CN219735659U - 一种深度利用回风余热的井筒防冻系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种深度利用回风余热的井筒防冻系统，属于煤矿供暖技术领域；该系统包括回风井、回风通道、低温水源热泵、制冰热泵、进风井；回风井与回风通道相连接，回风通道内设置有喷淋取热装置，喷淋取热装置的热源通过管路分别与低温水源热泵、制冰热泵相连接，低温水源热泵的冷凝器和制冰热泵的冷凝器均作为井口空气加热装置，直接用于取热后对进风井口空气进行加热；本实用新型可以根据井筒防冻热负荷需求分级投入运行，充分有效的利用回风余热资源，可靠节能地从煤矿矿井回风中稳定取热，节能显著，保证井筒防冻功能。

Description

一种深度利用回风余热的井筒防冻系统

技术领域

本实用新型属于煤矿供暖技术领域，具体为一种深度利用回风余热的井筒防冻系统。

背景技术

现有的煤矿用回风余热利用技术，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，在回风温度低于10℃以后，需要不断加抗冻剂，才能保证能不断从回风中取热，存在着吸收热量有限的问题。在部分矿井，特别是北方的煤矿中，回风温度不高但用热量需求较大的场合，本系统运行成本高，易造成热泵或井口加热器冻坏等问题。

二、直接蒸发式取热：直接蒸发式回风取热技术因为回风中混有较多的粉尘会造成回风换热器被堵塞、回风换热器风阻力较大的问题，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低温热源的来源。此种间壁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，同时因为回风中存在较多的粉尘会造成间壁换热器被堵塞的问题，影响主扇的安全运行。

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炉替代问题，节能效益不明显，或对主扇的安全运行存在一定的隐患。因此存在市场竞争力不强，推广难度大等问题，不能实现煤矿的回风余热资源充分有效地利用。

实用新型内容

本实用新型克服了现有技术的不足，提出一种深度利用回风余热的井筒防冻系统，解决回风余热资源不能得到有效充分利用的问题。

为了达到上述目的，本实用新型是通过如下技术方案实现的。

一种深度利用回风余热的井筒防冻系统，包括回风井、回风通道、低温水源热泵、制冰热泵、井口空气加热装置、进风井；所述回风井与回风通道相连接，所述回风通道内设置有喷淋取热装置，所述喷淋取热装置的热源通过管路分别与低温水源热泵、制冰热泵相连接，所述低温水源热泵的冷凝器和制冰热泵的冷凝器作为井口空气加热装置用于取热后对进风井口空气进行加热。

进一步的，还包括集中沉淀水池，所述集中沉淀水池内设置有依次排列的蓄水池、沉淀池清水侧、沉淀池污水侧；所述蓄水池与沉淀池清水侧、沉淀池清水侧与沉淀池污水侧之间通过隔板分隔且顶部连通；所述喷淋取热装置的热源出口通过喷淋集水管与沉淀池污水侧相连接，所述沉淀池清水侧通过管路与制冰热泵相连接，所述蓄水池通过管路与低温水源热泵相连接，所述低温水源热泵的冷源出口通过管路与喷淋取热装置的喷淋水管相连接。

进一步的，所述制冰热泵包括制冰热泵冷凝器、第二压缩机、第二壳管式蒸发器和第二膨胀阀；第二壳管式蒸发器的制冷工质管路与第二压缩机相连接，第二压缩机与制冰热泵冷凝器相连接，制冰热泵冷凝器液体管路通过第二膨胀阀与第二壳管式蒸发器相连接。

更进一步，所述第二壳管式蒸发器与贮冰池相连接。

进一步的，所述低温水源热泵包括水源热泵冷凝器、第一压缩机、第一壳管式蒸发器和第一膨胀阀；第一壳管式蒸发器的制冷工质管路与第一压缩机相连接，第一压缩机与水源热泵冷凝器相连接，水源热泵冷凝器液体管路通过第一膨胀阀与第一壳管式蒸发器相连接。

进一步的，所述喷淋取热装置设置在回风通道的回风出风口一侧，所述的喷淋取热装置包括挡水板、喷淋水管、喷淋排、喷淋集水管和喷淋集水池；所述挡水板位于与回风出风口相邻的一侧，喷淋排位于远离回风出风口一侧，所述喷淋水管与喷淋排相连接，所述喷淋集水池位于喷淋排的下方。

