CN106761921A - 一种基于高效乏风源热泵的井筒防冻系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于高效乏风源热泵的井筒防冻系统，属于热泵技术领域，解决矿井井筒防冻耗能大的技术问题，解决方案为：所述乏风取热装置包括乏风通道，乏风通道进风口连接乏风干道，乏风通道排风口与外界环境连通，乏风取热装置通过管道连接冲洗融霜装置，冲洗融霜装置通过加热回水管路与加热供水管路分别与低温热泵机组供水口与回水口连通，低温热泵机组通过管道连接矿井加热装置。本发明能可靠从煤矿矿井乏风中取得热量并用于井筒防冻使用，运行风阻小，加热效率高的热泵系统与高效井筒防冻系统相结合，系统简单，运行可靠，可实现煤矿减煤减排，节省运行费用与清洁能源，降低环境污染，有效利用乏风余热资源，节能环保，具有很好的实用性。
Description
技术领域
本发明属于热泵技术领域，具体涉及用于煤矿一种基于高效乏风源热泵的井筒防冻系统。
背景技术
现有的矿井乏风余热利用技术，主要有两种不同的技术路线：喷淋式取热和直接蒸发式取热。其中，喷淋式取热方法存在取热量小，大量的煤粉尘易积易堵，同时在乏风温度低于10度以后，需要不断加抗冻剂等缺陷；直接蒸发式由于乏风中混有较多的灰尘，乏风换热器容易被堵塞等问题，造成乏风换热器的风阻力较大，同时直接蒸发式取热还存在单台蒸发器的换热面积较小，在乏风温度较低时蒸发器结霜融霜问题影响乏风源热泵制热效率、多台蒸发器之间存在制冷剂溶液分配与回油问题，可靠性低，制约了乏风源热泵的应用与推广。
现有的矿井井筒防冻，主要采用矿井加热机组，利用蒸汽加热盘管直接加热新风，能量消耗大。
发明内容
本发明的目的是：克服现有技术存在的不足，提供运行风阻小，系统能耗低，换热效率高，不受场地限制，可大幅度增加换热面积并可有效节约能源、降低环境污染的一种基于高效乏风源热泵的井筒防冻系统。
本发明通过以下技术方案予以实现。
一种基于高效乏风源热泵的井筒防冻系统，它包括乏风取热装置、冲洗融霜装置、低温热泵机组和矿井加热装置，其中：
所述乏风取热装置包括乏风通道，乏风通道进风口连接乏风干道，乏风通道排风口与外界环境连通，乏风取热装置通过管道连接冲洗融霜装置，冲洗融霜装置通过加热回水管路与加热供水管路分别与低温热泵机组供水口与回水口连通，低温热泵机组通过管道连接矿井加热装置；
所述乏风取热装置还包括乏风换热器，乏风换热器设置于乏风通道内并与乏风通道轴线方向垂直，乏风换热器上方设置有喷淋水箱，乏风换热器下方设置有集水盘，乏风换热器的进风侧与出风侧通过取压管与压差控制器相连；所述乏风换热器上设置有进液管道与出液管道，进液管道内的液体流入乏风换热器后进行热交换并由出液管道流出，进液管道与出液管道分别与低温热泵机组连接；
所述冲洗融霜装置包括箱体和隔板，通过隔板将箱体分为沉淀水箱、中间水箱与冲洗水箱，所述中间水箱位于沉淀水箱与冲洗水箱之间，所述沉淀水箱排水口与所述集水盘连通，沉淀水箱分别与补水管道与排污管道连通；所述冲洗水箱内与隔板相互平行地设置有过滤板，所述加热回水管路与加热供水管路设置于冲洗水箱内，所述加热回水管路与加热供水管路之间设置有加热盘管，所述加热供水管路管路上设有辅助加热装置，冲洗水箱通过冲洗管路与所述喷淋水箱连通，所述冲洗管路上设有冲洗循环泵；
所述低温热泵机组包括气液分离器、压缩机、二次油分离器、引射器和冷凝器，所述气液分离器通过进液管道与出液管道与所述乏风换热器连通，气液分离器与压缩机连通，压缩机通过排气管路与二次油分离器相连，二次油分离器通过制冷剂管路与冷凝器相连，二次油分离器通过回油管路将润滑油回流到压缩机内，所述回油管路上沿润滑油流动方向依次设有油过滤器和油路电磁阀；冷凝器通过制冷剂冷凝液管路与气液分离器相连，所述制冷剂冷凝液管路上沿润滑油流动方向依次设有截止阀、干燥过滤器、视镜和电子膨胀阀；冷凝器还通过引射管与引射器相连，引射器通过截止阀与气液分离器相连，引射气液分离器内的制冷剂与润滑油的混合物通过气液分离器回油管路与压缩机相连；冷凝器所制取的热水通过供热管与回水管向用户输送热量，并在供热管上设有热水循环泵；
所述矿井加热机组包括新风进口和新风出口，新风进口处设置有离心风机，离心风机与新风出口之间设有第二翅片式换热器。
进一步的，所述乏风换热器上设置有进液管道与出液管道，进液管道内的液体流入乏风换热器后进行热交换并由出液管道流出，进液管道与出液管道分别与低温热泵机组供水口与回水口连通。
