CN201535176U - 矿井降温系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种矿井降温系统，包括地面制冷子系统和井下换热子系统，地面制冷子系统包括制冷压缩装置、冷凝装置、膨胀装置和蒸发冷凝装置，其中，井下换热子系统包括井下总换热器，井下总换热器的换热工质进口与蒸发冷凝装置的换热工质出口相连接，井下总换热器的换热工质出口与蒸发冷凝装置的换热工质进口相连接，还包括设置在井下需冷点上的终端换热器，所述终端换热器与井下总换热器通过连接管道实现各需冷点的降温，本实用新型节能环保，运行费用低、降温幅度5℃～50℃，可任意调节，制冷量大，效率高、降温幅度大，可任意调节，制冷量大，浅井、深井均可适用，还可及时监测、调度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种矿井降温系统。
背景技术
煤炭是我国的主要能源，在一次性能源结构中占70％左右，随着社会的发展和煤炭资源开发的日益加强，矿井的开采深度不断增大，目前，世界各主要采煤国都相继进入了深部开采阶段，随着开采深度的逐步增加，地温也随之升高，据全国矿井高温热害普查资料统计，我国目前已有65对矿井受到了不同程度的热害侵袭，其中38对矿井的采掘工作面气温超过了30℃，据我国煤田地温观测资料统计，百米地温梯度为2～4℃/100m，已探明的储量中，1000～2000m深处的煤炭储量占总储量的53.2％，国内外热害问题已越来越严重，已成为与矿井瓦斯、水、粉尘、顶板、火并列的六大灾害之一，热害已严重影响了井下作业人员的工作效率和矿山经济效益，甚至影响整个国民经济的可持续发展。
国内外普遍采用的矿井制冷降温系统主要有：
1.集中制冷降温系统：采用电或热联合制出冷水或乙二醇水溶液，通向井下各需热点，实现降温，按照制冷站所处位置不同，分为地面集中制冷、井下集中制冷和地面-井下联合三种方式，地面集中系统主要缺点是管路长、冷损大，需在井筒中安装大直径管道、高压载冷剂处理困难，如果采用制冰降温系统设备，其缺点是投资较大、冷损大、运行费用高以及输冰管路容易堵塞等；井下集中制冷主要缺点是需在井下开凿大断面硐室，对制冷设备要求严格、管理维护困难、排热不畅等；地面-井下联合是采用二次制冷，缺点是系统复杂、设备分散、管理困难；
2.局部制冷降温系统：该种降温方式一般只能服务一个工作面，缺点是投资大，降温效果差；
3.空气压缩制冷系统：该系统利用压缩空气经过涡轮绝热膨胀做功，缺点是制冷量太小，仅适合用于掘进工作面，如果应用于整个矿井则设备将非常庞大，且噪音高，运行费用不菲，需要大量的冷却水，不够经济。
因此，需要一种新型的矿井降温系统，能够弥补现有矿井降温设备的不足。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种矿井降温系统，能够弥补现有矿井降温设备的不足。
本实用新型的目的是提供一种矿井降温系统，所述系统包括地面制冷子系统和井下换热子系统，所述地面制冷子系统包括制冷压缩装置、冷凝装置、膨胀装置和蒸发冷凝装置，所述制冷压缩装置的进口与蒸发冷凝装置的出口相连接，所述蒸发冷凝装置的进口与膨胀装置的出口相连接，所述膨胀装置的进口与冷凝装置的出口相连接，所述冷凝装置的进口与制冷压缩装置的出口相连接；所述井下换热子系统包括井下总换热器，所述井下总换热器的换热工质进口与蒸发冷凝装置的换热工质出口相连接，所述井下总换热器的换热工质出口与蒸发冷凝装置的换热工质进口相连接，其特征在于：还包括设置在井下需冷点上的终端换热器，所述终端换热器的进口与设置在井下总换热器上的冷冻液出口相连接，所述终端换热器的出口与井下总换热器的冷冻液进口相连接。
进一步，还包括除湿装置，所述除湿装置与终端换热器相连接；
进一步，所述冷凝装置还包括冷却水循环系统，所述冷却水循环系统包括冷却塔、控制阀、冷却水过滤器、电子水处理仪、冷却水循环泵和止回阀，所述冷凝装置的冷却水出口通过止回阀与冷却塔的进口相连接，所述冷却塔的出口依次通过控制阀、冷却水过滤器、电子水处理仪、冷却水循环泵与冷凝装置的冷却水入口相连接；
进一步，所述冷却水循环系统还包括进水阀，所述冷却塔通过进水阀与外部供水管道相连通；
进一步，还包括监测控制子系统，所述监测控制子系统包括传感器和控制装置，所述传感器设置于井下各需冷点，所述传感器与控制装置电连接；
