CN110529170B - 矿井热环境除湿再生系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种矿井热环境除湿再生系统及方法，适用于煤矿井下高温高湿环境使用。它包括溶液除湿装置，溶液除湿装置与加热再生相变装置相连接，加热再生相变装置通过管路循环与溶液除湿装置连接，还通过管路与冷却装置相连接。不需要地面环境空气，不受井下热环境影响，有效实现了除湿溶液井下再生的技术难题，解决了井下制冷压缩机冷凝废热排放困难问题，实现了矿井降温系统能量的高效合理利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿井热环境除湿再生系统及方法，尤其适用于煤矿井下高温高湿环境使用的矿井热环境除湿再生系统及方法。
背景技术
随着深部开采，矿井热害问题愈发突出，井下热环境控制(温度、湿度)，对安全高效生产越来越重要。
目前井下热环境控制方式为制冷降温，在对热空气降温同时也可实现冷冻除湿。液体除湿系统在地面空调系统中采用较多，再生多采用空气喷淋方式，由于井下空气温度高、湿度大，吸湿能力小，不能利用其作除湿溶液的再生，是限制溶液除湿系统在井下深部开采热环境治理应用的主要因素。
发明内容
针对上述技术问题，提供一种结构简单，使用效果好，不受井下环境热环境影响，高效除湿且节能环保的矿井热环境除湿再生系统及方法。
为实现上述技术目的，本发明的井下深部开采热环境除湿再生系统，包括溶液除湿装置，溶液除湿装置为设置在井下采煤巷道或掘进巷道进风口中的多个单螺旋圆锥形喷头，溶液除湿装置底部设有出液口，出液口通过管路与加热再生相变装置，溶液除湿装置与加热再生相变装置之间的管路上顺序设有阀门Ⅰ、过滤器、旁路阀门、防爆溶液泵Ⅰ和阀门Ⅲ，其中阀门Ⅰ的入口处和旁路阀门的出口处管路上通过管路并联有阀门Ⅱ，利用圆锥形喷头对入的高温高湿空气喷洒氯化钙溶液吸收空气中的水蒸汽，从而降低空气的湿度并生成稀释的氯化钙溶液，稀释的氯化钙溶液利用设置在溶液除湿装置上的的出液口排出，最终通过管路进入加热再生相变装置；
所述加热再生相变装置为立式结构的螺旋缠绕壳管式换热器，与制冷机组一起设置在在井下硐室，螺旋缠绕壳管式换热器内部设有螺旋管，螺旋管中循环设有加热介质，螺旋管的一端与矿用制冷压缩机的出口连接，另一端通过与制冷系统电子膨胀阀连接，加热再生相变装置的外壳侧通过管路通入除湿后的稀氯化钙溶液，螺旋管没入稀氯化钙溶液中，螺旋管内的加热介质加热再生相变装置中的稀氯化钙溶液,加热再生相变装置代替常规情况下矿用空调的冷凝器，无需再设置专用冷凝器，加热再生相变装置回收井下矿用空调的冷凝废热或机电设备散热，利用回收热量对设置在再生相变装置中的稀释的氯化钙溶液进行加热，水蒸发后氯化钙溶液浓度增加从而还原氯化钙溶液，利用再生相变装置底部设置的出液口通过管路与溶液除湿装置的多个单螺旋圆锥形喷头相连接，加热再生相变装置与溶液除湿装置之间的管路上设有防爆溶液泵Ⅱ，防爆溶液泵Ⅱ的进出口两端分别设有阀门Ⅳ和阀门Ⅵ；
加热再生相变装置顶部设有蒸汽管，并通过蒸汽管连接有冷却器，加热再生相变装置与冷却器之间的蒸汽管上设有电磁阀Ⅱ，冷却器中设有蛇形管，蛇形管的两端循环设有冷却介质，冷却器底部设有冷凝水排水管。
