CN211781424U - 一种蓄能型回风余热多级回收的井筒防冻系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于煤矿供暖技术领域，具体涉及一种蓄能型回风余热多级回收的井筒防冻系统，其解决了现有回风余热利用技术节能效果不好，不能根据井筒防冻热负荷需求分段投入运行；不同回风利用技术结合的应用中初投资成本高，运行成本高，不经济的问题。本实用新型包括回风井、回风取热室、用于连接回风井和回风取热室的回风通道、第一热泵机组、第二热泵机组、蓄能水箱、进风井、设于进风井井口的井口加热房、一级换热系统、二级换热系统和升级换热系统。本实用新型多级换热，多种换热模式结合实现按需制热，系统性节能，运行费用更低，节能环保；实现了用电错峰运行，既降低了运行费用，还利国利民；设备配备小，初投资成本低。

Description

一种蓄能型回风余热多级回收的井筒防冻系统

技术领域

本实用新型属于煤矿供暖技术领域，具体涉及一种蓄能型回风余热多级回收的井筒防冻系统。

背景技术

现有的矿井回风余热利用技术，主要有三种不同的技术路线：

一、喷淋式取热:喷淋式取热存在取热量小，大量的煤粉尘在喷嘴上易积易堵，同时在回风温度低于10度以后，需要不断加抗冻剂，以保证能不断取热，运行成本高，且抗冻剂存在腐蚀等缺陷。

二、直接蒸发式取热:直接蒸发式取热因为回风中混有较多的粉尘会造成回风换热器容易被堵塞、回风换热器的风阻力较大的问题，同时直接蒸发式取热还存在单台蒸发器的换热面积较小，在回风温度较低时蒸发器结霜融霜会影响回风源热泵的制热效率，制约了直接蒸发式回风源热泵的应用与推广。

三、乙二醇溶液间壁式换热:采用乙二醇溶液作为载冷剂利用间壁式换热作为低温型水源热泵的热源。此种换热方式避免了上述两种技术路线存在的缺陷，但如果井筒防冻所需的热负荷大，需要对回风深度提热时，存在间壁式换热器融霜困难、清洗及运行成本较高的问题。

上述三种回风余热利用技术都存在一个节能率不高的问题，在部分场合应用时基本上属于节煤不节能，只是解决了采用燃煤锅替代问题，节能效益不明显。因此存在市场竞争力不强，推广难度大等问题，不能实现回风余热资源充分有效的利用。

目前有部分井口防冻系统采用上述两个技术组合，在实际应用中，煤矿的井口防冻负荷随着环境温度的变化而波动，因此为保证极端环境温度下的井口防冻要求，设备配置较大，有时还需要配有电锅炉作为辅助热源，初投资成本高，运行成本高，不经济。

实用新型内容

本实用新型要解决现有回风余热利用技术节能效果不好，不能根据井筒防冻热负荷需求分段投入运行，不能实现回风余热资源充分有效的利用；不同回风利用技术结合的应用中初投资成本高，运行成本高，不经济的问题，提供了一种蓄能型回风余热多级回收的井筒防冻系统。

本实用新型采用如下的技术方案实现：一种蓄能型回风余热多级回收的井筒防冻系统，包括回风井、回风取热室、用于连接回风井和回风取热室的回风通道、第一热泵机组、第二热泵机组、蓄能水箱、进风井、设于进风井井口的井口加热房、管路、一级换热系统、二级换热系统和升级换热系统；

回风取热室的起始端设有回风进风口，回风取热室的另一端设有回风出风口，回风取热室内自起始端至末端依次设有喷淋装置和间壁换热器，喷淋装置包括喷淋排和位于喷淋排下方的喷淋集水池，喷淋集水池设于回风取热室的底部；

回风通道的起始端与回风井连通，回风通道的末端与回风取热室的回风进风口连通，回风通道内设有主扇；

井口加热房的四周设有进风百叶窗，井口加热房内设有井口加热器，井口加热器的起始端设有进风口，井口加热器的末端设有出风口，井口加热器内自进风口至出风口依次设有防爆风机、第一换热器和第二换热器；

蓄能水箱包括热源侧和换热侧，热源侧的顶部设有热源侧进水口，热源侧的底部设有热源侧出水口，换热侧的顶部设有换热侧出水口，换热侧的底部设有换热侧进水口；蓄能水箱内设有布水器和集水器，布水器与热源侧进水口和换热侧出水口相连，集水器与热源侧出水口和换热侧进水口相连；

