227,8 127,2 100,6 55,8 22,4 28,6 41,9 302, ,6 19,4 415,0 25,8 11,2 10,8 1062,56 233,5 128,9 104,6 55,2 22,4 28,6 41,9 302, ,8 19,4 415,0 25,9 11,4 11,0 1062,77 228,3 128,0 100,3 56,1 22,4 28,6 41,9 302, ,6 19,4 415,0 25,9 10,8 10,6 1062,79 238,3 133,3 105,0 55,9 22,4 28,6 41,9 302, ,8 19,4 415,0 25,6 9,8 9,0 1062,68 264,2 139,5 124,8 52,8 22,3 28,8 41,9 317, ,4 19,2 415,0 25,6 9,6 9,2 1062,59 260,5 141,2 119,3 54,2 22,2 28,7 41,9 317, ,2 19,0 415,0 25,5 9,8 9,0 1062,65 259,4 138,7 120,7 53,5 22,1 28,7 41,9 321, ,0 19,0 415,0 25,6 9,2 9,2 1062,79 258,7 144,8 113,9 56,0 22,1 28,7 41,9 321, ,4 19,2 415,0 25,5 9,6 9,6 1062,62 252,0 140,2 111,8 55,6 22,4 28,8 41,9 312, ,0 19,0 415,0 25,4 9,0 8,8 1062,51 264,3 144,8 119,6 54,8 22,2 28,8 41,9 321,9 68

13 Rys. 7. Zmiana mocy parownika ch³odziarki TS300 w funkcji wilgotnoœci wzglêdnej i temperatury powietrza na wlocie do parownika Rys. 8. Zmiana mocy parownika ch³odziarki TS300 w funkcji temperatury powietrza na wlocie do parownika i mocy skraplacza 69

14 Rys. 9. Zmiana mocy parownika ch³odziarki TS300 w funkcji ró nicy temperatury i wydatku masowego wody ch³odz¹cej skraplacz Wysoka moc parownika pozwala na och³odzenie strumienia powietrza od temperatury C parametr wy szy od temperatury wlotowej do wentylatora, wywo³any prac¹ wentylatora lutniowego WLE 1003B do temperatury rzêdu 9 12 C. Œrednia moc rozpatrywanej ch³odnicy wynosi ok. 248,5 kw przy œredniej mocy skraplacza równej ok. 312 kw. Wysoka moc zespo³u maszynowego zapewnia dobry odbiór ciep³a z parownika, co skutkuje nisk¹ temperatur¹ powietrza za ch³odnic¹. Jak wynika z rysunku 6 przebieg zmian i ró nica miêdzy moc¹ skraplacza i parownika mieœci siê w granicach kw. Strumieñ ciep³a, który odbiera parownik od powietrza, oscyluje w granicach kw, obliczone moce skraplacza zmieniaj¹ siê w przedziale od 302 do 322 kw. Udzia³ mocy jawnej parownika stanowi od 53 do 56,5% mocy ca³kowitej, co daje od 127 do 149 kw mocy jawnej i odpowiednio od 100 do 127 kw mocy utajonej zwi¹zanej z osuszaniem powietrza. Wysoka moc skraplacza, a tym samym wysoka moc parownika, wywo³ana jest du ym strumieniem wody ch³odz¹cej skraplacz przekraczaj¹cej wartoœci zalecane przez producenta. Analiza obu ch³odziarek pokazuje, e pracuj¹ one na parametrach bardzo wysokich, d¹ ¹cych do nominalnych podanych przez producenta. Wysok¹ sprawnoœæ urz¹dzeñ zawdziêcza siê s³u bom kopalnianym odpowiedzialnym za stan techniczny ch³odziarek, odpowiedni¹ dba³oœæ o okresowe przegl¹dy techniczne, tj. wymianê filtrów, uzupe³nianie czynnika roboczego R407C, w³aœciwe wypoziomowanie urz¹dzenia podczas jego pracy, oraz dostarczenie odpowiednio du ego strumienia wody ch³odz¹cej skraplacz. Wszystkie przytoczone czynniki wp³ywaj¹ na w³aœciw¹ i zgodn¹ z przeznaczeniem pracê lokalnych urz¹dzeñ ch³odniczych, a doprowadzenie powietrza o odpowiedniej tem- 70