所述冷却器上还设有两条通气管路，其一通气管路上设有气体压力控制阀用于控制冷凝液排出冷却器时内部与外界压力差的装置，其二通气管路上设有电磁阀Ⅰ并通过电磁阀Ⅰ连接有防爆气体泵，调节与控制加热再生相变装置内的压力，满足氯化钙溶液再生条件。
所述加热介质为制冷剂，冷却介质为温度比加热再生相变装置产生的低压水蒸汽饱和温度低的冷却水，通常不超过40℃。
一种井下深部开采热环境除湿再生方法，其特征在于步骤为：
首先利用溶液除湿装置的溶液喷淋设备向井下采煤巷道或掘进巷道进风口中的湿润空气喷洒氯化钙溶液，利用氯化钙溶液的吸水特性对温度超过26℃，相对湿度超过85％，速度不超过4m/s的高温高湿空气进行除湿，氯化钙溶液吸收空气中的水分后除湿溶液浓度降低形成稀释的氯化钙溶液，稀释的氯化钙溶液在防爆溶液泵Ⅰ的作用下，先有经过阀门Ⅰ、过滤器和阀门Ⅱ和阀门Ⅲ，最终进入加热再生相变装置；
稀释的氯化钙溶液利用加热再生相变装置的蛇形管中的加热介质加热为沸腾状态，随着水分的不断蒸发直至还原为初始状态的氯化钙溶液，水蒸气通过加热再生相变装置上部的管路经过打开的电磁阀进入冷却装置，此时先打开阀门，启动防爆溶液泵Ⅱ，然后打开阀门，还原为初始状态的氯化钙溶液顺着加热再生相变装置底部的出液口后顺着管路流入溶液除湿装置继续循环工作；
当冷却装置中的水蒸气饱和后，关闭电磁阀，冷却装置内的水蒸气，利用蛇形管中的冷却介质将蒸汽凝结生成凝结水，凝结水通过设置在冷却器底部的排液管路排出，排液排出后打开电磁阀，继续对蒸汽进行冷凝。
根据加热介质的温度调节防爆气体泵工作时间，通常为50～60℃之间，正常运行5分钟即可达到除湿溶液的沸腾条件，进而控制加热再生相变装置内的压力，压力降为10kPa时，对于的饱和温度降为45.8℃，使溶液在加热再生相变装置能够发生沸腾产生蒸汽。
为避免冷却器内的水排不出去，排液时先关闭电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅰ，打开气体压力控制阀、排液阀Ⅱ和排液阀Ⅰ，凝结水排出后关闭排液阀Ⅰ、排液阀Ⅱ和电磁阀Ⅱ，关闭排液气体压力控制阀，打开电磁阀Ⅰ，启动防爆气体泵，当冷却器内压力达到加热再生相变装置沸腾压力要求后打开电磁阀，继续对除湿溶液还原产生的蒸汽进行冷凝，重复上述除湿溶液吸收高温高湿空气中水蒸汽，稀溶液低压沸腾汽化，蒸汽冷却凝结及排液过程。
更换过滤器时，打开阀门Ⅱ，关闭阀门Ⅰ和阀门Ⅱ。
有益效果：
采用上述技术方案，将井下溶液除湿系统各部分通过管路连接起来，并且将加热再生相变装置和冷却装置置于井下，不需要地面环境空气，不受井下热环境影响。该系统不仅实现了除湿溶液井下再生的技术难题，而且解决了井下制冷压缩机冷凝废热排放困难问题，实现了矿井降温系统能量的高效合理利用。
附图说明
图1是本发明矿井热环境除湿再生系统结构示意图；
图中：1-溶液除湿装置；2-阀门Ⅰ；3-过滤器；4-阀门Ⅱ；5-旁路阀门；6-防爆溶液泵Ⅰ；7-阀门Ⅲ；8-加热再生相变装置；9-加热介质10-阀门Ⅳ；11-防爆溶液泵Ⅱ；12-阀门Ⅵ；13-冷却装置；14-排液阀Ⅰ；15-排液阀Ⅱ；16-冷却介质；17-防爆气体泵；18-电磁阀Ⅰ；19-气体压力控制阀；20-电磁阀Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图，通过对实施例的描述，对本发明做进一步说明：
