通过表冷器蓄冷为矿井降温的开式循环系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种通过表冷器蓄冷为矿井降温的开式循环系统及其工作方法，由地面部分与井下部分组成，地面部分由表冷器、蓄冷循环泵、蓄冷进水管、蓄冷回水管、高压循环泵、表冷器风机组成；井下部分由高低压换热器、井下循环水箱、井下循环水进水管、井下循环水回水管、井下循环水泵、空冷器及空冷器局扇风机组成。本发明专利技术利用室外自然冷源冷量实现矿井降温，并可根据室外温度变化通过调整循环泵的流量实现自主调节，具有适应能力强，调节范围广的特点，同时减少了制冷系统能耗、降低设备运行费用、彻底解决了室外设备结冰冻坏的问题。

【技术实现步骤摘要】
通过表冷器蓄冷为矿井降温的开式循环系统及其工作方法
本专利技术涉及矿井降温技术，尤其是通过表冷器蓄冷为矿井降温开式循环系统，具体可阐述为表冷器吸取室外自然冷源冷量进行蓄冷，与高压循环水通过混合换热，将冷量输送到井下进行降温。
技术介绍
据统计，全国现有煤矿平均采深每年增加9m，采深大于700m的矿井有50多处，最深矿井已经超过1500m，预计煤炭资源总量的53％埋深于1000m的地下。随着开采深度的增加，机械化程度的提高，由此出现的地热、机械散热也越来越大。高温高湿等热害问题开始突出，井下作业人员的工作效率、人身安全和身体健康受到极大的影响，采取相应措施对其进行治理，保证井下有适宜的作业环境等工作势在必行。我国北方地区存在多处采用人工制冷方式的矿井，在冬季室外气温达到零下时，制冷机组仍正常运行，为了防止冬季制冷机组冻坏，室内采用暖气采暖。在室外天然冷源存在的情况下，部分矿井降温运行费用不降反涨。制冷设备在运行时需要用到冷却塔、蒸发冷等换热设备，在北方地区室外温度达到-5℃及以下时，设备极易出现挂冰、结冰现象，极限温度时甚至造成设备内部冷媒结冰，导致设备损坏或结构坍塌。冬季北方地区低气温、低含湿量，是零投资、无污染的天然冷源，如何利用该天然冷源来实现矿井降温、减少设备初投资及运行费用是需解决的问题。
技术实现思路
为了解决矿井制冷设备易出现挂冰、结冰现象、极限温度时甚至造成设备内部冷媒结冰而导致设备损坏或结构坍塌的技术缺陷，本专利技术提供一种通过表冷器蓄冷为矿井降温的开式循环系统，通过利用表冷器来吸收室外天然冷量进行蓄冷，与高压循环水通过混合换热，将其输送到井下进行降温，解决矿井高温热害问题。系统可根据室外天气情况进行自动调节，减少制冷系统能耗、降低设备运行费用、不存在室外设备结冰冻坏的问题。本专利技术同时提供该系统的工作方法。为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种通过表冷器蓄冷为矿井降温的开式循环系统，由地面部分与井下部分组成，其特征在于：所述的地面部分由表冷器、蓄冷循环泵、蓄冷进水管、蓄冷回水管、高压循环泵、表冷器风机组成，所述的蓄冷水箱包括两个进水口和两个出水口，分别是设在蓄冷水箱一侧的实现与表冷器水循环的出水口和进水口、设在蓄冷水箱另一侧侧的出水口以及设在蓄冷水箱底面的井下高压水进水口；所述的井下部分由高低压换热器、井下循环水箱、井下循环水进水管、井下循环水回水管、井下循环水泵、空冷器及空冷器局扇风机组成；上述地面部分各组件的连接关系是：表冷器风机与表冷器壳程出风口密封连接，表冷器壳程进风口直通大气,表冷器的管程出水口通过蓄冷回水管与蓄冷水箱左侧的进水口相通，蓄冷水箱左侧的出水口通过蓄冷进水管和蓄冷循环泵与表冷器的管程进水口相连；蓄冷水箱右侧的出水口通过高压循环泵和高压进水管与井下高低压换热器高压侧的进水口相连；上述井下部分各组件的连接关系是：高低压换热器低压侧的出水口与井下循环水箱进水口相连，井下循环水箱出水口通过井下循环水泵和井下循环水进水管与空冷器管程进水口相连,空冷器管程出水口通过井下循环水回水管与高低压换热器低压侧的进水口相连，高低压换热器高压侧的出水口通过高压回水管与地面的蓄冷水箱底部的进水口相连，空冷器的风机出风口与空冷器壳程的进风口密封连接，空冷器壳程的出风口直通降温地点大气。