进一步的，所述喷淋水箱为闭式喷淋水箱；所述乏风换热器为高效翅片式乏风换热器，高效翅片式乏风换热器翅片材质为不锈钢或紫铜或防腐亲水铝箔；所述乏风通道与乏风干道之间的管道上设置有风量调节阀；所述进液管道上设有膨胀阀与制冷剂分配器。
进一步的，进液管道与出液管道内根据不同的乏风温度采用不同的载冷剂，所述载冷剂可以是水或乙二醇水溶液或无机盐的水溶液。
进一步的，所述加热供水管路上设有电动比例调节阀。
进一步的，所述隔板上设有溢流口和/或溢流槽。
进一步的，所述乏冲洗水箱内部还设有温控器。
进一步的，所述补水管路上设有补水电动阀，所述排污管路上设有排污电动阀。
进一步的，所述气液分离器为降膜式气液分离器，或为满液式气液分离器，或为干式气液分离器。
进一步的，所述乏风换热器可以是一台，也可以是任意台数的组合。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明提供的一种基于高效乏风源热泵的井筒防冻系统，能可靠从煤矿矿井乏风中取得热量并用于井筒防冻使用，运行风阻小，加热效率高的热泵系统与高效井筒防冻系统相结合，系统简单，运行可靠，可实现煤矿减煤减排，节省运行费用与清洁能源，降低环境污染，有效利用乏风余热资源，节能环保，具有很好的实用性。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施实例对本发明做详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种基于高效乏风源热泵的井筒防冻系统，它包括乏风取热装置2、冲洗融霜装置3、低温热泵机组4和矿井加热装置5，其中：
所述乏风取热装置2包括乏风通道21，乏风通道21进风口连接乏风干道1，乏风通道21排风口与外界环境连通，乏风取热装置2通过管道连接冲洗融霜装置3，冲洗融霜装置3通过加热回水管路314与加热供水管路313分别与低温热泵机组4供水口与回水口连通，低温热泵机组4通过管道连接矿井加热装置5。
所述乏风取热装置2还包括乏风换热器24，乏风换热器24设置于乏风通道21内并与乏风通道21轴线方向垂直，乏风换热器24上方设置有喷淋水箱22，乏风换热器24下方设置有集水盘25，乏风换热器24的进风侧与出风侧通过取压管与压差控制器23相连；所述乏风换热器24上设置有进液管道26与出液管道27，进液管道26内的液体流入乏风换热器24后进行热交换并由出液管道27流出，进液管道26与出液管道27分别与低温热泵机组4连接。
所述冲洗融霜装置3包括箱体和隔板34，通过隔板34将箱体分为沉淀水箱33、中间水箱32与冲洗水箱31，所述中间水箱32位于沉淀水箱33与冲洗水箱31之间，所述沉淀水箱33排水口与所述集水盘25连通，沉淀水箱33分别与补水管道35与排污管道36连通；所述冲洗水箱31内与隔板34相互平行地设置有过滤板311，所述加热回水管路314与加热供水管路313设置于冲洗水箱34内，所述加热回水管路314与加热供水管路313之间设置有加热盘管312，所述加热供水管路313管路上设有辅助加热装置317，冲洗水箱31通过冲洗管路315与所述喷淋水箱22连通，所述冲洗管路315上设有冲洗循环泵；当来自乏风干道1的乏风可以通过风量调节阀，引入乏风换热器24，因为高效翅片式乏风换热器采用的是载冷剂，与直接蒸发式乏风取热不同，可以完全开放所有的高效翅片式乏风换热器进行换热，在部分换热器不需要工作时，只需关闭风量调节阀11即可。同时如果乏风中的粉尘造成乏风换热器24堵塞时，会造成高效翅片式乏风换热器进风侧与排风侧的压差大于设定值，压差控制器23给出启动信号，冲洗循环泵开始运转，对高效翅片式乏风换热器进行清洗。如果乏风温度较低时，翅片上有结霜后，可以通过对冲洗水箱31内的水进行加热，实现对高效翅片式乏风换热器的融霜功能。
所述低温热泵机组4包括气液分离器41、压缩机42、二次油分离器43、引射器44和冷凝器45，所述气液分离器41通过进液管道26与出液管道27与所述乏风换热器24连通，气液分离器41与压缩机42连通，压缩机42通过排气管路461与二次油分离器43相连，二次油分离器43通过制冷剂管路462与冷凝器45相连，二次油分离器43通过回油管路463将润滑油回流到压缩机42内，所述回油管路463上沿润滑油流动方向依次设有油过滤器和油路电磁阀；冷凝器45通过制冷剂冷凝液管路464与气液分离器41相连，所述制冷剂冷凝液管路464上沿润滑油流动方向依次设有截止阀、干燥过滤器、视镜和电子膨胀阀；冷凝器45还通过引射管465与引射器44相连，引射器44通过截止阀与气液分离器41相连，引射气液分离器41内的制冷剂与润滑油的混合物通过气液分离器回油管466路与压缩机42相连；冷凝器45所制取的热水通过供热管467与回水管468向用户输送热量，并在供热管467上设有热水循环泵。
