WYKORZYSTANIE INSTALACJI CHŁODNICZEJ Z ODZYSKIEM CIEPŁA DO POPRAWY WARUNKÓW KLIMATYCZNYCH W WYROBISKACH GÓRNICZYCH KWK WUJEK

Transkrypt

1 GÓRNICTWO I GEOLOGIA 2013 Tom 8 Zeszy 3 Bernard NOWAK, Zbigniew KUCZERA, Rafał ŁUCZAK, Bogusław PTASZYŃSKI, Pior ŻYCZKOWSKI Akademia Górniczo-Hunicza, Kraków WYKORZYSTANIE INSTALACJI CHŁODNICZEJ Z ODZYSKIEM CIEPŁA DO POPRAWY WARUNKÓW KLIMATYCZNYCH W WYROBISKACH GÓRNICZYCH KWK WUJEK Sreszczenie. W arykule omówiono wdrożony w KWK Wujek sysem grupowego chłodzenia powierza z odzyskiem ciepła. Zwrócono uwagę na aspeky echniczne ej insalacji. Przedsawiono wyniki przeprowadzonych badań weryfikujących poprawność działania przedmioowego sysemu po jego wdrożeniu. Opierając się na nich, oceniono skueczność chłodzenia powierza w rejonach prowadzonych prac górniczych. Określono efekywność wymiany ciepła między poszczególnymi urządzeniami worzącymi insalację. Na ej podsawie powierdzono poprawność działania insalacji dołowej i powierzchniowej oraz możliwość wykorzysania wynoszonego na powierzchnię ciepła odpadowego. UTILIZATION OF COOLING SYSTEM WITH HEAT RECOVERY TO IMPROVEMENT OF CLIMATIC CONDITIONS IN MINE EXCAVATIONS OF THE COAL MINE WUJEK Summary. In he aricle an implemened group-sysem cooling uni wih hea recovery in he Coal Mine Wujek was discussed. Auhors paid an aenion o echnical aspecs of his insallaion. Research resuls, which verified he correcness of sysem acion afer is implemenaion were presened. Based on hese resuls, a cooling efficiency of air in conduced mine works regions was evaluaed. Effeciveness of hea recovery beween individual devices creaed an insallaion was deermined. Based on i, he correcness of underground and surface sysem acion was confirmed and possibiliy of a wase hea uilizaion was presened. 1. Wsęp Insalacja odzysku ciepła z układu klimayzacji grupowej KWK Wujek Ruch Śląsk jes pierwszą w Polsce insalacją służącą do wykorzysania ciepła odpadowego wywarzanego przez dołowy układ klimayzacji. Sysem grupowego chłodzenia wyrobisk górniczych składa

2 70 B. Nowak, Z. Kuczera, R. Łuczak, B. Paszyński, P. Życzkowski się z części podziemnej, obejmującej wysokociśnieniowe wymienniki ciepła, agregay chłodnicze i wodne chłodnice powierza. Do części powierzchniowej należą wyparne chłodnie wenylaorowe, agregay wody lodowej z pompami ciepła, zbiorniki buforowe oraz wymiennik ciepła w łaźni górniczej służący do odzysku ciepła. Sacja powierzchniowa jes zlokalizowana przy szybie III KWK Wujek Ruch Śląsk i pełni funkcję niezbędnego chłodzenia wody oraz odzysku części ciepła powsającego w procesie klimayzacji wyrobisk podziemnych. Sysem grupowego chłodzenia jes zabudowany na poziomie 1050 m i charakeryzuje się chłodniczą mocą znamionową 3,6 MW. Schłodzona w agregaach chłodniczych woda lodowa jes łoczona w rejony eksploaacji, w kórych są zainsalowane chłodnice powierza. Woda a jes w nich wykorzysywana do chłodzenia powierza na sanowiskach pracy. W chłodnicach rejonowych woda odbiera ciepło ze srumienia chłodzonego powierza i powraca do agregaów chłodniczych, gdzie ulega ponownemu schłodzeniu. Ciepło od srumienia wody powronej z rejonów eksploaacji jes odbierane przez czynnik chłodniczy i powiększone o srumień ciepła jego sprężania w agregaach chłodniczych i jes ransporowane za pomocą wody chłodzącej skraplacze do wysokociśnieniowych wymienników ciepła. Wysokociśnieniowe wymienniki płaszczowopłyowe umożliwiają wymianę ciepła między obiegami wody powierzchniowej i chłodzącej, przekazując w en sposób ciepło odpadowe z grupowej insalacji chłodniczej na powierzchnię. Wyniesione na powierzchnię ciepło w pierwszym eapie po wdrożeniu sysemu częściowo jes wykorzysywane do podgrzewania ciepłej wody użykowej w łaźni górniczej, a w nasępnym eapie będzie również służyć do ogrzewania pomieszczeń kopalni. Niewykorzysany srumień wyniesionego ciepła jes odprowadzany do amosfery za pomocą wyparnych chłodni wenylaorowych lub/i powierzchniowych agregaów wody lodowej. Niezależnie od sosowanego sysemu odbioru ciepła z dołowych agregaów chłodniczych (sysem lokalnej, grupowej i cenralnej klimayzacji) podsawowym zadaniem układu podziemnej klimayzacji jes zapewnienie na wybranych sanowiskach pracy załogi dołowej emperaury powierza umożliwiającej jej pracę w pełnym lub skróconym wymiarze czasu pracy.