进一步的，沉淀池污水侧通过排污泵与排污管相连接。

进一步的，沉淀池清水侧与制冰热泵相连接的管路上设置有第二循环泵；蓄水池与低温水源热泵相连接的管路上设置有第一循环泵。

进一步的，所述回风通道内设置有主扇，所述主扇位于回风井排风口和喷淋取热装置之间。

本实用新型相对于现有技术所产生的有益效果为：

本实用新型综合现有煤矿回风余热利用技术不能根据井筒防冻热负荷需求分段投入运行，或回风易堵塞影响后续运行等不同回风利用技术路线存在的优缺点，回风余热资源不能得到有效充分地利用的问题，提供了一种系统综合能耗低且换热效率高，换热方式不增加回风阻力，不影响主扇运行，不受使用地域限制并可节约大量能源，降低环境污染的回风余热深度利用的井筒防冻系统。

本实用新型可以根据井筒防冻热负荷需求分段投入运行，在环境温度相对较高且井筒防冻负荷较小时，直接利用喷淋取热装置回收回风中的热量，通过低温水源热泵，将新风加热至满足井筒防冻需要，在环境温度较低且井筒防冻负荷较大时，同时开启低温水源热泵、制冰热泵，从回风中深度取热，同时利用低温水源热泵及制冰热泵加热新风，同时因为采用了低温喷淋取热，可以回收回风中的显热和潜热，对于因吸收回风潜热而在载冷剂系统中增加的水分，可以采用制冰热泵制取冰晶，实现载冷剂系统中的水分降低，从而实现回风余热安全运行，因此可充分有效地利用回风余热资源。

本实用新型可以根据井筒防冻热负荷需求分级投入运行，其中一级水源热泵利用回风余热换热后的冷水利用水源热泵系统将新风加热，二级制冰热泵将换热后的冷水制冷作为低温热源，利用制冰热泵系统将新风直接加热，因为利用的喷淋式取热，可以在低风阻的情况下，实现了以回风为热源，实现了取全热，从而不影响主扇的正常运行，无需融霜和清洗间壁换热器，系统中的载冷剂可以是水或防冻剂，均以回风余热作为热源，比直接采用电加热节能60%以上。本实用新型可充分有效的利用回风余热资源，可实现煤矿减煤减排，降低环境污染，节能环保；可靠节能地从煤矿矿井回风中稳定取热，节能显著，保证井筒防冻功能。

附图说明

图1为本实用新型所述深度利用回风余热的井筒防冻系统的结构示意图。

图中，1-井口加热房、2-进风井、3-低温水源热泵冷凝器、4-制冰热泵冷凝器、5-第一压缩机、6-第一壳管式蒸发器、7-第一膨胀阀、8-第一循环泵、9-第二压缩机、10-第二膨胀阀、11-第二壳管式蒸发器、12-贮冰池、13-第二循环泵、14-蓄水池、15-回风出风口、16-挡水板、17-喷淋水管、18-喷淋排、19-喷淋集水管、20-集中沉淀水池、21-沉淀池清水侧、22-沉淀池污水侧、23-排污泵、24-排污管、25-回风通道、26-主扇、27-回风井、28-喷淋集水池。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。下面结合实施例及附图详细说明本实用新型的技术方案，但保护范围不被此限制。

本实施例提出一种深度利用回风余热的井筒防冻系统，参见图1，由右到左，依次为回风井27、回风通道25、集中沉淀水池20、低温水源热泵、制冰热泵、井口加热房1、进风井2；回风井27与回风通道25相连接，所述回风通道25内设置有喷淋取热装置，所述喷淋取热装置的热源通过管路分别与低温水源热泵、制冰热泵相连接，所述低温水源热泵、制冰热泵均与井口加热房1相连接，用于取热后对进风井2的进口空气进行加热，井口加热房1与进风井2相连接。回风通道25内设置有主扇26，所述主扇26位于回风井27排风口和喷淋取热装置之间。

具体的，其中低温水源热泵包括水源热泵冷凝器3、第一压缩机5、第一壳管式蒸发器6和第一膨胀阀7；第一壳管式蒸发器6的制冷工质管路与第一压缩机5相连接，第一压缩机5与水源热泵冷凝器3相连接，水源热泵冷凝器3液体管路通过第一膨胀阀7与第一壳管式蒸发器6相连接。制冷工质在第一壳管式蒸发器6中汽化成低温低压的蒸汽，经过第一压缩机5压缩后变成高温高压的蒸汽后排入水源热泵冷凝器3，在水源热泵冷凝器3中放热，变为低温高压的液体，经第一膨胀阀6节流降压，再次进入第一壳管式蒸发器6吸收汽化变成低温低压的气态制冷剂，吸入第一压缩机5达到循环制热的目的。制冷工质在低温水源热泵系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程构成一个完整的制冷循环。