第一热泵机组包括第一蒸发器、第一冷凝器、压缩机和膨胀阀；

第二热泵机组包括第二蒸发器、第二冷凝器、压缩机和膨胀阀；

一级换热系统为回风取热室的喷淋装置与井口加热房的第一换热器通过管路连通，管路上设有第一热源循环泵；

二级换热系统为回风取热室的间壁换热器与第二热泵机组的第二蒸发器通过管路连通，管路上设有第二热源循环泵；第二热泵机组的第二冷凝器与蓄能水箱的热源侧通过管路连通，管路上设有蓄能循环泵；蓄能水箱的换热侧与井口加热房的第二换热器通过管路连通，管路上设有换热循环泵；

升级换热系统为回风取热室的喷淋装置与第一热泵机组的第一蒸发器通过管路连通，管路上设有第一热源循环泵；第一热泵机组的第一冷凝器与蓄能水箱的热源侧通过管路连通，管路上设有蓄能循环泵，蓄能水箱的换热侧与井口加热房的第二换热器通过管路连通，管路上设有换热循环泵。

进一步的，管路包括第二换热器进水管、第二换热器出水管、第一换热器出水管、第一换热器进水管、喷淋进水管，喷淋集水管、间壁换热器出水管、间壁换热器进水管、蓄能水箱热源侧进水管、蓄能水箱热源侧出水管、第一蒸发器进水管和第一蒸发器出水管；

喷淋集水管连通有第一换热器进水管和第一蒸发器进水管两个支路；

喷淋进水管连通有第一换热器出水管和第一蒸发器出水管两个支路；

蓄能水箱热源侧进水管连通有第一冷凝器的出水管和第二冷凝器的出水管两个支路；

蓄能水箱热源侧出水管连通有第一冷凝器的进水管和第二冷凝器的进水管两个支路；

回风取热室的喷淋集水池的出水口通过喷淋集水管和第一换热器进水管与井口加热房的第一换热器的进水口连通或者通过喷淋集水管和第一蒸发器进水管与第一热泵机组的第一蒸发器的进水口连通，喷淋集水管上设有第一热源循环泵，第一换热器进水管上设有第一进水切换阀，第一蒸发器进水管上设有第二进水切换阀；回风取热室的喷淋排通过第一换热器出水管和喷淋进水管与第一换热器的出水口连通或者通过第一蒸发器出水管和喷淋进水管与第一蒸发器的出水口连通，第一换热器出水管上设有第一出水切换阀，第一蒸发器出水管上设有第二出水切换阀；

回风取热室的间壁换热器的出水口与第二热泵机组的第二蒸发器的进水口通过间壁换热器出水管连通，间壁换热器出水管上设有第二热源循环泵，第二蒸发器的出水口与间壁换热器的进水口通过间壁换热器进水管连通；

蓄能水箱的热源侧进水口通过蓄能水箱热源侧进水管和第二热泵机组的第二冷凝器的出水管与第二冷凝器的出水口连通或者通过蓄能水箱热源侧进水管和第一热泵机组的第一冷凝器的出水管与第一冷凝器的出水口连通；蓄能水箱的热源侧出水口通过蓄能水箱热源侧出水管和第二冷凝器的进水管与第二冷凝器的进水口连通或者通过蓄能水箱热源侧出水管和第一冷凝器的进水管与第一冷凝器的进水口连通，蓄能水箱热源侧出水管上设有蓄能循环泵；

蓄能水箱的换热侧出水口与井口加热房的第二换热器的进水口通过第二换热器进水管连通，第二换热器进水管上设有换热循环泵，第二换热器的出水口与蓄能水箱的换热侧进水口通过第二换热器出水管连通。