3 Wykorzysanie insalacji chłodniczej z odzyskiem ciepła Insalacja grupowego chłodzenia powierza z odzyskiem ciepła Grupowe sysemy chłodzenia powierza kopalnianego są coraz częściej sosowane w górnicwie polskim i zasępują lokalne sprężarkowe chłodziarki powierza małej mocy. Scenralizowany układ wywarzania wody lodowej (klimayzacja grupowa i cenralna) pozwala na lepsze wykorzysanie i rozdysponowanie mocy chłodniczej pracujących agregaów chłodniczych. Schłodzona w nim do niskiej emperaury woda jes łoczona preizolowanymi rurociągami do rejonów eksploaacyjnych, gdzie służy do chłodzenia srumienia powierza przepływającego przez zabudowane w wyrobiskach chłodnice wodne. Podgrzana w chłodnicach wodnych woda wraca sysemem rurociągów nieizolowanych do agregaów chłodniczych, gdzie zosaje schłodzona i cykl się powarza. W doychczas sosowanych w Polsce układach klimayzacji grupowej odebrane w agregaach ciepło jes zrzucane za pośrednicwem wyparnych chłodnic wody do prądu powierza zużyego i szybem wenylacyjnym jes odprowadzane na powierzchnię. W sysemie wdrożonym w kopalni Wujek odebrane ciepło z agregaów chłodniczych nie jes zrzucane do prądu zużyego powierza, ale za pośrednicwem wysokociśnieniowych wymienników i srumienia wody jes ransporowane na powierzchnię. Tam jes w części wykorzysywane do celów grzewczych. W wyniku odzysku ciepła oraz dodakowego chłodzenia wody w sysemie powierzchniowym odpowiednio uzdaniony srumień wody wraca do układu dołowego, gdzie ponownie odbiera ciepło. Powierzchniowy układ odzysku ciepła pozwala wykorzysać srumień ciepła ransporowany przez obiegi pośrednie od wody lodowej zamias go emiować do amosfery. Przez akie rozwiązanie kopalnia pozyskuje część odpadowego ciepła, uzyskując pozyywne efeky ekologiczne i ekonomiczne. Sysem klimayzacji grupowej KWK Wujek Ruch Śląsk składa się z dwóch układów uzdaniania wody wykorzysywanej do chłodzenia powierza w wyrobiskach górniczych za pomocą wodnych chłodnic powierza ypu GCP (Górnicza Chłodnica Powierza). Układ powierzchniowy chłodzenia i odzysku ciepła jes określany jako układ pierwony, naomias układ podziemny o układ wórny. Praca urządzeń klimayzacji grupowej zabudowanych w kopalni na poziomie 1050 m wymaga ciągłego dosarczania do nich wody zimnej z obiegu pierwonego, w wyniku czego są one źródłem ciepła odpadowego (Nowak B. i in., 2013). Zadaniem sacji powierzchniowej jes ciągłe dosarczanie wody o emperaurze około 20 C, służącej do chłodzenia urządzeń pracujących w układzie wórnym, oraz wykorzysanie za pomocą układu wymienników możliwie największego srumienia ciepła w budynkach

4 72 B. Nowak, Z. Kuczera, R. Łuczak, B. Paszyński, P. Życzkowski łaźni górniczej. Na rys. 1 przedsawiono schema urządzeń wchodzących w skład grupowego chłodzenia powierza w KWK Wujek (Compensus, 2012; Termser Sp. z o.o., 2012). Rys. 1. Schema klimayzacji grupowej z odzyskiem ciepła, gdzie: AG1 AG3 agregay wody lodowej, P1 P6 zespoły pomp, OS1 OS3 pompy wody chłodzącej skraplacze, OW1 OW3 pompy wody lodowej, W1 W4 wysokociśnieniowe wymienniki ciepła płaszczowo-płyowe, WP1 WP3 wymienniki ciepła, ZBWCH zbiornik wody chłodzącej skraplacze, ZBWL zbiornik wody lodowej, ZWC zbiornik wody ciepłej w łaźni górniczej, WP wymiennik ciepła w łaźni górniczej, C.W.U. ciepła woda użykowa, Z.W.U. zimna woda użykowa (Compensus, 2012; Termser Sp. z o.o., 2012) Fig. 1. Scheme of group-sysem cooling uni wih hea recovery, where AG1 AG3 chilled waer unis, P1 P6 se of pumps, OS1 OS3 waer pumps cooling he condensers, OW1 OW3 chilled waer pumps, W1 W4 high-pressure shell and plae hea exchangers, WP1 WP3 hea exchangers, ZBWCH cooling waer ank of condenser, ZBWL chilled waer ank, ZWC ho waer ank in he mining bah, WP hea exchanger in he mining bah, C.W.U. municipal ho waer, Z.W.U. municipal cold waer, (Compensus, 2012; Termser Sp. z o.o., 2012)