所述矿井加热机组包括新风进口51和新风出口52，新风进口51处设置有离心风机53，离心风机53与新风出口52之间设有第二翅片式换热器54，可以直接采用来自低温热泵机组4加热后的载冷剂进行换热，减少了中间环节，降低了辅机的能耗，从而提高了整个系统的工作效率。
进一步的，所述乏风换热器24上设置有进液管道26与出液管道27，进液管道26内的液体流入乏风换热器24后进行热交换并由出液管道27流出，进液管道26与出液管道27分别与低温热泵机组4供水口与回水口连通。
进一步的，所述喷淋水箱22为闭式喷淋水箱；所述乏风换热器24为高效翅片式乏风换热器，高效翅片式乏风换热器翅片材质为不锈钢或紫铜或防腐亲水铝箔；所述乏风通道21与乏风干道1之间的管道上设置有风量调节阀11；所述进液管道26上设有膨胀阀与制冷剂分配器。
进一步的，进液管道26与出液管道27内根据不同的乏风温度采用不同的载冷剂，所述载冷剂可以是水或乙二醇水溶液或无机盐的水溶液。
进一步的，所述加热供水管路313上设有电动比例调节阀。
进一步的，所述隔板34上设有溢流口和/或溢流槽。
进一步的，所述乏冲洗水箱31内部还设有温控器316。
进一步的，所述补水管路35上设有补水电动阀351，所述排污管路36上设有排污电动阀361。
进一步的，所述气液分离器41为降膜式气液分离器，或为满液式气液分离器，或为干式气液分离器。
进一步的，所述乏风换热器24可以是一台，也可以是任意台数的组合，多台高效翅片式乏风换热器采用制冷剂与乏风进行换热，提高了换热效率，从而提高整个系统的效率。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于高效乏风源热泵的井筒防冻系统，它包括乏风取热装置（2）、冲洗融霜装置（3）、低温热泵机组（4）和矿井加热装置（5），其特征在于：
所述乏风取热装置（2）包括乏风通道（21），乏风通道（21）进风口连接乏风干道（1），乏风通道（21）排风口与外界环境连通，乏风取热装置（2）通过管道连接冲洗融霜装置（3），冲洗融霜装置（3）通过加热回水管路（314）与加热供水管路（313）分别与低温热泵机组（4）供水口与回水口连通，低温热泵机组（4）通过管道连接矿井加热装置（5）；
所述乏风取热装置（2）还包括乏风换热器（24），乏风换热器（24）设置于乏风通道（21）内并与乏风通道（21）轴线方向垂直，乏风换热器（24）上方设置有喷淋水箱（22），乏风换热器（24）下方设置有集水盘（25），乏风换热器（24）的进风侧与出风侧通过取压管与压差控制器（23）相连；所述乏风换热器（24）上设置有进液管道（26）与出液管道（27），进液管道（26）内的液体流入乏风换热器（24）后进行热交换并由出液管道（27）流出，进液管道（26）与出液管道（27）分别与低温热泵机组（4）连接；
所述冲洗融霜装置（3）包括箱体和隔板（34），通过隔板（34）将箱体分为沉淀水箱（33）、中间水箱（32）与冲洗水箱（31），所述中间水箱（32）位于沉淀水箱（33）与冲洗水箱（31）之间，所述沉淀水箱（33）排水口与所述集水盘（25）连通，沉淀水箱（33）分别与补水管道（35）与排污管道（36）连通；所述冲洗水箱（31）内与隔板（34）相互平行地设置有过滤板（311），所述加热回水管路（314）与加热供水管路（313）设置于冲洗水箱（34）内，所述加热回水管路（314）与加热供水管路（313）之间设置有加热盘管（312），所述加热供水管路（313）管路上设有辅助加热装置（317），冲洗水箱（31）通过冲洗管路（315）与所述喷淋水箱（22）连通，所述冲洗管路（315）上设有冲洗循环泵；