进一步的，回风取热室的顶部设有旁通风口，旁通风口的一侧设有旁通风门；旁通风口位于间壁换热器与喷淋排之间的上方。

进一步的，蓄能水箱的顶部设有补水口，补水口通过管路与软化水装置连通。

进一步的，第二换热器进水管和第二换热器出水管通过管路连通，管路上设有用于控制第二换热器的进水温度的旁通调节阀。

进一步的，回风取热室的喷淋集水池的出水口位于喷淋集水池一侧的中下部， 喷淋集水池的底部设有污水口，污水口通过排污管与矿井井下的污水池连通，排污管上设有排污阀。

进一步的，回风取热室的喷淋排与间壁换热器之间设有挡水板。

进一步的，所述的第一热泵机组和第二热泵机组均为满液式水源热泵机组、干式水源热泵机组或降膜式水源热泵机组。

进一步的，回风通道设置两套，一用一备，回风通道中还设有回风扩散塔。

本实用新型相比现有技术的有益效果：

本实用新型可以根据井筒防冻热负荷需求分级投入运行，根据热负荷变化选择投入不同的换热系统（当热负荷较小时启用一级换热系统利用井口加热器的第一换热器对新风直接加热，当热负荷增加只使用一级换热不能满足井口防冻负荷时，则需同时启用一级换热系统和二级换热系统，间壁式换热器从回风中深度提热，利用井口加热器的第二换热器对新风再次加热；当热负荷继续增大，通过一级换热系统与升级换热系统的切换，启动升级换热系统，为井口加热器的第二换热器增加制热量，以满足井口防冻需求），实现按需制热，系统性节能，运行费用更低，多级换热，多种换热模式结合，可实现煤矿减煤减排，降低环境污染，节能环保；

当本系统在用电低谷时开启二级换热系统或升级换热系统的回风换热和热泵再加热，将经热泵加热升温后的热水储存在蓄能水箱内，当用电高峰时再启动一级换热系统或二级换热系统对新风进行加热，实现了用电错峰运行，既降低了运行费用，还利国利民；

一级换热系统利用回风余热通过第一换热器将新风直接加热，基本不耗电；二级换热系统和升级换热系统将回风余热的低温热源其作为热泵的热源，其比比直接采用电加热节能60%以上，可靠节能地从煤矿矿井回风中稳定取热，在保证井筒防冻功能的同时节能显著；

本实用新型设备配备小，初投资成本低。

附图说明

图1为本实用新型的原理示意图；

图中：1-井口加热房，2-进风百叶窗，3-进风井，4-井口加热器，5-第二换热器，6-第一换热器，7-防爆风机，8-换热循环泵，9-软化水装置，10-蓄能水箱，11-旁通调节阀，12-蓄能循环泵，13-第一热泵机组，13.1-第一蒸发器，13.2-第一冷凝器，14-第二热泵机组，14.1-第二蒸发器，14.2-第二冷凝器，15-第一出水切换阀，16-第二出水切换阀，17-第二热源循环泵，18-第一热源循环泵，19-第一进水切换阀，20-第二进水切换阀，21-排污阀，22-回风出风口，23-间壁换热器，24-旁通风口，25-旁通风门，26-挡水板，27-喷淋排，28-回风取热室，29-喷淋集水池，30-回风通道，31-主扇，32-回风井，33-第二换热器进水管，34-第二换热器出水管，35-第一换热器出水管，36-第一换热器进水管，37-喷淋集水管，38-喷淋进水管，39-间壁换热器出水管，40-间壁换热器进水管，41-蓄能水箱热源侧进水管，42-蓄能水箱热源侧出水管，43-第一蒸发器进水管，44-第一蒸发器出水管，45-回风进风口，46-进风口，47-出风口；

A1-热源侧进水口，A2-热源侧出水口，A3-换热侧进水口，A4-换热侧出水口，A5-布水器，A6-集水器，A7-补水口。

具体实施方式

结合附图说明，对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

参照图1，本实用新型提供了一种蓄能型回风余热多级回收的井筒防冻系统，包括回风井32、回风取热室28、用于连接回风井32和回风取热室28的回风通道30、第一热泵机组13、第二热泵机组14、蓄能水箱10、进风井3、设于进风井3井口的井口加热房1、管路、一级换热系统、二级换热系统和升级换热系统；

回风取热室28的起始端设有回风进风口45，回风取热室28的另一端设有回风出风口22，回风取热室28内自起始端至末端依次设有喷淋装置和间壁换热器23，喷淋装置包括喷淋排27和位于喷淋排27下方的喷淋集水池29，喷淋集水池29设于回风取热室28的底部；

