CN204345969U - 一种矿井降温和供热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种矿井降温和供热系统，该系统既能实现矿井降温，从而降低热害影响，也能够实现矿井的供热，从而实现矿井防冻。本方案提供的装置，利用矿井水作为冷源或者热源，对送入井口的空气进行降温或者供热处理，使得送入矿井内的空气达到设计要求，实现整体改善矿井空气温度和湿度的目的，相对于现有技术中在矿井内的工作地点进行局部降温的处理方式，可以在整体上改善矿井内的环境，有效降低矿井热害影响或者实现矿井防冻。

Description

一种矿井降温和供热系统

技术领域

本实用新型涉及矿井热害治理技术领域，特别涉及一种矿井降温和供热系统。

背景技术

随着我国煤炭需求的增加，浅部资源的逐渐减少，矿井开采深度的不断提高，矿井热害问题凸显。井下高温高湿的气候环境产生过高的热应力，破坏人体的热平衡，使人感到不舒适，甚至导致工作人员中暑，导致事故率增加，且生产率降低，严重影响煤炭安全生产。

为改善矿井内的劳动环境，提高劳动效率和安全效益，在使用通风降温不能有效解决热害问题时必须采用机械制冷降温的方法实现矿井降温，从而有效降低矿井热害问题造成的影响。

尤其是在夏季，夏季工作地点的温度要明显高于其他季节，夏季热害比其他季节更为严重，此时地面气候对井下气候有着显著的影响，通常情况下，夏季7、8月份地面空气热焓比冬季1、2月份高60kJ/kg。目前矿井降温方法通常采用水冷系统降温，在地面或井下设置制冷机组，制出低温冷冻水，将低温冷冻水通过管路输送到使用地点，最终通过安设的井下使用地点的空气冷却器对进入工作面的空气进行降温除湿，达到改善作业地点空气环境的目的。水冷系统可以起到一定的降温效果，但矿井占地面积大且用冷地点分散，集中布置制冷站将导致冷水输送管路过长，到达用冷地点后冷水输送管内的冷冻水温升较大，导致降温效果不能满足要求。

因此，如何降低矿井热害影响和实现矿井防冻，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种矿井降温和供热系统，以降低矿井热害影响和实现矿井防冻。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种矿井降温和供热系统，包括：

水源热泵机组，所述水源热泵机组的冷凝器的进水口与矿井水储水池通过第一管路连接，所述第一管路上设置有第一阀门和第一水泵，所述水源热泵机组的冷凝器的出水口与所述矿井水储水池通过第二管路连通，所述第二管路上设置有第二阀门；

设置在所述矿井的井口构筑物内的空气换热器；

一端与所述空气换热器的进水口连通，另一端与所述水源热泵机组的蒸发器的出水口连通的第三管路，所述第三管路上设置有第三阀门；

一端与所述空气换热器的出水口连通，另一端与所述蒸发器的进水口连通的第四管路，所述第四管路上设置有第四阀门；

一端与所述第一阀门和所述水源热泵机组之间的所述第一管路连通的第五管路，所述第五管路的另一端与所述第三阀门和所述空气换热器之间第三管路连通，所述第五管路上设置有第五阀门；

一端与所述第一阀门和所述矿井水储水池之间的所述第一管路连接的第六管路，所述第六管路的另一端与所述第三阀门和所述水源热泵机组之间的第三管路连通，所述第六管路上设置有第六阀门；

一端与所述第二阀门和所述水源热泵机组之间的第二管路连通的第七管路，所述第七管路的另一端与所述第四阀门和所述空气换热器之间的第四管路连通，所述第七管路上设置有第七阀门；

一端与所述第二阀门和所述矿井水储水池之间的所述第二管路连通的第八管路，所述第八管路的另一端与所述第四阀门和所述水源热泵机组之间的第四管路连通，所述第八管路上设置有第八阀门；