5 Wykorzysanie insalacji chłodniczej z odzyskiem ciepła Insalacja obiegu wórnego Insalacja dołowa, przedsawiona schemaycznie na rys. 1, składa się z dwóch agregaów chłodniczych GMC 2000 o mocy cieplnej równej 1,8 MW każdy, układu czerech wymienników ciepła W1-W4 (SPW 55) o mocy jednoskowej 1,25 MW każdy oraz chłodnic powierza rozmieszczonych w rejonach prowadzonej działalności górniczej, zasilanych srumieniem wody lodowej z agregaów chłodniczych. Głównym elemenem wyposażenia podziemnego sysemu grupowego chłodzenia powierza w KWK Wujek jes układ dwóch agregaów ziębniczych GMC 2000 o sumarycznej mocy chłodniczej kw. Agregay wody lodowej GMC 2000 są zlokalizowane w komorze agregaów w przekopie zachodnim na poziomie 1050 m. Górnicze Maszyny Chłodnicze GMC 2000 są o urządzenia zbudowane z zespołu sprężarkowego, skraplacza płaszczowo-rurowego, parownika dwusopniowego płaszczowo-rurowego, auomayki chłodniczej i sysemu serowania. Są o chłodziarki o działaniu pośrednim, kórych celem jes chłodzenie wody wykorzysywanej w rejonowych wodnych chłodnicach powierza. W układzie wórnym chłodzenia podziemnego można wyróżnić zamknięe obiegi: - wody chłodzącej skraplacze, krążącej między nimi a wysokociśnieniowymi wymiennikami SPW 55, - czynnika chłodniczego w dwóch agregaach GMC 2000, - wody lodowej, krążącej między lokalnymi chłodnicami powierza a parownikami agregaów GMC W układzie połączonych ze sobą dwóch agregaów GMC 2000 schładzana jes woda, kóra w chłodnicach wodnych odbiera ciepło z powierza w celu zapewnienia odpowiednich warunków klimaycznych w rejonach wydobywczych. Podgrzana w wodnych chłodnicach powierza woda jes ransporowana z powroem do agregaów wody lodowej, gdzie w dwusopniowym parowniku jes schładzana od emperaury ok. 20 C do emperaury 3 5 C. W obiegu parowników agregaów chłodniczych naężenie przepływu wody lodowej może wynosić do 200 m 3 /h. Sosowany w urządzeniach GMC czynnik R404A odparowuje w parowniku przy emperaurze około 0,0 C, a ciepło niezbędne do procesu odparowania czynnika jes pobierane od schładzanej wody. Układ serowania auomaycznie reguluje wydajność agregau w zależności od emperaury wody na wylocie z parownika. W skraplaczu przepływająca w rurkach woda odbiera ciepło od skraplającego się czynnika chłodniczego. Ciekły czynnik poprzez zespół filrująco-odwadniający jes doprowadzany do

6 74 B. Nowak, Z. Kuczera, R. Łuczak, B. Paszyński, P. Życzkowski ermosaycznych zaworów rozprężnych, gdzie zosaje rozprężony i zasila ponownie parownik. Dla znamionowych paramerów agregaów GMC 2000 emperaura skraplania czynnika chłodniczego wynosi ok. 42 C przy ciśnieniu ok. 20 barów (WUCH PZL-DĘBICA, 2011). W agregacie GMC 2000 są sosowane jednosopniowa sprężarka śrubowa SR255G oraz parownik PG 1800, kóry jes poziomym, dwusopniowym wymiennikiem płaszczoworurowym. Składa się z dwóch zbiorników: parownika wsępnego i głównego, z kórych każdy ma konsrukcję salową. Skraplacz płaszczowo-rurowy składa się ze salowego płaszcza, den siowych oraz pakieu rur miedzianych (WUCH PZL-DĘBICA, 2011). Skraplacz służy do odbioru ciepła od czynnika chłodniczego i przekazania go wodzie krążącej w obiegu między wysokociśnieniowymi wymiennikami ciepła a skraplaczami agregaów. Sosowany w agregaach czynnik chłodniczy R404A należy do grupy syneycznych mieszanin blisko azeoropowych, składających się z rzech czynników z grupy wodorofluorowęglowodorów, j. R143a (52% wag.), R125 (44% wag.) i R134a (4% wag.) (Grzebielec A. i in., 2011) Insalacja obiegu pierwonego Układ urządzeń znajdujących się na powierzchni w obiegu pierwonym ma schładzać krążącą w zamknięym obiegu wodę do emperaury ok. 20 C i odzyskiwać możliwie największy srumień ciepła w pracującym w łaźni górniczej wymienniku. Schładzana do wspomnianej emperaury woda za pośrednicwem rurociągu zabudowanego w szybie III jes sprowadzana do wysokociśnieniowych wymienników ciepła na poziomie 1050 m. Maksymalna różnica ciśnień wody w obiegach wymienników SPW 55 wynosi 150 barów, a maksymalne ciśnienie wody chłodzącej skraplacze agregaów GMC 2000, przepływającej przez wymiennik SPW, wynosi 25 barów przy maksymalnym wydaku wody równym 300 m 3 /h. Dla różnych warianów pracy układu, uzależnionych od srumienia ciepła odbieranego od wody lodowej, powyższe warunki są spełnione (maeriały udosępnione przez KWK Wujek Ruch Śląsk ). Układ powierzchniowy zlokalizowany przy szybie III zapewnia chłodzenie wody do emperaury około 20 C przy możliwie maksymalnym odzysku ciepła, j. wykorzysaniu ciepła do podgrzania wody użykowej lub zasilania cenralnego ogrzewania w łaźni górniczej zlokalizowanej w rejonie szybów I i II (Compensus sp. z o.o., 2012).