回风通道30的起始端与回风井32连通，回风通道30的末端与回风取热室28的回风进风口45连通，回风通道30内设有主扇31；

井口加热房1的四周设有进风百叶窗2，井口加热房1内设有井口加热器4，井口加热器4的起始端设有进风口46，井口加热器4的末端设有出风口47，井口加热器4内自进风口至出风口依次设有防爆风机7、第一换热器6和第二换热器5；

蓄能水箱10包括热源侧和换热侧，热源侧的顶部设有热源侧进水口A1，热源侧的底部设有热源侧出水口A2，换热侧的顶部设有换热侧出水口A4，换热侧的底部设有换热侧进水口A3；蓄能水箱10内设有布水器A5和集水器A6， 布水器A5与热源侧进水口A1和换热侧出水口A4相连，集水器A6与热源侧出水口A2和换热侧进水口A3相连；

第一热泵机组13包括第一蒸发器13.1、第一冷凝器13.2、压缩机和膨胀阀；

第二热泵机组14包括第二蒸发器14.1、第二冷凝器14.2、压缩机和膨胀阀；

一级换热系统为回风取热室28的喷淋装置与井口加热房1的第一换热器6通过管路连通，管路上设有第一热源循环泵18；

二级换热系统为回风取热室28的间壁换热器23与第二热泵机组14的第二蒸发器14.1通过管路连通，管路上设有第二热源循环泵17；第二热泵机组14的第二冷凝器14.2与蓄能水箱10的热源侧通过管路连通，管路上设有蓄能循环泵12；蓄能水箱10的换热侧与井口加热房1的第二换热器5通过管路连通，管路上设有换热循环泵8；

升级换热系统为回风取热室28的喷淋装置与第一热泵机组13的第一蒸发器13.1通过管路连通，管路上设有第一热源循环泵18；第一热泵机组13的第一冷凝器13.2与蓄能水箱10的热源侧通过管路连通，管路上设有蓄能循环泵12，蓄能水箱10的换热侧与井口加热房1的第二换热器5通过管路连通，管路上设有换热循环泵8。

管路包括第二换热器进水管33、第二换热器出水管34、第一换热器出水管35、第一换热器进水管36、喷淋进水管38，喷淋集水管37、间壁换热器出水管39、间壁换热器进水管40、蓄能水箱热源侧进水管41、蓄能水箱热源侧出水管42、第一蒸发器进水管43和第一蒸发器出水管44；

喷淋集水管37连通有第一换热器进水管36和第一蒸发器进水管43两个支路；

喷淋进水管38连通有第一换热器出水管35和第一蒸发器出水管44两个支路；

蓄能水箱热源侧进水管41连通有第一冷凝器13.2的出水管和第二冷凝器14.2的出水管两个支路；

蓄能水箱热源侧出水管42连通有第一冷凝器13.2的进水管和第二冷凝器14.2的进水管两个支路；

回风取热室28的喷淋集水池29的出水口通过喷淋集水管37和第一换热器进水管36与井口加热房1的第一换热器6的进水口连通或者通过喷淋集水管37和第一蒸发器进水管43与第一热泵机组13的第一蒸发器13.1的进水口连通，喷淋集水管37上设有第一热源循环泵18，第一换热器进水管36上设有第一进水切换阀19，第一蒸发器进水管43上设有第二进水切换阀20；回风取热室28的喷淋排27通过第一换热器出水管35和喷淋进水管38与第一换热器6的出水口连通或者通过第一蒸发器出水管44和喷淋进水管38与第一蒸发器13.1的出水口连通，第一换热器出水管35上设有第一出水切换阀15，第一蒸发器出水管44上设有第二出水切换阀16；

回风取热室28的间壁换热器23的出水口与第二热泵机组14的第二蒸发器14.1的进水口通过间壁换热器出水管39连通，间壁换热器出水管39上设有第二热源循环泵17，第二蒸发器14.1的出水口与间壁换热器23的进水口通过间壁换热器进水管40连通；

蓄能水箱10的热源侧进水口A1通过蓄能水箱热源侧进水管41和第二热泵机组14的第二冷凝器14.2的出水管与第二冷凝器14.2的出水口连通或者通过蓄能水箱热源侧进水管41和第一热泵机组13的第一冷凝器13.2的出水管与第一冷凝器13.2的出水口连通；蓄能水箱10的热源侧出水口A2通过蓄能水箱热源侧出水管42和第二冷凝器14.2的进水管与第二冷凝器14.2的进水口连通或者通过蓄能水箱热源侧出水管42和第一冷凝器13.2的进水管与第一冷凝器13.2的进水口连通，蓄能水箱热源侧出水管42上设有蓄能循环泵12；