第三水泵，所述第三水泵设置在所述空气换热器与所述水源热泵机组之间的第四管路上。

优选的，在上述矿井降温和供热系统中，所述板式换热器与所述矿井水储水池之间的第一管路上设置有第二水泵。

优选的，在上述矿井降温和供热系统中，所述第二水泵为冷却水泵。

优选的，在上述矿井降温和供热系统中，所述空气换热器的个数为多个，且所述空气换热器均匀布置在所述矿井的井口。

优选的，在上述矿井降温和供热系统中，所述空气换热器为表面式空气换热器。

优选的，在上述矿井降温和供热系统中，所述第三水泵为冷冻水泵。

从上述技术方案可以看出，本实用新型提供的矿井降温和供热系统，该系统既能实现矿井降温，从而降低热害影响，也能够实现矿井的供热，从而实现矿井井口防冻。本方案提供的装置，利用矿井水作为水源热泵机组的冷源或者热源，实现了余热的回收利用。矿井的降温过程为：开启第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门，关闭第五阀门、第六阀门、第七阀门和第八阀门，开启第一水泵、第三水泵和水源热泵机组，通过第一水泵将矿井水储水池中的矿井水通过第一管路泵入水源热泵机组，水源热泵机组的蒸发器对矿井水进行降温处理获得冷冻水，冷冻水经过第三管路流入空气换热器，空气换热器对进入矿井的空气进行降温和除湿处理，空气换热器内的冷冻水吸收热量后，温度上升，通过第四管路由第三水泵泵回水源热泵机组的蒸发器，蒸发器对冷冻水再次进行冷却，重复上述过程，通过井口的空气换热器对送入井下的空气进行降温和除湿处理，从而送入井下的气体温度和湿度均相对较低，可以达到有效的对矿井除湿降温目的；矿井的供热过程为：开启第五阀门、第六阀门、第七阀门和第八阀门，关闭第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门，开启第一水泵、第三水泵和水源热泵机组，水源热泵机组的蒸发器通过板式换热器吸收矿井水的热量对冷凝器内的循环水进行加热，加热完成的循环水通过第六管路进入第三管路，进而进入空气换热器，空气换热器对井口空气进行加热，空气换热器内的循环水温度下降，通过第三水泵由第四水管泵回水源热泵机组进行加热，循环此过程，供热过程中利用矿井水中的余热，提高了能量的利用率。本方案提供的装置，水源热泵机组通过矿井水作为冷源或者热源，对送入井口的空气进行降温或者供热处理，使得送入矿井内的空气达到安全生产的要求，对矿井进行整体的降温或者升温处理，相对于现有技术中在矿井内的工作地点进行局部降温或者升温的处理方式，可以在整体上改善矿井内的环境，有效降低矿井热害影响和实现矿井防冻。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的矿井降温和供热系统的结构示意图。

1、水源热泵机组，2、第一管路，3、第二管路，4、第一水泵，5、第三管路，6、空气换热器，7、第四管路，8、第一阀门，9、第二阀门，10、第三阀门，11、第四阀门，12、第五管路，13、第五阀门，14、第六管路，15、第六阀门，16、第七管路，17、第七阀门，18、第八管路，19、第八阀门，20、板式换热器，21、第二水泵，22、第三水泵，23、矿井水储水池。

具体实施方式

本实用新型公开了一种矿井降温和供热系统，以降低矿井热害影响和实现矿井防冻。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的矿井降温和供热系统的结构示意图。

一种矿井降温和供热系统，包括：水源热泵机组1，水源热泵机组1的冷凝器的进水口与矿井水储水池23通过第一管路2连接，第一管路2上沿水的输送方向依次设置有第一水泵4、板式换热器20和第一阀门8，利用矿井水作为水源热泵机组1的冷源或者热源，水源热泵机组1的冷凝器的出水口与矿井水储水池23通过第二管路3连通，第二管路3与板式换热器20连通，第二管路3上设置有第二阀门9；设置在矿井的井口构筑物内的空气换热器6；一端与空气换热器6的进水口连通，另一端与水源热泵机组1的蒸发器的出水口连通的第三管路5，第三管路5上设置有第三阀门10；一端与空气换热器6的出水口连通，另一端与蒸发器的进水口连通的第四管路7，第四管路7上设置有第四阀门11；一端与第一阀门8和水源热泵机组1之间的第一管路2连通的第五管路14，第五管路14的另一端与第三阀门10和空气换热器6之间第三管路5连通，第五管路14上设置有第五阀门13；一端与第一阀门8和板式换热器20之间的第一管路2连接的第六管路12，第六管路12的另一端与第三阀门10和水源热泵机组1之间的第三管路5连通，第六管路12上设置有第六阀门13；一端与第二阀门9和水源热泵机组1之间的第二管路3连通的第七管路16，第七管路16的另一端与第四阀门11和空气换热器6之间的第四管路7连通，第七管路16上设置有第七阀门17；一端与第二阀门9和板式换热器20之间的第二管路3连通的第八管路18，第八管路18的另一端与第四阀门11和水源热泵机组1之间的第四管路7连通，第八管路18上设置有第八阀门19；第三水泵22，第三水泵设置在空气换热器6与水源热泵机组1之间的第四管路7上。

本方案提供的系统既可以实现对矿井的降温也可以实现对矿井的供热，本方案提供的装置利用水源热泵机组且将矿井水作为水源热泵机组的冷源或者热源，获得的冷冻水或者升温的循环水通过第三管路进入设置在矿井口的空气换热器，空气换热器对进入矿井的空气进行降温或者升温处理，使得送入井口的空气满足矿井安全生产的需要，整体上改善矿井内的温度，达到整体改善矿井内的环境的目的，相对于现有技术中在作用地点进行局部降温或者升温的措施，在夏季可以有效降低热害影响，在冬季可以有效避免矿井内发生冻结。