如图1所示，本发明的井下深部开采热环境除湿再生系统，它包括溶液除湿装置1，溶液除湿装置1为设置在井下采煤巷道或掘进巷道进风口中的多个单螺旋圆锥形喷头，溶液除湿装置1底部设有出液口，出液口通过管路与加热再生相变装置8，溶液除湿装置1与加热再生相变装置8之间的管路上顺序设有阀门Ⅰ2、过滤器3、旁路阀门5、防爆溶液泵Ⅰ6和阀门Ⅲ7，其中阀门Ⅰ2的入口处和旁路阀门5的出口处管路上通过管路并联有阀门Ⅱ4，利用圆锥形喷头对入的高温高湿空气喷洒氯化钙溶液吸收空气中的水蒸汽，从而降低空气的湿度并生成稀释的氯化钙溶液，稀释的氯化钙溶液利用设置在溶液除湿装置1上的的出液口排出，最终通过管路进入加热再生相变装置8；
所述加热再生相变装置8为立式结构的螺旋缠绕壳管式换热器，与制冷机组一起设置在在井下硐室，螺旋缠绕壳管式换热器内部设有螺旋管，螺旋管中循环设有加热介质9，螺旋管的一端与矿用制冷压缩机的出口连接，另一端通过与制冷系统电子膨胀阀连接，加热再生相变装置8的外壳侧通过管路通入除湿后的稀氯化钙溶液，螺旋管没入稀氯化钙溶液中，螺旋管内的加热介质9加热再生相变装置8中的稀氯化钙溶液,加热再生相变装置8代替常规情况下矿用空调的冷凝器，无需再设置专用冷凝器，加热再生相变装置8回收井下矿用空调的冷凝废热或机电设备散热，利用回收热量对设置在再生相变装置8中的稀释的氯化钙溶液进行加热，水蒸发后氯化钙溶液浓度增加从而还原氯化钙溶液，利用再生相变装置8底部设置的出液口通过管路与溶液除湿装置1的多个单螺旋圆锥形喷头相连接，加热再生相变装置8与溶液除湿装置1之间的管路上设有防爆溶液泵Ⅱ11，防爆溶液泵Ⅱ11的进出口两端分别设有阀门Ⅳ10和阀门Ⅵ12；
加热再生相变装置8顶部设有蒸汽管，并通过蒸汽管连接有冷却器13，加热再生相变装置8与冷却器13之间的蒸汽管上设有电磁阀Ⅱ20，冷却器13中设有蛇形管，蛇形管的两端循环设有冷却介质16，冷却器13底部设有冷凝水排水管。所述冷却器13上还设有两条通气管路，其一通气管路上设有气体压力控制阀19用于控制冷凝液排出冷却器时内部与外界压力差的装置，其二通气管路上设有电磁阀Ⅰ18并通过电磁阀Ⅰ18连接有防爆气体泵17，调节与控制加热再生相变装置8内的压力，满足氯化钙溶液再生条件。所述加热介质9为制冷剂，冷却介质16为温度比加热再生相变装置8产生的低压水蒸汽饱和温度低的冷却水，通常不超过40℃。
一种井下深部开采热环境除湿再生方法，其步骤为：
首先利用溶液除湿装置1的溶液喷淋设备向井下采煤巷道或掘进巷道进风口中的湿润空气喷洒氯化钙溶液，利用氯化钙溶液的吸水特性对温度超过26℃，相对湿度超过85％，速度不超过4m/s的高温高湿空气进行除湿，氯化钙溶液吸收空气中的水分后除湿溶液浓度降低形成稀释的氯化钙溶液，稀释的氯化钙溶液在防爆溶液泵Ⅰ6的作用下，先有经过阀门Ⅰ2、过滤器3和阀门Ⅱ5和阀门Ⅲ7，最终进入加热再生相变装置8；
稀释的氯化钙溶液利用加热再生相变装置8的蛇形管中的加热介质9加热为沸腾状态，随着水分的不断蒸发直至还原为初始状态的氯化钙溶液，水蒸气通过加热再生相变装置8上部的管路经过打开的电磁阀20进入冷却装置13，此时先打开阀门10，启动防爆溶液泵Ⅱ11，然后打开阀门12，还原为初始状态的氯化钙溶液顺着加热再生相变装置8底部的出液口后顺着管路流入溶液除湿装置1继续循环工作；根据加热介质9的温度调节防爆气体泵17工作时间，通常为50～60℃之间，正常运行5分钟即可达到除湿溶液的沸腾条件，进而控制加热再生相变装置8内的压力，压力降为10kPa时，对于的饱和温度降为45.8℃，使溶液在加热再生相变装置8能够发生沸腾产生蒸汽；