蓄能水箱10的换热侧出水口A4与井口加热房1的第二换热器5的进水口通过第二换热器进水管33连通，第二换热器进水管33上设有换热循环泵8，第二换热器5的出水口与蓄能水箱10的换热侧进水口A3通过第二换热器出水管34连通。

回风取热室28的顶部设有旁通风口24，旁通风口24的一侧设有旁通风门25；旁通风口24位于间壁换热器23与喷淋排27之间的上方；夏季无需井筒防冻时，关闭一级换热系统、二级换热系统和升级换热系统，启动喷淋排27，回风井32内的回风经回风通道30在喷淋排27的作用下降尘，降尘后的回风通过旁通风门25排放到室外，起到保护环境的作用。

蓄能水箱10的顶部设有补水口A7，补水口A7通过管路与软化水装置9连通，软化水装置9减少自来水中的钙镁离子，从而预防本系统管路内的水结垢。

第二换热器进水管33和第二换热器出水管34通过管路连通，管路上设有用于控制第二换热器5的进水温度的旁通调节阀11，当换热侧出水口A4的出水温度高时，打开旁通调节阀11使得第二换热器出水管34的冷水与换热侧出水口A4的热水进行混合降温，降温后再输送给第二换热器5。

回风取热室28的喷淋集水池29的出水口位于喷淋集水池29一侧的中下部， 喷淋集水池29的底部设有污水口，污水口通过排污管与矿井井下的污水池连通，排污管上设有排污阀21，喷淋排27的喷淋水与回风进行换热的同时带走回风中的灰尘，吸尘后喷淋水落入喷淋集水池29中并在喷淋集水池29的底部沉淀，打开排污阀21沉淀后的污泥经污水口排至污水池中。

回风取热室28的喷淋排27与间壁换热器23之间设有挡水板26，挡水板26的设置防止喷淋水进入间壁换热器23。

所述的第一热泵机组13和第二热泵机组14均为满液式水源热泵机组、干式水源热泵机组或降膜式水源热泵机组。

回风通道30设置两套，一用一备（为了矿井安全考虑，回风通道25为两个，结构和布置一致，一个投入使用，一个作为备用），回风通道30中还设有回风扩散塔；使得回风井32内的回风尽快扩散后从回风通道30的出风侧进入回风取热室28。

一级换热系统：打开第一进水切换阀19和第一出水切换阀15，关闭第二进水切换阀20和第二出水切换阀16；

一级换热系统：不仅对新风进行加热，还对回风进行除尘。

本实用新型的工作原理：

本实用新型充分实现了回风余热的梯度利用：本实用新型根据不同热负荷对进风井3的新风进行加热；当热负荷较小时，启用一级换热系统；当热负荷较大时，同时启用一级换热系统和二级换热系统，启用一级换热系统和二级换热系统不能满足热负荷的情况下，启动二级换热系统和升级换热系统补充更多的制热量，以满足极端气温条件下的井口防冻需求；

一级换热系统：打开第一进水切换阀19和第一出水切换阀15，关闭第二进水切换阀20和第二出水切换阀16；回风取热室28的喷淋排27喷出的相对低温的冷水在回风取热室28中与来自回风井32的矿井回风进行充分的热交换，低温的冷水在吸取了回风热量后温度升高，并在重力的作用下落入喷淋集水池29，升温后的水在第一热源循环泵18的作用下进入井口加热器4的第一换热器6内，进入第一换热器6内的热水与进入井口加热器4的新风进行热交换从而直接对进行加热，与新风热交换后第一换热器6内的热水降温，降温的冷水进入喷淋排27再次与矿井回风进行热交换，如此进行循环，只需要消耗少量电能即可满足井筒防冻要求；

二级换热系统：

回风换热：经过一级换热系统的喷淋排27除尘后的回风进入间壁换热器23，在第二热源循环泵17的作用下间壁换热器23内的低温载冷剂（低温溶液）与回风进一步热交换，热交换后的低温载冷剂升温，升温的载冷剂进入第二热泵机组14的第二蒸发器14.1作为第二热泵机组14的低温热源，在低温热源的作用下第二热泵机组14的制冷工质在第二蒸发器14.1中汽化成低温低压的蒸汽（汽化的过程中吸收进入第二蒸发器14.1的升温的载冷剂的热量），升温的载冷剂经第二蒸发器14.1后降温，降温后的载冷剂再进入间壁换热器23，如此循环；