水源热泵机组1包括：蒸发器、冷凝器、压缩机和膨胀阀。

本方案提供的系统的降温过程为：开启第一阀门8、第二阀门9、第三阀门10和第四阀门11，关闭第五阀门13、第六阀门15、第七阀门17和第八阀门19，开启第一水泵4、第三水泵22和水源热泵机组1，将矿井水储水池23中的矿井水泵入第一管路2，水由第一管路2进入水源热泵机组1，水源热泵机组1的蒸发器对矿井水进行降温获得冷冻水，冷冻水通过第三管路5进入空气换热器6，空气换热器6对进入矿井的空气进行降温除湿处理，经过处理的空气进入矿井对矿井内部环境进行整体的降温处理。吸收热量后的空气交换器6内的冷冻水温度上升，升温后的冷冻水由第四管路7通过第三水泵22泵回水源热泵机组1的蒸发器再次进行冷却，如此循环。

在降温的过程中，在空气进入矿井前对进入矿井的空气进行降温除湿和处理，一方面降低了进入矿井内的空气的温度，可以从整体上降低矿井内的空气温度，另一方面在井口处除湿，减少了由空气携带进入矿井内的水分含量，从而在根本上有效起到了降温除湿的目的。

本方案提供的系统的供热过程为：开启第五阀门13、第六阀门15、第七阀门17和第八阀门19，关闭第一阀门8、第二阀门9、第三阀门10和第四阀门11，开启第一水泵4、第三水泵22和水源热泵机组1，将矿井水储水池23中的矿井水泵入第一管路2，矿井水由第一管路进入水源热泵机组1，水源热泵机组1的蒸发器通过板式换热器吸收矿井水的热量对冷凝器内的循环水进行加热，循环水升温后通过第六管路14进入第三管路5，然后由第三管路5进入空气换热器6，空气换热器6对进入矿井的空气进行升温处理，加热矿井内的空气，当空气换热器6内的矿井水温度下降时，空气换热器6内的循环水在第三水泵22的作用下由第四管路7泵回水源热泵机组1，水源热泵机组1的蒸发器再次通过板式换热器20吸收由第一水泵4泵入的矿井水的热量对冷凝器内的循环水进行加热处理，重复上述过程。

本方案提供的装置，利用矿井涌水为水源热泵机组1提供热量，实现了矿井余热的有效利用，降低了能量的损耗，减少了污染。

本方案提供的系统充分利用了矿井水的冷量和热量，使水源热泵机组1的能效大幅度提高，成本是传统水冷系统投资的30-40％，节省运行电费60-80％，提高了能量利用率，节能环保，并能提高矿井电厂实现热电冷联产运行后的综合经济效益。

为了进一步保证降温除湿或者加热的效果，空气换热器6设置在井口的构筑物内，与构筑物形成一体化结构，构筑物的所有入口设置风门，且对井架处进行封闭，使进入井下的风流只能从空气换热器6的末端进入井下，保证矿井的降温除湿或者加热的效果。

空气换热器6采用多个模块式换热器组成，每个换热模块包括管束、翅片、外壳构架和可调节百叶窗。

在降温的过程中，通过水源热泵机组1对矿井水进行降温获得温度为5-7℃的冷冻水，冷冻水进入空气换热器6的进水管，然后分配进入空气换热器6的各个模块的管束内，与管束外的进风流进行充分的热交换。空气换热器6内管束与空气进行热交换后，井口的空气温度下降至18-22℃，湿度为原来的60-80％，空气进入井筒，分配进入各个采掘面，当冷冻水的温度由5-7℃上升至10-12℃，冷冻水返回水源热泵机组1内进行再次冷却，如此循环。

在供热过程中，通过水源热泵机组1对冷凝器内的循环水进行升温处理，得到温度为40-45℃的循环水，循环水进入空气换热器6的进水管，然后分配进入空气换热器6的各个模块的管束内，与管束外的进风流进行充分的热交换。空气换热器6内管束与空气进行热交换后，井口空气温度上升到2℃以上，空气进入井筒，分配进入各个采掘面，当循环水的温度由40-45℃下降至35-40℃，循环水返回水源热泵机组1内进行再次升温，如此循环。

为了进一步优化上述技术方案，在本实用新型的一具体实施例中，设置在第一水泵4与矿井水储水池23之间的板式换热器20，第一阀门8和第二阀门9设置在板式换热器20的出水口端。板式换热器20将矿井水出水池23与水源热泵机组1隔开，可以对矿井水进行第一处理，减少矿井水内腐蚀性氯离子、游离二氧化碳和溶解氧的量，降低了对水源热泵机组1内金属管道的腐蚀程度。板式换热器20采用不锈钢板式换热器或者钛板板式换热器。本方案也可以采用容积式换热器。