7 Wykorzysanie insalacji chłodniczej z odzyskiem ciepła Warunkiem poprawności działania układu dołowego schładzania powierza jes ciągły odbiór wynoszonego na powierzchnię ciepła odpadowego. Chłodzenie wody w układzie pierwonym jes możliwe na kilka sposobów w zależności od efekywności chłodzenia zależnej od warunków amosferycznych i od zaporzebowania na ciepło w budynkach łaźni górniczej. Srumień wody może być chłodzony przez odzysk ciepła lub w wyparnych chłodniach wenylaorowych, lub w agregaach wody lodowej współpracujących z pompami ciepła. Sysem pierwony w możliwie największym sopniu wykorzysuje srumień ciepła do podgrzewania wody użykowej w łaźni górniczej oraz w miarę porzeb dochładza wodę łoczoną na poziom 1050 m. Insalacja powierzchniowa chłodzenia i odzysku ciepła zlokalizowana przy szybie III KWK Wujek, według rys. 1, składa się z dwóch zbiorników buforowych wody Z1, Z2, dwóch wenylaorowych wyparnych chłodni wody E1 i E2, rzech wymienników ciepła WP1, WP2, WP3 współpracujących z agregaami wody lodowej AG1, AG2, AG3 oraz wymiennika odzysku ciepła WP zabudowanego w budynku łaźni górniczej (Termser Sp. z o.o., 2012). Srumień wody z komory agregaów z poziomu 1050 m jes łoczony rurociągiem zabudowanym w szybie III na powierzchnię i przepływa przez zbiornik buforowy Z1, a z niego w zależności od realizowanych meod uzdaniania jes pompowany do (Termser Sp. z o.o., 2012): - wymienników Sondex (pomp ciepła WP1-WP3) połączonych z agregaami wody lodowej AG1-AG3, gdzie woda jes podgrzewana i łoczona rurociągiem zabudowanym w ziemi do wymiennika Sondex (WP) w łaźni górniczej zlokalizowanej przy szybie I i II, gdzie oddaje ciepło do wody krążącej w obiegu po zimniejszej sornie wymiennika ciepła od srony łaźni górniczej. Nasępnie schłodzona woda wraca z powroem w rejon szybu III, gdzie przepływając przez wieże wyparne i agregay wody lodowej, może zosać dodakowo schłodzona do żądanej emperaury, po czym przez zbiornik buforowy Z2 woda jes łoczona szybem III na poziom 1050 m do komory agregaów zlokalizowanej w przekopie zachodnim; - wyparnych wież chłodniczych, skąd, jeśli jes o wymagane, woda, przepływając przez agregay ziębnicze AG1-AG3, dodakowo jes chłodzona, a nasępnie, jeśli paramery wody odpowiadają warościom zalecanym, rafia do zbiornika buforowego Z2, a poem do komory agregaów na poziomie 1050 m. Konsrukcja układu powierzchniowego chłodzenia i odzysku ciepła pozwala również na pracę indywidualną wyparnych wież chłodniczych oraz agregaów chłodniczych w zależności od warunków zewnęrznych i zdolności odbioru ciepła w łaźni górniczej.

8 76 B. Nowak, Z. Kuczera, R. Łuczak, B. Paszyński, P. Życzkowski Powierzchniowe agregay wody lodowej schładzają wodę w układzie pośrednim. W układzie hydraulicznym każdego agregau znajdują się pompa cyrkulacyjna oraz wymiennik płyowy WP1-WP3. Jako czynnik pośredniczący w wymianie ciepła zosał wykorzysany wodny rozwór glikolu eylenowego zabezpieczający en zespół w okresie zimowym przed zamarznięciem. Woda łoczona za pomocą pompy, przepływając przez poszczególne wymienniki płyowe do zbiornika Z2, jes schładzana do żądanej emperaury. Liczba pracujących agregaów wody lodowej jes uzależniona od akualnego zaporzebowania na chłód. Każdy z agregaów wody lodowej ma fabrycznie zabudowany wymiennik odzysku ciepła, dzięki czemu woda, przepływając do łaźni w kierunku wymiennika WP, jes dodakowo podgrzewana w rakcie pracy sprężarek agregau (Nowak B. i in., 2013). 3. Chłodzenie powierza kopalnianego W rejonach prowadzonych prac górniczych KWK Wujek są wykorzysywane wodne chłodnice, w kórych schładzana w agregaach GMC 2000 woda za pośrednicwem preizolowanych rurociągów odbiera ciepło powierzu. W obecnym sanie w kopalni Wujek do chłodzenia powierza jes wykorzysywanych 12 górniczych chłodnic powierza ypu GCP o jednoskowych mocach nominalnych 100, 200 i 300 kw, współpracujących odpowiednio z wenylaorami WLE 604, 804 i Sumaryczna moc cieplna chłodnic powierza o ok. 2,3 MW. Akualnie jes przygoowywana do eksploaacji ściana nr 7, a do chłodzenia powierza w ym rejonie będą wykorzysane dwie chłodnice GCP 300 (maeriały udosępnione przez KWK Wujek Ruch Śląsk ). Górnicze chłodnice powierza ypu GCP są przeznaczone do schładzania powierza w wyrobiskach kopalnianych w układzie zamknięego obiegu wody lodowej. Przysosowane są do współpracy z agregaami chłodniczymi ypu GMC firmy Euroech Sp. z o.o. lub z agregaami innych producenów o podobnych paramerach echnicznych. Sosowane mogą być akże w układach klimayzacji grupowej lub klimayzacji cenralnej. Wspomniane chłodnice mogą być eksploaowane jako urządzenie sacjonarne lub przesuwane wraz z posępem wyrobiska w pomieszczeniach zaliczonych do sopnia a, b lub c zagrożenia wybuchem meanu oraz pomieszczeniach klasy A lub B zagrożenia wybuchem pyłu węglowego (Compensus sp. z o.o., 2012; maeriały udosępnione przez KWK Wujek Ruch Śląsk ).