热泵再加热：第二热泵机组14的制冷工质在第二蒸发器14.1中汽化成低温低压的蒸汽后经过压缩机变成高温高压的蒸汽后排入第二冷凝器14.2，第二热泵机组14的制冷工质在第二冷凝器14.2中对外放热（从而对进入第二冷凝器14.2的冷水进行加热）变为低温高压的液体，经膨胀阀节流减压后再次进入第二蒸发器14.1，如此循环；

加热新风：经第二热泵机组14的第二冷凝器14.2加热升温的水进入蓄能水箱10，然后在蓄能循环泵12的作用下进入井口加热器4内的第二换热器5，进入第二换热器5的升温的水与被第一换热器6预后的新风进行热交换从而降温，降温的水进入蓄能水箱10，如此进行循环；

升级换热系统：

回风换热：打开第二进水切换阀20和第二出水切换阀16，关闭第一进水切换阀19和第一出水切换阀15；回风取热室28的喷淋排27喷出的相对低温的冷水在回风取热室28中与来自回风井32的矿井回风进行充分的热交换，低温的冷水在吸取了回风热量后温度升高，并在重力的作用下落入喷淋集水池29，升温后的水在第一热源循环泵18的作用下进入第一热泵机组13的第一蒸发器13.1作为第一热泵机组13的低温热源，在低温热源的作用下第一热泵机组13的制冷工质在第一蒸发器13.1中汽化成低温低压的蒸汽（汽化的过程中吸收进入第一蒸发器13.1的升温的水的热量），升温的水经第一蒸发器13.1后降温，降温的水进入喷淋排27再次与矿井回风进行热交换，如此进行循环；

热泵再加热：第一热泵机组13的制冷工质在第一蒸发器13.1中汽化成低温低压的蒸汽后经过压缩机变成高温高压的蒸汽后排入第一冷凝器13.2，第一热泵机组13的制冷工质在第一冷凝器13.2中对外放热（从而对进入第一冷凝器13.2的冷水进行加热）变为低温高压的液体，经膨胀阀节流减压后再次进入第一蒸发器13.1，如此循环；

新风换热：同理二级换热系统的新风换热，经第一热泵机组13的第一冷凝器13.2加热升温的水进入蓄能水箱10，然后在蓄能循环泵12的作用下进入井口加热器4内的第二换热器5，进入第二换热器5的升温的水与被第一换热器6预后的新风进行热交换从而降温，降温的水进入蓄能水箱10，如此进行循环；

蓄能原理：本系统可以在用电低谷时，开启二级换热系统或升级换热系统的回风换热和热泵再加热，将经回风换热和热泵再加热的温度较高的水储存在蓄能水箱10内，当用电高峰时再启动二级换热系统或升级换热系统的新风换热对新风进行加热，从而更加节约用电，降低用电量。

本实用新型的有益之处：

本实用新型可以根据井筒防冻热负荷需求分级投入运行，根据热负荷变化选择投入不同的换热系统（当热负荷较小时启用一级换热系统利用井口加热器的第一换热器对新风直接加热，当热负荷增加只使用一级换热不能满足井口防冻负荷时，则需同时启用一级换热系统和二级换热系统，间壁式换热器从回风中深度提热，利用井口加热器的第二换热器对新风再次加热；当热负荷继续增大，通过一级换热系统与升级换热系统的切换，启动升级换热系统，为井口加热器的第二换热器增加制热量，以满足井口防冻需求），实现按需制热，系统性节能，运行费用更低，多级换热，多种换热模式结合，可实现煤矿减煤减排，降低环境污染，节能环保；

当本系统在用电低谷时开启二级换热系统或升级换热系统的回风换热和热泵再加热，将经热泵加热升温后的热水储存在蓄能水箱内，当用电高峰时再启动一级换热系统或二级换热系统对新风进行加热，实现了用电错峰运行，既降低了运行费用，还利国利民；

一级换热系统利用回风余热通过第一换热器将新风直接加热，基本不耗电；二级换热系统和升级换热系统将回风余热的低温热源其作为热泵的热源，其比比直接采用电加热节能60%以上，可靠节能地从煤矿矿井回风中稳定取热，在保证井筒防冻功能的同时节能显著；