制冰热泵包括制冰热泵冷凝器4、第二压缩机9、第二壳管式蒸发器11和第二膨胀阀10；第二壳管式蒸发器11的制冷工质管路与第二压缩机9相连接，第二压缩机9与制冰热泵冷凝器4相连接，制冰热泵冷凝器4液体管路通过第二膨胀阀10与第二壳管式蒸发器11相连接，第二壳管式蒸发器11与贮冰池12相连接。制冷工质在第二壳管式蒸发器11中汽化成低温低压的蒸汽，经过第二压缩机9压缩后变成高温高压的蒸汽后排入制冰热泵冷凝器4，在制冰热泵冷凝器4中放热，变为低温高压的液体，经第二膨胀阀10节流减压，再次进入第二壳管式蒸发器11吸收汽化变成低温低压的气态制冷剂，吸入第二压缩机9达到循环制热的目的。制冷工质在低温水源热泵系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程构成一个完整的制冷循环。

水源热泵冷凝器3和制冰热泵冷凝器4分别设置在井口加热房1的进风口处。

喷淋取热装置设置在回风通道25的回风出风口15一侧，所述的喷淋取热装置包括挡水板16、喷淋水管17、喷淋排18、喷淋集水管19和喷淋集水池28；所述挡水板16位于与回风出风口15相邻的一侧，喷淋排18位于远离回风出风口15一侧，所述喷淋水管17与喷淋排18相连接，所述喷淋集水池28位于喷淋排18的下方。相对低温的冷水经低温水源热泵的第一壳管式蒸发器6放热降温后经过喷淋水管17从喷淋排18喷出后与煤矿的回风进行充分的热湿交换，在重力作用下落入喷淋集水池28。喷淋后和冷水吸取了回风的显热和潜热后，温度升高，水量增加，同时达到回风除尘的效果。在回风方向上喷淋排的后方设有挡水板16，防止喷淋水飘逸从回风出风口15排出并造成环境污染。

集中沉淀水池20内设置有依次排列的蓄水池14、沉淀池清水侧21、沉淀池污水侧22；所述蓄水池14与沉淀池清水侧21、沉淀池清水侧21与沉淀池污水侧22之间通过隔板分隔且顶部连通；沉淀池污水侧22底部通过排污泵23与排污管24相连接。

喷淋集水池28通过喷淋集水管19与沉淀池污水侧22相连接，沉淀池清水侧21通过管路与第二壳管式蒸发器11相连接，沉淀池清水侧21与第二壳管式蒸发器11相连接的管路上设置有第二循环泵13；蓄水池14通过管路与第一壳管式蒸发器6相连接，蓄水池14与第一壳管式蒸发器6相连接的管路上设置有第一循环泵8。吸热后的冷水从喷淋集水管19直接进入沉淀池污水侧22，经过沉淀后溢流到沉淀池清水侧21。沉淀池清水侧21在第二循环13泵的作用下，进入制冰热泵机组的第二壳管式蒸发器11，由液态的水经过放热成为过冷水或冰晶，排入贮冰池12内。沉淀池清水侧21的水溢流到蓄水池14，蓄水池14的水在第一循环泵8的作用下，进入低温水源热泵机组的第一壳管式蒸发器6，放热后降低温度，经过喷淋排18喷出后与煤矿的回风进行充分的热湿交换。

本装置的工作原理：

本装置充分实现了回风余热的深度利用：

一级低温水源热泵加热系统：在井口防冻热负荷较小时，只需要启动第一循环泵8，通过喷淋取热装置利用冷水喷淋与回风进行热质交换，获得热量后的冷水从集中沉淀水池20的污水侧22沉淀溢流后，进入沉淀池清水侧21再次溢流到蓄水池14，再利用低温水源热泵，热泵内的制冷工质在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程构成一个循环，将所吸收的热量及压缩机的输入功率，在水源热泵冷凝器3放热，将室外的进风进行加热到2℃以上，只需要消耗少量电能即可满足井筒防冻要求。

二级制冰热泵加热系统：当井口防冻所需要的热负荷较大时，需要在启用一级低温水源热泵加热系统的同时，启用二级制冰热泵加热系统。此时需要同时启动第二循环泵13，将沉淀池清水侧21的水用为热源，向制冰热泵机组的第二壳管式蒸发器11输送，在第二壳管式蒸发器11内，来自沉淀池清水侧21的水由液体放热后成为过冷水或冰晶，释放出大量的热后排到贮冰池12，制冰热泵机组中的制冷工质在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程构成一个循环，在制冰热泵冷凝器4中放热，将进风直接加热到2℃以上，因为利用热泵系统利用回风余热作为热源，比直接采用电加热节能60%以上。