进一步，所述传感器包括干球温度传感器、湿球温度传感器和/或风速传感器；
进一步，所述蒸发冷凝装置与井下总换热器的闭合回路管道上设置有气液混合泵；
进一步，所述井下总换热器与换热器终端的连接管道上设置有冷却液循环及除渣装置；
进一步，所述地面制冷子系统和井下总换热器的换热工质为R134a、R22或NH3，所述终端换热器的冷冻液为经软化处理过的水、盐水、乙二醇水溶液或丙二醇水溶液；
进一步，所述井下换热子系统还包括局部通风风机，所述局部通风风机与终端换热器相连接，所述局部通风风机为轴流式或离心式。
本实用新型的有益效果是：
1.本系统包括地面制冷子系统、井下换热子系统和监测控制子系统的结构，通过终端换热器的设置，能够实现大范围网络布置，满足井下各个需冷点的需要；本系统的制冷机组安装在地面，机组的冷凝热在地面排放，维护管理方便；
2.现有矿井降温系统大多采用水、盐水或乙二醇水溶液输送至井下总换热器，温度范围一般在3℃，由于冷损较大，实际使用的冷冻水到达井下换热器时温度已大于10℃，温差小限制了换热效果，以致制冷量较小。本系统采用R134a、R22、NH3或混合工质等制冷剂作为载冷体，可以制取出-150℃～0℃的低温流体输送至井下，制冷量大大增加；
3.现有矿井降温系统的冷冻水通过冷冻水泵抽回到蒸发器，由于冷冻水量较大，能耗也较大，本系统采用R134a、R22、NH3或混合工质等制冷剂作为载冷体，经过井下换热子系统后，制冷剂吸热变为蒸汽，靠自身密度差便可自动回到井上蒸发器内，为确保回流正常还增加了气液混合泵，能耗大大降低；
4.现有的矿井降温系统降温后，井下冷空气湿度达到95％～100％，对井下工作人员的身心健康不利。本系统在终端换热器上增加了除湿装置，可根据需要调节环保湿度要求，改善了工作环境；
5.本系统通过监测控制子系统，可以将采集的各种信息传输至地面，以方便动态监测和及时调度；
6.本实用新型节能环保、功耗小、效率高、制冷量大和运行费用低。
本实用新型的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：
附图为本实用新型结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。
1-制冷压缩装置；2-冷凝装置；3-膨胀装置；4-蒸发冷凝装置；5-井下总换热器；6-终端换热器；7-除湿装置；8-冷却塔；9-控制阀；10-冷却水过滤器；11-电子水处理仪；12-冷却水循环泵；13-止回阀；14-进水阀；15-传感器；16-控制装置；17-冷却液循环及除渣装置；18-局部通风风机；19-绝热管路；20-气液混合泵；21-井下分站；22-地面调度指挥中心。
如图所示，本系统包括地面制冷子系统和井下换热子系统，地面制冷子系统包括制冷压缩装置1、冷凝装置2、膨胀装置3和蒸发冷凝装置4，制冷压缩装置1的进口与蒸发冷凝装置4的出口相连接，蒸发冷凝装置4的进口与膨胀装置3的出口相连接，膨胀装置3的进口与冷凝装置2的出口相连接，冷凝装置2的进口与制冷压缩装置1的出口相连接；井下换热子系统包括井下总换热器5，井下总换热器5的换热工质进口通过绝热管路19与蒸发冷凝装置4的换热工质出口相连接，井下总换热器的换热工质出口通过绝热管路19与蒸发冷凝装置4的换热工质进口相连接，绝热管路19的绝热方式可以采用堆积绝热、真空绝热、真空粉末绝热、真空多层绝热或高真空多层绝热，绝热管路上19上安装有检测装置。
在井下需冷点上根据需要设置有多个终端换热器6，终端换热器6的进口与设置在井下总换热器5上的冷冻液出口相连接，终端换热器6的出口与井下总换热器5的冷冻液进口相连接，在井下总换热器5与换热器终端6的连接管道上设置有冷却液循环及除渣装置17。
井下总换热器5与终端换热器6的冷冻液换热后，换热工质吸热蒸发，由液体变为气体，靠自身密度差便可自动回到蒸发冷凝装置4内，为确保回流和减低能耗，蒸发冷凝装置4与井下总换热器5的连接管道上设置有气液混合泵20。
每个终端换热器6上均连接有除湿装置7，除湿装置7可根据需要调节环保湿度，满足井下作业的要求，改善工作环境。
本系统还包括监测控制子系统，监测控制子系统包括传感器15和控制装置16，传感器设置于井下各需冷点，传感器15与控制装置16电连接，本实施例中，传感器15包括干球温度传感器、湿球温度传感器和风速传感器，在工作过程中，传感器可以将采集到热力学参数等各种信息传输至井下分站21，最后一并输送到地面指挥调度中心22，以方便动态监测和及时调度。