9 Wykorzysanie insalacji chłodniczej z odzyskiem ciepła Woda lodowa z układu klimayzacji, przepływając przez rury miedziane, jes podgrzewana ciepłem pobieranym z powierza opływającego zewnęrzne powierzchnie rur chłodnicy. Kierunek przepływu wody w rurach jes przeciwbieżny w sosunku do kierunku przepływu powierza w chłodnicy, co zwiększa efekywność wymiany ciepła. Po uruchomieniu insalacji grupowego chłodzenia z odzyskiem ciepła wykonano badania określające zdolności chłodnicze poszczególnych urządzeń pracujących zarówno w obiegu pierwonym, jak i wórnym. W rakcie prowadzonych pomiarów w obiegu wórnym pracowały jedynie 3 chłodnice powierza i jeden agrega GMC 2000, naomias w obiegu pierwonym rozważano pracę indywidualną lub wspólną poszczególnych urządzeń powierzchniowych. Badano kilkanaście warianów pracy insalacji podziemnej i powierzchniowej chłodzenia powierza. Pracujące chłodnice powierza ypu GCP (dwie chłodnice GCP 300 i jedna chłodnica GCP 200) były zlokalizowane w nasępujących wyrobiskach górniczych KWK Wujek : - chłodnica GCP 300 nr 1 w dowierzchni cenralnej, - chłodnica GCP 300 nr 3 w dowierzchni badawczej 4, - chłodnica GCP 200 nr 8 w upadowej południowej rejon 502. Współpracowały one z wenylaorami luniowymi firmy Salkowen (GCP 200 z WLE 804A, GCP 300 z WLE 1004A). Odległość badanych chłodnic powierza od komory agregaów chłodniczych sysemu grupowej klimayzacji zlokalizowanych przy szybie wenylacyjnym III wynosiła odpowiednio dla chłodnicy powierza GCP 300 nr 1 około 2700 m, chłodnicy powierza GCP 300 nr 3 ok m oraz GCP 200 nr 8 ok m. Wdrożony sysemem klimayzacji grupowej jes wyposażony w układ auomaycznej rejesracji wielu isonych paramerów jego pracy. Sysem auomayki i monioringu pozwala na konrolę prawidłowości pracy całego układu, jak również na moniorowanie i rejesrowanie paramerów mediów wykorzysywanych do realizacji procesu chłodzenia powierza w wyrobiskach górniczych. Mierzone są zarówno paramery wody chłodzonej w parownikach agregaów (naężenie przepływu, emperaury na wlocie i wylocie), wody chłodzącej skraplacz, paramery czynnika chłodniczego, jak i wydaek oraz emperaury wody lodowej na wlocie i wylocie z chłodnic powierza. Moniorowane są również paramery wody krążącej w układzie pierwonym. W abelach 1 4 zamieszczono wybrane wyniki pomiarów paramerów ermodynamicznych powierza i wody na wloach i wyloach chłodnic powierza oraz agregau chłodniczego, a akże wyznaczone na ich podsawie moce cieplne wymienionych urządzeń. Użye w abelach symbole oznaczają odpowiednio: w1, w2, w3, w4, w5, w6

10 78 B. Nowak, Z. Kuczera, R. Łuczak, B. Paszyński, P. Życzkowski emperaura wody na wlocie i wylocie z odpowiedniej chłodnicy oraz ze skraplacza i z parownika agregau GMC 2000; V 1, V 2 wydaek objęościowy wody w obiegu parownika i skraplacza; Q p, Q s wydajność cieplna parownika i skraplacza, s1, m1, s2 emperaura powierza wg ermomeru suchego i wilgonego na wlocie i wylocie z wenylaora luniowego, s3, m3 emperaura powierza wg ermomeru suchego i wilgonego na wylocie z chłodnicy, m 1 i m w wydaek masowy powierza i wody na wlocie do chłodnicy, w1, w2 emperaura wody na wlocie i wylocie z chłodnicy, N p, N w moc cieplna chłodnicy po sronie powierza i wody. Tabela 1 Wyniki obliczeń mocy cieplnych parownika i skraplacza agregaów GMC 2000 Lp. Skraplacz w3 w4 V 2 Parownik Q s w5 w6 V 1 [ C] [ C] [m 3 /h] [kw] [ C] [ C] [m 3 /h] [kw] 1 25,6 38,2 88,0 1290,5 15,2 5,6 96,0 1072,6 2 26,0 38,2 104,0 1476,7 15,2 5,6 95,0 1061,5 3 26,0 38,3 104,0 1488,8 15,2 5,5 94,0 1061,2 4 26,2 38,4 102,0 1448,3 15,2 5,6 95,0 1061,5 5 26,2 38,6 100,0 1443,2 15,1 5,6 95,0 1050,4 6 26,4 38,7 106,0 1517,5 15,1 5,6 95,0 1050,4 7 26,5 38,8 109,0 1560,4 15,0 5,6 94,0 1028,4 8 26,6 38,8 101,0 1434,1 15,1 5,6 94,0 1039,4 9 26,8 38,8 104,0 1452,5 15,1 5,6 93,0 1028, ,0 38,9 106,0 1468,1 15,2 5,5 95,0 1072, ,1 39,0 102,0 1412,7 15,0 5,6 99,0 1083, ,5 39,2 111,0 1511,5 14,8 5,4 93,0 1017, ,8 39,4 112,0 1512,1 14,7 5,6 91,0 963, ,0 39,6 93,0 1255,6 14,6 5,5 87,0 921, ,2 39,8 122,0 1647,1 14,6 5,6 95,0 995,1 Tabela 2 Paramery ermodynamiczne powierza i wody zmierzone i obliczone na wlocie oraz na wylocie chłodnicy powierza GCP 300 nr 1 Lp. s1 m1 s2 s3 m3 m 1 N p w1 w2 m w [ C] [ C] [ C] [ C] [ C] [kg/s] [kw] [ C] [ C] [kg/s] [kw] 1 27,4 24,2 30,14 18,8 15,2 10,34 319,62 10,19 16,94 11,01 311, ,4 24,4 30,24 18,6 14,4 9,69 328,24 9,81 16,75 11,01 320, ,4 24,4 30,23 17,4 14,2 9,80 336,73 8,88 16,00 10,99 328, ,0 24,0 30,14 15,8 13,6 9,72 337,54 10,56 18,44 10,35 341, ,2 24,4 30,04 16,8 14,4 9,76 330,75 8,88 16,00 10,97 327, ,8 24,0 30,01 17,2 14,4 9,76 319,90 9,25 16,38 10,96 327, ,0 23,6 30,09 16,4 13,8 9,84 321,68 10,19 16,94 11,02 311, ,2 24,0 30,05 16,8 14,4 10,20 330,37 8,69 16,56 9,77 322, ,2 24,0 30,10 16,8 14,4 9,82 318,69 9,06 16,19 10,99 328, ,8 24,2 30,17 17,8 14,6 10,11 335,19 9,63 16,56 11,01 320, ,4 24,4 30,37 17,8 14,8 10,23 337,38 9,25 16,19 11,02 320, ,4 24,4 30,38 17,2 14,8 10,26 338,38 9,06 16,00 11,00 319, ,4 24,4 30,02 17,2 14,8 10,08 328,87 9,25 16,19 11,00 319, ,6 24,2 30,01 18,2 15,4 10,32 310,07 10,19 16,94 11,02 311, ,2 24,6 30,28 17,2 15,6 10,47 334,43 9,25 16,19 10,98 319,13 Q p N w