当冷却装置13中的水蒸气饱和后，关闭电磁阀20，冷却装置13内的水蒸气，利用蛇形管中的冷却介质16将蒸汽凝结生成凝结水，凝结水通过设置在冷却器13底部的排液管路排出，排液排出后打开电磁阀20，继续对蒸汽进行冷凝。
为避免冷却器13内的水排不出去，排液时先关闭电磁阀Ⅱ20、电磁阀Ⅰ18，打开气体压力控制阀19、排液阀Ⅱ15和排液阀Ⅰ14，凝结水排出后关闭排液阀Ⅰ14、排液阀Ⅱ15和电磁阀Ⅱ20，关闭排液气体压力控制阀19，打开电磁阀Ⅰ18，启动防爆气体泵17，当冷却器内压力达到加热再生相变装置8沸腾压力要求后打开电磁阀20，继续对除湿溶液还原产生的蒸汽进行冷凝，重复上述除湿溶液吸收高温高湿空气中水蒸汽，稀溶液低压沸腾汽化，蒸汽冷却凝结及排液过程。更换过滤器3时，打开阀门Ⅱ4，关闭阀门Ⅰ2和阀门Ⅱ5。
Claims (7)
1.一种井下深部开采热环境除湿再生系统，其特征在于：它包括溶液除湿装置（1），溶液除湿装置（1）为设置在井下采煤巷道或掘进巷道进风口中的多个单螺旋圆锥形喷头，溶液除湿装置（1）底部设有出液口，出液口通过管路与加热再生相变装置（8）连接，溶液除湿装置（1）与加热再生相变装置（8）之间的管路上顺序设有阀门Ⅰ（2）、过滤器（3）、旁路阀门（5）、防爆溶液泵Ⅰ（6）和阀门Ⅲ（7），其中阀门Ⅰ（2）的入口处和旁路阀门（5）的出口处管路上通过管路并联有阀门Ⅱ（4），利用单螺旋圆锥形喷头对进入的高温高湿空气喷洒氯化钙溶液吸收空气中的水蒸汽，从而降低空气的湿度并生成稀释的氯化钙溶液，稀释的氯化钙溶液利用设置在溶液除湿装置（1）上的出液口排出，最终通过管路进入加热再生相变装置（8）；
所述加热再生相变装置（8）为立式结构的螺旋缠绕壳管式换热器，与制冷机组一起设置在井下硐室，螺旋缠绕壳管式换热器内部设有螺旋管，螺旋管中循环设有加热介质（9），螺旋管的一端与矿用制冷压缩机的出口连接，另一端通过管路与制冷系统电子膨胀阀连接，加热再生相变装置（8）的外壳侧通过管路通入除湿后的稀氯化钙溶液，螺旋管没入稀氯化钙溶液中，螺旋管内的加热介质（9）加热再生相变装置（8）中的稀氯化钙溶液,加热再生相变装置（8）代替常规情况下矿用空调的冷凝器，无需再设置专用冷凝器，加热再生相变装置（8）回收井下矿用空调的冷凝废热或机电设备散热，利用回收热量对设置在加热再生相变装置（8）中的稀释的氯化钙溶液进行加热，水蒸发后氯化钙溶液浓度增加从而还原氯化钙溶液，利用加热再生相变装置（8）底部设置的出液口通过管路与溶液除湿装置（1）的多个单螺旋圆锥形喷头相连接，加热再生相变装置（8）与溶液除湿装置（1）之间的管路上设有防爆溶液泵Ⅱ（11），防爆溶液泵Ⅱ（11）的进出口两端分别设有阀门Ⅳ（10）和阀门Ⅵ（12）；
加热再生相变装置（8）顶部设有蒸汽管，并通过蒸汽管连接有冷却装置（13），加热再生相变装置（8）与冷却装置（13）之间的蒸汽管上设有电磁阀Ⅱ（20），冷却装置（13）中设有蛇形管，蛇形管的两端循环设有冷却介质（16），冷却装置（13）底部设有冷凝水排水管。