为了保证矿井水在管路中的持续流动，板式换热器20与矿井水储水池23之间的第一管路2上设置有第二水泵21，第一水泵4和第二水泵21为矿井水的流动提供了循环动力，提高了矿井水升温或者降温的处理速度，提高了工作效率。

为了进一步优化上述技术方案，在本实用新型的一具体实施例中，第二水泵21为冷却水泵。优选的，本方案中的系统需要配备5台冷却水泵，其中4台正常工作，1台备用，本方案中采用的冷却水泵的规格为：水泵流量为850m³/h，水泵电功率为110kw，水泵扬程为32m。

为了保证空气的冷却或者加热效果，空气换热器6的个数为多个，且空气换热器6均匀布置在矿井的井口，可以对矿井口各处的空气进行均匀降温或者升温处理，且能够有效保证空气被有效冷却或者升温。

为了降低工程难度，空气换热器6为表面式空气换热器，本方案中的空气换热器6为无动力空气换热器，即在空气换热器6与井口之间没有设置风机和电力驱动设备，主要利用矿井通风机在井口形成的负压，在一定程度上节约了能源，且满足井口防爆要求。

为了进一步优化上述技术方案，在本实用新型的一具体实施例中，第三水泵22为冷冻水泵，冷冻水泵具有较大的扬程。优选的，本方案中的系统需要配备5台冷冻水泵，其中4台正常工作，1台备用。本方案中采用的冷冻水泵的规格为：水泵流量为1100m³/h，水泵电功率表为160kw，水泵扬程为38m。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种矿井降温和供热系统，其特征在于，包括：

水源热泵机组(1)，所述水源热泵机组(1)的冷凝器的进水口与矿井水储水池(23)通过第一管路(2)连接，所述第一管路(2)上沿水的输送方向依次设置有第一水泵(4)、板式换热器(20)和第一阀门(8)，所述水源热泵机组(1)的冷凝器的出水口与所述矿井水储水池(23)通过第二管路(3)连通，所述第二管路(3)与所述板式换热器(20)连通，所述第二管路(3)上设置有第二阀门(9)；

设置在所述矿井的井口构筑物内的空气换热器(6)；

一端与所述空气换热器(6)的进水口连通，另一端与所述水源热泵机组(1)的蒸发器的出水口连通的第三管路(5)，所述第三管路(5)上设置有第三阀门(10)；

一端与所述空气换热器(6)的出水口连通，另一端与所述蒸发器的进水口连通的第四管路(7)，所述第四管路(7)上设置有第四阀门(11)；

一端与所述第一阀门(8)和所述水源热泵机组(1)之间的所述第一管路(2)连通的第五管路(14)，所述第五管路(14)的另一端与所述第三阀门(10)和所述空气换热器(6)之间第三管路(5)连通，所述第五管路(14)上设置有第五阀门(15)；

一端与所述第一阀门(8)和所述板式换热器(20)之间的所述第一管路(2)连接的第六管路(12)，所述第六管路(12)的另一端与所述第三阀门(10)和所述水源热泵机组(1)之间的第三管路(5)连通，所述第六管路(12)上设置有第六阀门(13)；

一端与所述第二阀门(9)和所述水源热泵机组(1)之间的第二管路(3)连通的第七管路(16)，所述第七管路(16)的另一端与所述第四阀门(11)和所述空气换热器(6)之间的第四管路(7)连通，所述第七管路(16)上设置有第七阀门(17)；

一端与所述第二阀门(9)和所述板式换热器(20)之间的所述第二管路(3)连通的第八管路(18)，所述第八管路(18)的另一端与所述第四阀门(11)和所述水源热泵机组(1)之间的第四管路(7)连通，所述第八管路(18)上设置有第八阀门(19)；

第三水泵(22)，所述第三水泵设置在所述空气换热器(6)与所述水源热泵机组(1)之间的第四管路(7)上。

2.根据权利要求1所述的矿井降温和供热系统，其特征在于，所述板式换热器(20)与所述矿井水储水池(23)之间的第一管路(2)上设置有第二水泵(21)。

3.根据权利要求2所述的矿井降温和供热系统，其特征在于，所述第二水泵(21)为冷却水泵。

4.根据权利要求1所述的矿井降温和供热系统，其特征在于，所述空气换热器(6)的个数为多个，且所述空气换热器(6)均匀布置在所述矿井的井口。

5.根据权利要求1所述的矿井降温和供热系统，其特征在于，所述空气换热器(6)为表面式空气换热器。

6.根据权利要求1所述的矿井降温和供热系统，其特征在于，所述第三水泵(22)为冷冻水泵。