11 Wykorzysanie insalacji chłodniczej z odzyskiem ciepła Tabela 3 Paramery ermodynamiczne powierza i wody zmierzone i obliczone na wlocie oraz na wylocie chłodnicy powierza GCP 300 nr 3 s1 Lp. m1 s2 s3 m3 m 1 N p w1 w2 m w [ C] [ C] [ C] [ C] [ C] [kg/s] [kw] [ C] [ C] [kg/s] [kw] 1 26,6 22,4 31,26 13,6 12,8 7,81 254,07 8,94 13,84 12,53 257, ,2 22,0 30,63 13,2 12,2 8,00 259,25 8,94 13,65 12,52 247, ,8 22,2 30,52 12,8 12,0 7,82 265,05 8,94 13,84 12,53 257, ,8 22,4 30,01 12,8 12,0 7,70 262,07 8,94 13,65 12,53 247, ,4 22,2 29,95 13,0 12,2 7,83 260,38 8,94 13,46 13,39 253, ,4 22,4 30,20 13,2 12,2 7,77 265,64 8,75 13,46 13,44 265, ,0 22,4 30,02 12,8 12,0 8,01 270,96 8,56 13,46 13,45 276, ,4 22,6 30,04 12,4 11,6 7,83 283,08 8,56 13,28 13,44 265, ,2 22,4 29,91 12,4 11,8 7,71 270,36 8,56 13,28 13,44 265, ,8 22,6 30,44 12,8 11,6 7,82 282,63 8,56 13,28 13,41 264, ,4 22,2 30,24 12,6 11,8 7,83 270,18 8,38 13,09 13,38 264, ,6 24,8 30,76 16,0 15,6 7,76 261,74 8,38 13,09 13,35 263, ,2 24,0 32,01 14,6 14,2 7,74 262,60 8,19 12,90 13,37 263, ,6 22,8 30,73 13,8 13,2 7,92 256,93 8,00 12,71 13,37 263, ,4 23,0 30,59 13,2 12,4 7,79 274,32 8,00 12,71 13,37 263,96 Tabela 4 Paramery ermodynamiczne powierza i wody zmierzone i obliczone na wlocie oraz na wylocie chłodnicy powierza GCP 300 nr 8 s1 Lp. m1 s2 s3 m3 m 1 N p w1 w2 m w [ C] [ C] [ C] [ C] [ C] [kg/s] [kw] [ C] [ C] [kg/s] [kw] 1 24,0 23,2 26,36 15,8 14,8 7,36 207,55 9,60 12,94 15,97 223, ,2 23,2 26,37 15,8 14,8 7,23 202,45 9,60 12,75 16,06 211, ,6 22,8 26,29 15,2 14,4 7,25 204,13 9,79 12,94 16,06 211, ,8 22,8 26,28 15,4 14,4 7,37 205,88 9,79 12,75 16,04 199, ,6 22,6 26,25 15,6 14,4 7,63 208,93 9,79 12,75 16,03 198, ,0 23,2 26,36 15,8 14,8 7,36 207,55 9,60 12,94 16,02 224, ,2 23,2 26,37 15,8 14,8 7,61 212,92 9,60 12,75 16,03 211, ,6 22,8 26,29 15,2 14,4 7,25 204,13 9,41 12,56 16,00 211, ,8 22,8 26,38 15,4 14,4 7,37 206,64 9,23 12,38 15,97 210, ,6 22,6 26,25 15,6 14,4 7,63 209,00 8,85 12,00 15,95 210, ,0 23,2 26,36 15,8 14,8 7,43 209,34 8,29 11,63 15,88 222, ,2 23,2 26,39 15,8 14,8 7,36 206,12 8,29 11,44 15,87 209, ,6 22,8 26,39 15,2 14,4 7,19 203,14 8,29 11,44 15,89 209, ,8 22,8 26,38 15,4 14,4 7,63 213,66 8,29 11,44 15,87 209, ,6 22,6 26,37 15,6 14,4 7,63 209,02 8,10 11,44 15,87 222,03 N w N w Na podsawie orzymanych obliczeń można swierdzić, że moc cieplna chłodnic powierza określana po sronie wody lodowej zmienia się w zakresie: - od 311 kw do 341 kw dla chłodnicy nr 1 (średnio 321,9 kw), - od 253 kw do 276 kw dla chłodnicy nr 3 (średnio 261,3 kw), - od 198 kw do 224 kw dla chłodnicy nr 8 (średnio 212,4 kw).