所述低温热泵机组（4）包括气液分离器（41）、压缩机（42）、二次油分离器（43）、引射器（44）和冷凝器（45），所述气液分离器（41）通过进液管道（26）与出液管道（27）与所述乏风换热器（24）连通，气液分离器（41）与压缩机（42）连通，压缩机（42）通过排气管路（461）与二次油分离器（43）相连，二次油分离器（43）通过制冷剂管路（462）与冷凝器（45）相连，二次油分离器（43）通过回油管路（463）将润滑油回流到压缩机（42）内，所述回油管路（463）上沿润滑油流动方向依次设有油过滤器和油路电磁阀；冷凝器（45）通过制冷剂冷凝液管路（464）与气液分离器（41）相连，所述制冷剂冷凝液管路（464）上沿润滑油流动方向依次设有截止阀、干燥过滤器、视镜和电子膨胀阀；冷凝器（45）还通过引射管（465）与引射器（44）相连，引射器（44）通过截止阀与气液分离器（41）相连，引射气液分离器（41）内的制冷剂与润滑油的混合物通过气液分离器回油管（466）路与压缩机（42）相连；冷凝器（45）所制取的热水通过供热管（467）与回水管（468）向用户输送热量，并在供热管（467）上设有热水循环泵；
所述矿井加热机组包括新风进口（51）和新风出口（52），新风进口（51）处设置有离心风机（53），离心风机（53）与新风出口（52）之间设有第二翅片式换热器（54）。
2.根据权利要求1所述的一种基于高效乏风源热泵的井筒防冻系统，其特征在于：所述乏风换热器（24）上设置有进液管道（26）与出液管道（27），进液管道（26）内的液体流入乏风换热器（24）后进行热交换并由出液管道（27）流出，进液管道（26）与出液管道（27）分别与低温热泵机组（4）供水口与回水口连通。
3.根据权利要求1所述的一种基于高效乏风源热泵的井筒防冻系统，其特征在于：所述喷淋水箱（22）为闭式喷淋水箱；所述乏风换热器（24）为高效翅片式乏风换热器，高效翅片式乏风换热器翅片材质为不锈钢或紫铜或防腐亲水铝箔；所述乏风通道（21）与乏风干道（1）之间的管道上设置有风量调节阀（11）；所述进液管道（26）上设有膨胀阀与制冷剂分配器。
4.根据权利要求1所述的一种基于高效乏风源热泵的井筒防冻系统，其特征在于：进液管道（26）与出液管道（27）内根据不同的乏风温度采用不同的载冷剂，所述载冷剂可以是水或乙二醇水溶液或无机盐的水溶液。
5.根据权利要求1所述的一种基于高效乏风源热泵的井筒防冻系统，其特征在于：所述加热供水管路（313）上设有电动比例调节阀。
6.根据权利要求1所述的一种基于高效乏风源热泵的井筒防冻系统，其特征在于：所述隔板（34）上设有溢流口和/或溢流槽。
7.根据权利要求1所述的一种基于高效乏风源热泵的井筒防冻系统，其特征在于：所述乏冲洗水箱（31）内部还设有温控器（316）。
8.根据权利要求1所述的一种基于高效乏风源热泵的井筒防冻系统，其特征在于：所述补水管路（35）上设有补水电动阀（351），所述排污管路（36）上设有排污电动阀（361）。
9.根据权利要求1所述的一种基于高效乏风源热泵的井筒防冻系统，其特征在于：所述气液分离器（41）为降膜式气液分离器，或为满液式气液分离器，或为干式气液分离器。
10.根据权利要求1所述的一种基于高效乏风源热泵的井筒防冻系统，其特征在于：所述乏风换热器（24）可以是一台，也可以是任意台数的组合。
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Denomination of invention: A shaft antifreeze system based on exhaust air source heat pump Effective date of registration: 20220328 Granted publication date: 20180928 Pledgee: Bank of China Limited Taiyuan Binhe sub branch Pledgor: SHANXI WENLONG ZHONGMEI HUANNENG TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2022140000012 |
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Date of cancellation: 20230713 Granted publication date: 20180928 Pledgee: Bank of China Limited Taiyuan Binhe sub branch Pledgor: SHANXI WENLONG ZHONGMEI HUANNENG TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2022140000012 |