井下总换热器5的换热工质为R134a、R22、NH3或混合工质，终端换热器6的冷冻液为经软化处理过的水、盐水、乙二醇水溶液或丙二醇水溶液。
井下换热子系统还包括局部通风风机18，局部通风风机18与终端换热器6相连接，局部通风风机18采用轴流式或离心式，在工作过程中，终端换热器6通过局部通风风机18将冷冻风送入工作面、掘进面或井下其他需冷点。
冷凝装置2还包括冷却水循环系统，冷却水循环系统包括冷却塔8、控制阀9、冷却水过滤器10、电子水处理仪11、冷却水循环泵12和止回阀13，冷凝装置的冷却水出口通过止回阀13与冷却塔8的进口相连接，冷却塔8的出口依次通过控制阀9、冷却水过滤器10、电子水处理仪11、冷却水循环泵12与冷凝装置2的冷却水入口相连接。
冷却水循环系统还包括进水阀14，冷却塔8通过进水阀14与外部供水管道相连通，以方便补水。
本实用新型采用地面制冷、地面排热，能量来源可以根据情况利用电能、电厂余热、风能、太阳能或燃料电池等新型能源。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.矿井降温系统，所述系统包括地面制冷子系统和井下换热子系统，所述地面制冷子系统包括制冷压缩装置(1)、冷凝装置(2)、膨胀装置(3)和蒸发冷凝装置(4)，所述制冷压缩装置(1)的进口与蒸发冷凝装置(4)的出口相连接，所述蒸发冷凝装置(4)的进口与膨胀装置(3)的出口相连接，所述膨胀装置(3)的进口与冷凝装置(2)的出口相连接，所述冷凝装置(2)的进口与制冷压缩装置(1)的出口相连接；所述井下换热子系统包括井下总换热器(5)，所述井下总换热器(5)的换热工质进口与蒸发冷凝装置(4)的换热工质出口相连接，所述井下总换热器的换热工质出口与蒸发冷凝装置(4)的换热工质进口相连接，其特征在于：还包括设置在井下需冷点上的终端换热器(6)，所述终端换热器(6)的进口与设置在井下总换热器上的冷冻液出口相连接，所述终端换热器(6)的出口与井下总换热器(5)的冷冻液进口相连接。
2.根据权利要求1所述的矿井降温系统，其特征在于：还包括除湿装置(7)，所述除湿装置(7)与终端换热器(6)相连接。
3.根据权利要求1或2所述的矿井降温系统，其特征在于：所述冷凝装置(2)还包括冷却水循环系统，所述冷却水循环系统包括冷却塔(8)、控制阀(9)、冷却水过滤器(10)、电子水处理仪(11)、冷却水循环泵(12)和止回阀(13)，所述冷凝装置的冷却水出口通过止回阀(13)与冷却塔(8)的进口相连接，所述冷却塔(8)的出口依次通过控制阀(9)、冷却水过滤器(10)、电子水处理仪(11)、冷却水循环泵(12)与冷凝装置(2)的冷却水入口相连接。
4.根据权利要求3所述的矿井降温系统，其特征在于：所述冷却水循环系统还包括进水阀(14)，所述冷却塔(8)通过进水阀(14)与外部供水管道相连通。
5.根据权利要求4所述的矿井降温系统，其特征在于：还包括监测控制子系统，所述监测控制子系统包括传感器(15)和控制装置(16)，所述传感器设置于井下各需冷点，所述传感器(15)与控制装置(16)电连接。
6.根据权利要求5所述的矿井降温系统，其特征在于：所述传感器(15)包括干球温度传感器、湿球温度传感器和/或风速传感器。
7.根据权利要求6所述的矿井降温系统，其特征在于：所述蒸发冷凝装置(4)与井下总换热器(5)的连接的闭合回路管道上设置有气液混合泵(20)。
8.根据权利要求7所述的矿井降温系统，其特征在于：所述井下总换热器(5)与换热器终端(6)的连接管道上设置有冷却液循环及除渣装置(17)。
9.根据权利要求1所述的矿井降温系统，其特征在于：所述地面制冷子系统和井下总换热器(5)的换热工质为R134a、R22或NH3，所述终端换热器(6)的冷冻液为经软化处理过的水、盐水、乙二醇水溶液或丙二醇水溶液。
10.根据权利要求1所述的矿井降温系统，其特征在于：所述井下换热子系统还包括局部通风风机(18)，所述局部通风风机(18)与终端换热器(6)相连接，所述局部通风风机(18)为轴流式或离心式。
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