12 80 B. Nowak, Z. Kuczera, R. Łuczak, B. Paszyński, P. Życzkowski Tak więc sumaryczna moc wymienionych chłodnic powierza zmienia się w przedziale kw. Dla każdej z analizowanych chłodnic obliczona moc cieplna zmieniała się w zakresie +/-5% warości średniej. Doprowadzona do chłodnicy woda lodowa zapewnia odbiór ciepła przekazywanego z chłodzonego powierza, co powierdza obliczona moc cieplna chłodnicy po sronie powierza. Mając na uwadze auomayczną rejesrację wyników pomiarów obejmujących ok. 700 wyników i ponad 200 ręcznych pomiarów paramerów chłodzonego powierza, można swierdzić zgodność orzymanych warości mocy cieplnej po sronie wody lodowej i powierza. Na podsawie przeprowadzonych pomiarów dla chłodnicy nr 3 daje się zauważyć, że chłodnica a schładza powierze nawe do 12,4 C. Pomierzone emperaury wody lodowej na wylocie z agregau chłodniczego wyniosły 6,2 7,4 C, naomias emperaura na wlocie do chłodnicy nr 1 8,7 10,6 C, chłodnicy nr 3 8,0 8,9 C, a chłodnicy nr 8 8,1 9,8 C. Przyros emperaury wody na drodze jej przepływu od agregau chłodniczego do poszczególnych chłodnic powierza zmienia się od 2 C do 3 C. Największą warość (3 C) pomierzono dla chłodnicy nr 3, najbardziej oddalonej od komory agregaów (ok m). Właściwa praca agregaów chłodniczych GMC 2000 zapewnia ciągłą zdolność do odbioru ciepła od wody powronej z chłodnic powierza. Zmiana emperaury wody lodowej jes wynikiem działania chłodnic powierza oraz wymiany ciepła między nieizolowanymi rurociągami powronymi wody lodowej a powierzem w wyrobiskach. Przedsawione w abeli 1 moce cieplne parownika chłodziarki GMC 2000 zmieniały się w zakresie od 921,5 kw do 1083,1 kw i były one większe o 8 11% od sumy mocy chłodniczej liczonej po sronie wody lodowej pracujących chłodnic powierza. Moce cieplne skraplacza pracującego agregau chłodniczego były średnio większe o ok. 430 kw od mocy jego parownika, co jes zasadne, gdyż skraplacz odbierał również dodakowe ciepło sprężania czynnika chłodniczego. 4. Odzysk ciepła w obiegu pierwonym Sysem moniorowania i wizualizacji pracy grupowej klimayzacji pozwala również na auomayczny zapis paramerów wody przepływającej w różnych miejscach insalacji powierzchniowej (emperaura i wydaek objęościowy), w ym na wlocie i wylocie wymiennika ciepła w łaźni górniczej, po sronie dolnego i górnego źródła ciepła. Wykonane w dniu pomiarów dane zawiera abela 5, w kórej symbole oznaczają odpowiednio: 10, 9

13 Wykorzysanie insalacji chłodniczej z odzyskiem ciepła emperaura na zasilaniu i powrocie z wymiennika od srony szybu III (górne źródło), 11, 12 emperaura na zasilaniu i powrocie z wymiennika od srony łaźni (dolne źródło), V 2, V 5 wydaek objęościowy wody po sronie ciepłej i zimnej wymiennika Sondex, N wc, N wz moce cieplne po sronie ciepłej i zimnej wymiennika. Zaware dane sanowią jedynie część wykonanych pomiarów i doyczą okresu, w kórym wysępował odbiór ciepła uzależniony od zaporzebowania na ciepłą wodę w łaźni górniczej. Na rys. 2 przedsawiono wyniki obliczonych mocy cieplnych wymiennika WP w łaźni dla danych zamieszczonych w abeli 5. Tabela 5 Zmierzone na wlocie oraz na wylocie paramery wody i obliczone moce cieplne wymiennika ciepła w łaźni górniczej 9 V 2 N wc V 5 10 Lp. [ C] [ C] [m 3 /h] [kw] [ C] [ C] [m 3 /h] [kw] 1 31,61 27,15 125,27 650,49 11,66 24,11 44,54 645, ,60 27,18 125,12 643,07 11,66 24,11 44,19 640, ,60 27,31 126,18 629,92 11,66 24,68 42,96 651, ,60 27,39 126,84 622,00 11,66 25,27 43,04 681, ,45 27,35 128,66 613,79 11,66 25,94 37,86 629, ,31 27,59 129,90 561,82 11,66 26,40 33,82 580, ,28 27,48 131,82 584,04 11,66 26,64 33,35 581, ,29 27,78 134,05 547,36 11,66 26,76 31,58 555, ,29 27,48 133,37 590,80 11,66 26,84 32,09 567, ,98 27,41 132,72 552,82 11,66 27,02 30,99 554, ,98 27,28 132,62 571,36 11,66 27,16 31,65 570, ,79 26,64 130,86 631,25 11,66 27,33 34,26 625, ,51 26,38 129,49 621,75 11,66 27,41 33,26 609, ,83 26,97 128,30 576,66 11,67 27,70 30,16 562, ,59 27,28 127,70 491,93 11,66 28,26 25,29 488,73 N wz Rys. 2. Moc wymiennika ciepła w łaźni górniczej po sronie ciepłej i zimnej wody dla danych zamieszczonych w abeli 5 Fig. 2. Power of he hea exchanger in he mining bah in side of ho and cold waer for he resuls presened in able 5

14 82 B. Nowak, Z. Kuczera, R. Łuczak, B. Paszyński, P. Życzkowski Przedsawione w abeli 5 zarejesrowane auomaycznie paramery wody i obliczone na ich podsawie moce cieplne wymiennika ciepła wskazują, że woda użykowa w łaźni górniczej odbiera ciepło w wymienniku od wody krążącej w obiegu górnego źródła ciepła. Prezenowane dane sanowią jedynie cześć wykonanych pomiarów, dlaego na rys. 3 zamieszczono zmienność mocy cieplnej wymiennika WP w łaźni górniczej w całym okresie wykonywania badań. W okresie ym wysępują przedziały czasowe obejmujące serie pomiarowe, dla kórych nie było odbioru ciepła w łaźni górniczej. Prosokąem zaznaczono analizowane wyniki obliczeń zaware w abeli 5. Rys. 3. Moc wymiennika ciepła WP w łaźni górniczej po sronie ciepłej i zimnej wody Fig. 3. Power of he hea exchanger WP in he mining bah in side of ho and cold waer Z przeprowadzonych pomiarów wynika, że największa efekywność odzysku ciepła w wymienniku w łaźni górniczej wysępuje w okresach największego poboru wody do kąpieli. Zużycie o ulega znacznym wahaniom w ciągu dnia i maksymalne warości przyjmowało na koniec danej zmiany roboczej. 5. Podsumowanie i wnioski Wdrożony sysem klimayzacji grupowej pozwala efekywnie wykorzysać zainsalowaną na poziomie 1050 m moc chłodniczą agregaów GMC Na podsawie wyników pomiarów paramerów pracujących urządzeń sysemu efekywność wykorzysania ej mocy