本实用新型设备配备小，初投资成本低。

Claims (9)

1.一种蓄能型回风余热多级回收的井筒防冻系统，其特征在于：包括回风井（32）、回风取热室（28）、用于连接回风井（32）和回风取热室（28）的回风通道（30）、第一热泵机组（13）、第二热泵机组（14）、蓄能水箱（10）、进风井（3）、设于进风井（3）井口的井口加热房（1）、管路、一级换热系统、二级换热系统和升级换热系统；

回风取热室（28）的起始端设有回风进风口（45），回风取热室（28）的另一端设有回风出风口（22），回风取热室（28）内自起始端至末端依次设有喷淋装置和间壁换热器（23），喷淋装置包括喷淋排（27）和位于喷淋排（27）下方的喷淋集水池（29），喷淋集水池（29）设于回风取热室（28）的底部；

回风通道（30）的起始端与回风井（32）连通，回风通道（30）的末端与回风取热室（28）的回风进风口（45）连通，回风通道（30）内设有主扇（31）；

井口加热房（1）的四周设有进风百叶窗（2），井口加热房（1）内设有井口加热器（4），井口加热器（4）的起始端设有进风口（46），井口加热器（4）的末端设有出风口（47），井口加热器（4）内自进风口至出风口依次设有防爆风机（7）、第一换热器（6）和第二换热器（5）；

蓄能水箱（10）包括热源侧和换热侧，热源侧的顶部设有热源侧进水口（A1），热源侧的底部设有热源侧出水口（A2），换热侧的顶部设有换热侧出水口（A4），换热侧的底部设有换热侧进水口（A3）；蓄能水箱（10）内设有布水器（A5）和集水器（A6），布水器（A5）与热源侧进水口（A1）和换热侧出水口（A4）相连，集水器（A6）与热源侧出水口（A2）和换热侧进水口（A3）相连；

第一热泵机组（13）包括第一蒸发器（13.1）、第一冷凝器（13.2）、压缩机和膨胀阀；

第二热泵机组（14）包括第二蒸发器（14.1）、第二冷凝器（14.2）、压缩机和膨胀阀；

一级换热系统为回风取热室（28）的喷淋装置与井口加热房（1）的第一换热器（6）通过管路连通，管路上设有第一热源循环泵（18）；

二级换热系统为回风取热室（28）的间壁换热器（23）与第二热泵机组（14）的第二蒸发器（14.1）通过管路连通，管路上设有第二热源循环泵（17）；第二热泵机组（14）的第二冷凝器（14.2）与蓄能水箱（10）的热源侧通过管路连通，管路上设有蓄能循环泵（12）；蓄能水箱（10）的换热侧与井口加热房（1）的第二换热器（5）通过管路连通，管路上设有换热循环泵（8）；

升级换热系统为回风取热室（28）的喷淋装置与第一热泵机组（13）的第一蒸发器（13.1）通过管路连通，管路上设有第一热源循环泵（18）；第一热泵机组（13）的第一冷凝器（13.2）与蓄能水箱（10）的热源侧通过管路连通，管路上设有蓄能循环泵（12），蓄能水箱（10）的换热侧与井口加热房（1）的第二换热器（5）通过管路连通，管路上设有换热循环泵（8）。

2.根据权利要求1所述的一种蓄能型回风余热多级回收的井筒防冻系统，其特征在于：管路包括第二换热器进水管（33）、第二换热器出水管（34）、第一换热器出水管（35）、第一换热器进水管（36）、喷淋进水管（38），喷淋集水管（37）、间壁换热器出水管（39）、间壁换热器进水管（40）、蓄能水箱热源侧进水管（41）、蓄能水箱热源侧出水管（42）、第一蒸发器进水管（43）和第一蒸发器出水管（44）；