2.根据权利要求1所述的井下深部开采热环境除湿再生系统，其特征在于：所述冷却装置（13）上还设有两条通气管路，其一通气管路上设有气体压力控制阀（19）用于控制冷凝液排出冷却装置时内部与外界压力差的装置，其二通气管路上设有电磁阀Ⅰ（18）并通过电磁阀Ⅰ（18）连接有防爆气体泵（17），调节与控制加热再生相变装置（8）内的压力，满足氯化钙溶液再生条件。
3.根据权利要求1所述的井下深部开采热环境除湿再生系统，其特征在于：所述加热介质（9）为制冷剂，冷却介质（16）为温度比加热再生相变装置（8）产生的低压水蒸汽饱和温度低的冷却水，冷却水温度不超过40℃。
4.一种使用权利要求1所述井下深部开采热环境除湿再生系统的井下深部开采热环境除湿再生方法，其特征在于步骤为：
首先利用溶液除湿装置（1）的多个单螺旋圆锥形喷头向井下采煤巷道或掘进巷道进风口中的湿润空气喷洒氯化钙溶液，利用氯化钙溶液的吸水特性对温度超过26℃，相对湿度超过85%，速度不超过4m/s的高温高湿空气进行除湿，氯化钙溶液吸收空气中的水分后除湿溶液浓度降低形成稀释的氯化钙溶液，稀释的氯化钙溶液在防爆溶液泵Ⅰ（6）的作用下，先后经过阀门Ⅰ（2）、过滤器（3）和阀门Ⅱ（4）和阀门Ⅲ（7），最终进入加热再生相变装置（8）；
稀释的氯化钙溶液利用加热再生相变装置（8）的蛇形管中的加热介质（9）加热为沸腾状态，随着水分的不断蒸发直至还原为初始状态的氯化钙溶液，水蒸气通过加热再生相变装置（8）上部的管路经过打开的电磁阀Ⅱ（20）进入冷却装置（13），此时先打开阀门Ⅳ（10），启动防爆溶液泵Ⅱ（11），然后打开阀门Ⅵ（12），还原为初始状态的氯化钙溶液顺着加热再生相变装置（8）底部的出液口后顺着管路流入溶液除湿装置（1）继续循环工作；
当冷却装置（13）中的水蒸气饱和后，关闭电磁阀Ⅱ（20），冷却装置（13）内的水蒸气，利用蛇形管中的冷却介质（16）将蒸汽凝结生成凝结水，凝结水通过设置在冷却装置（13）底部的排液管路排出，排液排出后打开电磁阀Ⅱ（20），继续对蒸汽进行冷凝。
5.根据权利要求4所述的井下深部开采热环境除湿再生方法，其特征在于：根据加热介质（9）的温度调节防爆气体泵（17）工作时间，加热介质（9）的温度为50~60℃之间，防爆气体泵（17）正常运行5分钟即可达到除湿溶液的沸腾条件，进而控制加热再生相变装置（8）内的压力，压力降为10kPa时，对应的饱和温度降为45.8℃，使溶液在加热再生相变装置（8）能够发生沸腾产生蒸汽。
6.根据权利要求4所述的井下深部开采热环境除湿再生方法，其特征在于：为避免冷却装置（13）内的水排不出去，排液时先关闭电磁阀Ⅱ（20）、电磁阀Ⅰ（18），打开气体压力控制阀（19）、排液阀Ⅱ（15）和排液阀Ⅰ（14），凝结水排出后关闭排液阀Ⅰ（14）、排液阀Ⅱ（15）和电磁阀Ⅱ（20），关闭排液气体压力控制阀（19），打开电磁阀Ⅰ（18），启动防爆气体泵（17），当冷却装置内压力达到加热再生相变装置（8）沸腾压力要求后打开电磁阀Ⅱ（20），继续对除湿溶液还原产生的蒸汽进行冷凝，重复上述除湿溶液吸收高温高湿空气中水蒸汽，稀溶液低压沸腾汽化，蒸汽冷却凝结及排液过程。
7.根据权利要求4所述的井下深部开采热环境除湿再生方法，其特征在于：更换过滤器（3）时，打开阀门Ⅱ（4），关闭阀门Ⅰ（2）和阀门Ⅱ（4）。
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