15 Wykorzysanie insalacji chłodniczej z odzyskiem ciepła w rejonach kopalni wyniosła średnio ok. 80%. Zależy ona głównie od odległości pracujących chłodnic od komory agregaów i jakości izolacji cieplnej rurociągów wody lodowej. Insalacja grupowego chłodzenia w KWK Wujek nie ma ypowych ograniczeń lokalnego oraz grupowego sysemu chłodzenia oparego na chłodziarkach sprężarkowych. W układach ych zdolność chłodnicza jes ograniczona wielkością odprowadzanego ciepła do srumienia powierza zużyego. W omawianym sysemie odbierany srumień ciepła jes w całości wynoszony na powierzchnię. Analiza wyników przeprowadzonych badań pozwala swierdzić, że sysem zosał zaprojekowany oraz wykonany właściwie i pozwoli uzyskać nominalną moc chłodniczą 3,6 MW. Sysem en jes modułowy i może być rozbudowany do docelowej żądanej przez kopalnię mocy chłodniczej 5 MW bez wymiany isniejącej infrasrukury podziemnej i powierzchniowej. Wynoszony na powierzchnię srumień ciepła jes obecnie wykorzysywany cyklicznie w zależności od charakeru i mocy źródła odbioru. Przy obecnie uzyskiwanych paramerach wody na zasilaniu wymiennika WP zabudowanego w łaźni górniczej realny jes odzysk ciepła wynoszący GJ/dobę, przy mocy cieplnej wymiennika po sronie ciepłej wody użykowej na poziomie kw (maeriały udosępnione przez KWK Wujek Ruch Śląsk ). Zwiększenie wykorzysania ciepła odpadowego, a przez o wzros efekywności odzysku ciepła można osiągnąć przez połączenie sysemu cenralnego ogrzewania (działającego w pomieszczeniach łaźni całorocznie) z insalacją odzysku ciepła. Gwaranuje o sały w ciągu roku odbiór znacznej ilości ciepła, przez co zmniejszą się swierdzone wahania jego odzysku. Podgrzana w wymienniku WP woda może zosać wykorzysana również do zasilania sysemu ogrzewania niskoemperaurowego budynków zlokalizowanych w pobliżu łaźni. Doświadczenia związane z wdrażaniem pierwszego w Polsce sysemu grupowego chłodzenia powierza z odzyskiem ciepła wskazują na konieczność wcześniejszego rozeznania możliwości wykorzysania wynoszonego ciepła. Pozwoli o na modernizację isniejących sysemów, kóre mogłyby być zasilane ciepłem odpadowym z układu klimayzacji kopalni. Zasosowana w insalacji koncepcja gwaranowanego zrzuu ciepła umożliwia bezpieczną pracę załogi dołowej w rejonach sosowanej klimayzacji. Może być ona zaem sosowana w ego ypu insalacjach chłodniczych.

16 84 B. Nowak, Z. Kuczera, R. Łuczak, B. Paszyński, P. Życzkowski Wykorzysany układ moniorowania i wizualizacji pracy wdrożonego sysemu okazał się prakyczny i umożliwia bieżącą konrolę pracy układu pierwonego i wórnego insalacji grupowego chłodzenia powierza z odzyskiem ciepła. Arykuł powsał w ramach pracy sauowej nr BIBLIOGRAFIA 1. Compensus sp. z o.o.: Dokumenacja echniczno-ruchowa Układ klimayzacji grupowej o mocy 3,6 MW w KWK Wujek Ruch Śląsk, Byom Grzebielec A., Plua Z., Ruciński A., Rusowicz A.: Czynniki chłodnicze i nośniki energii. Oficyna Wydawnicza Poliechniki Warszawskiej, Warszawa Maeriały udosępnione przez KWK Wujek Ruch Śląsk. 4. Nowak B., Kuczera Z., Łuczak R., Paszyński B., Życzkowski P.: Grupowe chłodzenie powierza z odzyskiem ciepła w kopalni węgla kamiennego Wujek Ruch Śląsk. Maeriały konferencyjne Wybrane zagadnienia wenylacyjne i pożarowe w kopalniach, Jaworze 2013 (w druku). 5. Termser Sp. z o.o.: Projek powykonawczy p. Zabudowa urządzeń i insalacji w rejonie szybu III, Kraków WUCH PZL-DĘBICA: Dokumenacja Techniczno-Ruchowa Górniczej Maszyny Chłodniczej GMC 2000, Dębica Absrac In he aricle an implemened group-sysem cooling uni wih surface hea recovery in he Coal Mine Wujek, which is he firs insallaion in Poland using a wase hea received by underground air-cooling sysem, was discussed. Technical aspecs of primary and secondary circulaions of cooling and hea recovery, where hea received from mine cooled air is ranspored o he surface hrough he waer and hen i is used for mining bah in Coal Mine Wujek, were presened. On he basis of received resuls of work parameers of presened air-cooling sysem, he assessmen of operaion and effeciveness of mine air cooling was made. Research allowed o deermine he hea power of individual devices, which are he par of cooling sysem, and hea exchangers, which are used o lif a wase hea o he surface. The aricle highlighs he curren and possible o achieve an effeciveness of he wase hea uilizaion o preheaing municipal ho waer and space heaing of mine.