喷淋集水管（37）连通有第一换热器进水管（36）和第一蒸发器进水管（43）两个支路；

喷淋进水管（38）连通有第一换热器出水管（35）和第一蒸发器出水管（44）两个支路；

蓄能水箱热源侧进水管（41）连通有第一冷凝器（13.2）的出水管和第二冷凝器（14.2）的出水管两个支路；

蓄能水箱热源侧出水管（42）连通有第一冷凝器（13.2）的进水管和第二冷凝器（14.2）的进水管两个支路；

回风取热室（28）的喷淋集水池（29）的出水口通过喷淋集水管（37）和第一换热器进水管（36）与井口加热房（1）的第一换热器（6）的进水口连通或者通过喷淋集水管（37）和第一蒸发器进水管（43）与第一热泵机组（13）的第一蒸发器（13.1）的进水口连通，喷淋集水管（37）上设有第一热源循环泵（18），第一换热器进水管（36）上设有第一进水切换阀（19），第一蒸发器进水管（43）上设有第二进水切换阀（20）；回风取热室（28）的喷淋排（27）通过第一换热器出水管（35）和喷淋进水管（38）与第一换热器（6）的出水口连通或者通过第一蒸发器出水管（44）和喷淋进水管（38）与第一蒸发器（13.1）的出水口连通，第一换热器出水管（35）上设有第一出水切换阀（15），第一蒸发器出水管（44）上设有第二出水切换阀（16）；

回风取热室（28）的间壁换热器（23）的出水口与第二热泵机组（14）的第二蒸发器（14.1）的进水口通过间壁换热器出水管（39）连通，间壁换热器出水管（39）上设有第二热源循环泵（17），第二蒸发器（14.1）的出水口与间壁换热器（23）的进水口通过间壁换热器进水管（40）连通；

蓄能水箱（10）的热源侧进水口（A1）通过蓄能水箱热源侧进水管（41）和第二热泵机组（14）的第二冷凝器（14.2）的出水管与第二冷凝器（14.2）的出水口连通或者通过蓄能水箱热源侧进水管（41）和第一热泵机组（13）的第一冷凝器（13.2）的出水管与第一冷凝器（13.2）的出水口连通；蓄能水箱（10）的热源侧出水口（A2）通过蓄能水箱热源侧出水管（42）和第二冷凝器（14.2）的进水管与第二冷凝器（14.2）的进水口连通或者通过蓄能水箱热源侧出水管（42）和第一冷凝器（13.2）的进水管与第一冷凝器（13.2）的进水口连通，蓄能水箱热源侧出水管（42）上设有蓄能循环泵（12）；

蓄能水箱（10）的换热侧出水口（A4）与井口加热房（1）的第二换热器（5）的进水口通过第二换热器进水管（33）连通，第二换热器进水管（33）上设有换热循环泵（8），第二换热器（5）的出水口与蓄能水箱（10）的换热侧进水口（A3）通过第二换热器出水管（34）连通。

3.根据权利要求2所述的一种蓄能型回风余热多级回收的井筒防冻系统，其特征在于：回风取热室（28）的顶部设有旁通风口（24），旁通风口（24）的一侧设有旁通风门（25）；旁通风口（24）位于间壁换热器（23）与喷淋排（27）之间的上方。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种蓄能型回风余热多级回收的井筒防冻系统，其特征在于：蓄能水箱（10）的顶部设有补水口（A7），补水口（A7）通过管路与软化水装置（9）连通。

5.根据权利要求4所述的一种蓄能型回风余热多级回收的井筒防冻系统，其特征在于：第二换热器进水管（33）和第二换热器出水管（34）通过管路连通，管路上设有用于第二换热器（5）的进水温度的旁通调节阀（11）。

6.根据权利要求5所述的一种蓄能型回风余热多级回收的井筒防冻系统，其特征在于：回风取热室（28）的喷淋集水池（29）的出水口位于喷淋集水池（29）一侧的中下部， 喷淋集水池（29）的底部设有污水口，污水口通过排污管与矿井井下的污水池连通，排污管上设有排污阀（21）。

7.根据权利要求6所述的一种蓄能型回风余热多级回收的井筒防冻系统，其特征在于：回风取热室（28）的喷淋排（27）与间壁换热器（23）之间设有挡水板（26）。

8.根据权利要求7所述的一种蓄能型回风余热多级回收的井筒防冻系统，其特征在于：所述的第一热泵机组（13）和第二热泵机组（14）均为满液式水源热泵机组、干式水源热泵机组或降膜式水源热泵机组。

9.根据权利要求8所述的一种蓄能型回风余热多级回收的井筒防冻系统，其特征在于：回风通道（30）设置两套，一用一备，回风通道（30）中还设有回风扩散塔。

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