本装置主要采用喷淋取热的办法，可以采用防冻液作为载冷剂，从回风中深度提热，将回风温度取热到零度以下，与传统的喷淋取热不同，传统的喷淋取热只能达到出风温度5℃以上，不能实现深度取热。同时利用本实用新型提供的技术，可以实现从回风中吸收全热，即显热和潜热，回风中的水蒸汽在遇到低温的载冷剂溶液时，由气态冷凝为液体，放出大量的热，因为载冷剂溶液不断的吸水，自身浓度降低，冰点升高，此时采用制冰热泵，一方面从载冷剂系统中脱去水分，提高溶液的水份，也就降低了载冷剂的冰点，同时制冰热泵也可以放出大量的热，用于加热井口的进风。制冰热泵的制出的冰晶进入贮冰池，夏季还可以用于空调的降温，或者吸收太阳能再次成为水外排或利用。因此本系统实现了煤矿回风的深度利用，与间壁式换热回风余热利用系统相比，因为采用喷淋式取热，换热阻力小于50Pa，对通风阻力没有影响，也不影响主扇的反风运行，避免了间壁式换热回风余热利用系统的风阻大，特别是粉尘的聚集需要定期除尘或间壁取热时需要融霜等，投资更省，系统更安全，运行费用更低。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所做的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式仅限于此，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (9)

1.一种深度利用回风余热的井筒防冻系统，其特征在于，包括回风井（27）、回风通道（25）、低温水源热泵、制冰热泵、进风井（2）；所述回风井（27）与回风通道（25）相连接，所述回风通道（25）内设置有喷淋取热装置，所述喷淋取热装置的热源通过管路分别与低温水源热泵、制冰热泵相连接，所述低温水源热泵的冷凝器、制冰热泵的冷凝器作为井口空气加热装置，用于取热后对进风井（2）的井口空气进行加热。

2.根据权利要求1所述的一种深度利用回风余热的井筒防冻系统，其特征在于，还包括集中沉淀水池（20），所述集中沉淀水池（20）内设置有依次排列的蓄水池（14）、沉淀池清水侧（21）、沉淀池污水侧（22）；所述蓄水池（14）与沉淀池清水侧（21）、沉淀池清水侧（21）与沉淀池污水侧（22）之间通过隔板分隔且顶部连通；所述喷淋取热装置的热源出口通过喷淋集水管（19）与沉淀池污水侧（22）相连接，所述沉淀池清水侧（21）通过管路与制冰热泵相连接，所述蓄水池（14）通过管路与低温水源热泵相连接，所述低温水源热泵的冷源出口通过管路与喷淋取热装置的喷淋水管（17）相连接。

3.根据权利要求2所述的一种深度利用回风余热的井筒防冻系统，其特征在于，所述制冰热泵包括制冰热泵冷凝器（4）、第二压缩机（9）、第二壳管式蒸发器（11）和第二膨胀阀（10）；第二壳管式蒸发器（11）的制冷工质管路与第二压缩机（9）相连接，第二压缩机（9）与制冰热泵冷凝器（4）相连接，制冰热泵冷凝器（4）液体管路通过第二膨胀阀（10）与第二壳管式蒸发器（11）相连接。

4.根据权利要求3所述的一种深度利用回风余热的井筒防冻系统，其特征在于，所述第二壳管式蒸发器（11）与贮冰池（12）相连接。

5.根据权利要求2所述的一种深度利用回风余热的井筒防冻系统，其特征在于，所述低温水源热泵包括水源热泵冷凝器（3）、第一压缩机（5）、第一壳管式蒸发器（6）和第一膨胀阀（7）；第一壳管式蒸发器（6）的制冷工质管路与第一压缩机（5）相连接，第一压缩机（5）与水源热泵冷凝器（3）相连接，水源热泵冷凝器（3）液体管路通过第一膨胀阀（7）与第一壳管式蒸发器（6）相连接。

6.根据权利要求2所述的一种深度利用回风余热的井筒防冻系统，其特征在于，所述喷淋取热装置设置在回风通道（25）的回风出风口（15）一侧，所述的喷淋取热装置包括挡水板（16）、喷淋水管（17）、喷淋排（18）、喷淋集水管（19）和喷淋集水池（28）；所述挡水板（16）位于与回风出风口（15）相邻的一侧，喷淋排（18）位于远离回风出风口（15）一侧，所述喷淋水管（17）与喷淋排（18）相连接，所述喷淋集水池（28）位于喷淋排（18）的下方。

7.根据权利要求2所述的一种深度利用回风余热的井筒防冻系统，其特征在于，沉淀池污水侧（22）通过排污泵（23）与排污管（24）相连接。

8.根据权利要求2所述的一种深度利用回风余热的井筒防冻系统，其特征在于，沉淀池清水侧（21）与制冰热泵相连接的管路上设置有第二循环泵（13）；蓄水池（14）与低温水源热泵相连接的管路上设置有第一循环泵（8）。

9.根据权利要求1所述的一种深度利用回风余热的井筒防冻系统，其特征在于，所述回风通道（25）内设置有主扇（26），所述主扇（26）位于回风井（27）排风口和喷淋取热装置之间。