15 peraturze w rejon eksploatacji pozwala na zbilansowanie wysokich zysków ciep³a pochodz¹cych od napêdów przenoœników œcianowych, podœcianowych, pracuj¹cych taœmoci¹gów i napêdów oraz innych Ÿróde³ ciep³a. 5. Podsumowanie i wnioski koñcowe Na poziom zagro enia klimatycznego w kopalni wp³ywa wiele czynników, takich jak: iloœci powietrza doprowadzanego do wyrobiska, sposób rozprowadzenia powietrza, intensywnoœæ przewietrzania, moc zainstalowana urz¹dzeñ energomechanicznych i ich lokalizacja, sposób transportu urobku, zawodnienie wyrobisk oraz wilgotnoœæ powietrza. Do poprawy trudnych warunków klimatycznych, oprócz intensywnej wentylacji, stosowane s¹ urz¹dzenia ch³odnicze o dzia³aniu lokalnym, systemy grupowe i centralne. Na koniec 2008 roku ca³kowita zainstalowana moc ch³odnicza w polskich kopalniach wêgla i rud miedzi wynosi³a 93,2 MW [3]. Iloœæ ch³odnic powietrza bezpoœredniego dzia³ania wynosi³a 195 sztuk [4]. Zwracaj¹c uwagê na stosunek mocy zainstalowanej w lokalnych systemach ch³odzenia w porównaniu z systemami klimatyzacji grupowej i centralnej, ³atwo zauwa yæ dominacjê pierwszego rozwi¹zania, które stanowi istotê pracy. W artykule przedstawiono wyniki pomiarów parametrów powietrza i mocy wymienników ciep³a wchodz¹cych w sk³ad bezpoœrednich ch³odnic powietrza typoszeregu TS. Pomiary wykonano w wyrobiskach górniczych KWK Soœnica-Makoszowy Ruch Makoszowy w rejonie œciany j83 w pok³adzie 407/1 na poziomie 840 m. Podstawowym kryterium efektywnoœci ch³odziarek powietrza jest zakres uzyskiwanych wartoœci parametrów sch³odzonego powietrza, które wynikaj¹ z mocy cieplnej parownika. W wyniku procesu parowania i skraplania czynnika ch³odniczego dochodzi do transportu strumienia ciep³a miêdzy wymiennikami [6, 7]. Na skutecznoœæ odbioru ciep³a w skraplaczu decyduj¹cy wp³yw maj¹ parametry wody kr¹ ¹cej w obiegu otwartym b¹dÿ zamkniêtym, np. z wyparnymi ch³odnicami wody. Ka da ch³odnica cechuje siê œciœle okreœlon¹ moc¹ nominaln¹, okreœlan¹ przez producenta urz¹dzenia. Praktyczne zastosowanie ch³odnicy i porównanie rzeczywistej mocy parownika z parametrem nominalnym pozwala, przez bilans cieplny urz¹dzenia, na wskazanie ró nic wynikaj¹cych z innych, ni zak³adano, parametrów ch³odzonego powietrza, czynnika ch³odniczego i wody ch³odz¹cej skraplacz. Podkreœlono znaczenie parametrów powietrza i wody, które w znacz¹cy sposób decydowa³y o uzyskanych mocach ch³odniczych. Wysokie moce parowników ch³odziarek TS300 rzêdu kw i TS350 w przedziale ,6 kw pozwalaj¹ na w³aœciwe ch³odzenie powietrza w wyrobisku, a odpowiednio wysokie moce skraplaczy pozwalaj¹ na odbiór ciep³a z ch³odnicy. Jak zauwa ono, udzia³ mocy utajonej (rzêdu 40%) w ca³kowitej mocy ch³odniczej parownika jest bardzo wysoki z uwagi na du ¹ wilgotnoœæ powietrza kopalnianego. W sytuacji gdyby wilgotnoœæ ch³odzonego powietrza by³a ni sza ni w rzeczywistoœci, to moc urz¹dzenia ch³odniczego mog³aby byæ mniejsza i skutecznoœæ ch³odzenia osi¹gnê³oby siê wiêksz¹. Przy ocenie skutecznoœci lokalnych urz¹dzeñ ch³odniczych w kopalniach nale y zwróciæ uwagê na mo - liwoœci odbioru ciep³a z ch³odnicy powietrza (odpowiednio wysoka ró nica temperatury wody w skraplaczu oraz jej iloœæ), co gwarantuje jej poprawne dzia³anie. Wysok¹ 71

16 sprawnoœæ urz¹dzeñ zawdziêcza siê równie s³u bom kopalnianym odpowiedzialnym za stan techniczny ch³odziarek. Uzyskane z pomiarów in situ parametry ch³odzenia uk³adu TS350 i TS300 pozwalaj¹ na dobr¹ ocenê pracy lokalnego systemu ch³odzenia zapewniaj¹cego odpowiednie warunki do pracy za³ogi w systemie 7,5-godzinnym. LITERATURA [1] Dokumentacja techniczno-ruchowa ch³odnicy TS300/1 [2] Dokumentacja techniczno-ruchowa ch³odnicy TS350/P [3] uska P., Nawrat S.: Klimatyzacja kopalñ podziemnych, systemy ch³odnicze, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków, 2008 [4] uska P., Nawrat S., Szlêzak N.: Klimatyzacja kopalñ w Polsce. 5 Szko³a Aerologii Górniczej, Wroc³aw, 2009 [5] Materia³y udostêpnione przez KWK Soœnica-Makoszowy Ruch Makoszowy [6] Madeja-Strumiñska B., Strumiñski A., uska P.: Zwiêkszenie bezpieczeñstwa oraz efektywnoœci klimatyzacji wyrobisk górniczych stosuj¹cych podziemne urz¹dzenia ch³odnicze diagnozowane termowizyjnie, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wroc³awskiej, Wroc³aw, 2006 [7] Nowak B., Filek K.: Ch³odzenie powietrza górnicz¹ ch³odnic¹ przeponow¹ o dzia³aniu bezpoœrednim. Biblioteka Szko³y Eksploatacji Podziemnej, Kraków, 2002 [8] Nowak B., Filek K.: Lokalne sposoby zwalczania zagro enia cieplnego w wyrobiskach œcianowych, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków, 2007 [9] Raporty roczne o stanie podstawowych zagro eñ naturalnych i technicznych w górnictwie wêgla kamiennego, GIG, Katowice, 2008