本专利技术系统的工作方法包括地面循环流程和井下循环流程，其中：地面循环流程为：当室外平均气温低于井下工作面温度时，系统利用表冷器吸取室外自然冷源，吸收完冷量的表冷器冷却水进入蓄冷水箱，在蓄冷水箱中与来自于井下的高压回水混合换热，温度降低，通过高压循环泵进入高压进水管，通过立井进液管道进入高低压换热器高压侧进水口，蓄冷水箱的冷却水在高低压换热器内与井下输冷循环水进行热交换，温度升高，再通过立井回液管道和高压回水管输送地面进入蓄冷水箱，进行下一个地面制冷循环；井下循环流程为：井下循环回水管内的井下循环回水，经过高低压换热器低压侧吸收高压侧的冷量温度降低后，进入井下循环水箱，再通过井下循环水泵流经井下循环水进水管输送到各需冷地点的空冷器的进水管处，在空冷器内部与空冷器局扇风机进风流进行热交换，温度升高后，从空冷器的出水管输送到井下循环回水管，再回到高低压换热器的低压侧，完成井下低压侧输冷循环；井下进风通过空冷器局扇风机后进入空冷器，与空冷器内部的井下循环水进行热交换，吸取井下循环水中的冷量，温度降低，再被风机输送至各需冷工作地点，满足矿井降温要求。本专利技术降温循环系统原则上当室外温度低于井下工作面温度都可以使用，但是在实际操作中，当室外平均气温为-5℃以下时降温效果较好。本专利技术系统中所用的表冷器及风机、高压循环泵、空冷器及局扇风机、高低压换热器等均为矿井常用的市售设备。本专利技术的优点是：系统利用室外自然冷源冷量实现矿井降温，并可根据室外温度变化通过调整循环泵的流量实现自主调节，具有适应能力强，调节范围广的特点，同时减少了制冷系统能耗、降低设备运行费用、彻底解决了室外设备结冰冻坏的问题。本专利技术投资成本低、运行费用低、降温效果好。地面运行装置仅为冷却循环泵、高压循环水泵及表冷器风机，省去了板式换热器，提交了热交换效率，系统运行稳定、可靠性强。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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为本专利技术通过表冷器蓄冷为矿井降温的开式循环系统布置示意图。图中：1-表冷器，2-蓄冷循环泵，3-蓄冷进水管，4-高压回水管，5-井下循环水箱，6-井下循环水泵，7-井下循环水进水管，8-空冷器，9-空冷器风机，10-井下循环水回水管，11-高低压换热器，12-高压进水管，13-高压循环泵，14-蓄冷水箱，15-蓄冷回水管，16-表冷器风机。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的优选实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。如图1所示，本专利技术的循环系统包括地面部分和井下部分，从图中可以看出：所述的地面部分由表冷器1、蓄冷循环泵2、蓄冷进水管3、蓄冷回水管15、高压循环泵13、表冷器风机16组成，所述的蓄冷水箱包括两个进水口和两个出水口，分别是设在蓄冷水箱左侧的实现与表冷器水循环的出水口和进水口、设在蓄冷水箱右侧的出水口以及设在蓄冷水箱底面的井下高压水进水口；所述的井下部分由高低压换热器11、井下循环水箱5、井下循环水进水管7、井下循环水回水管10、井下循环水泵6、空冷器8及空冷器局扇风机9组成；上述地面部分各组件的连接关系是：表冷器风机16与表冷器1壳程出风口密封连接，表冷器1壳程进风口直通大气，表冷器1的管程出水口通过蓄冷回水管15与蓄冷水箱14左侧的进水口相通，蓄冷水箱14本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过表冷器蓄冷为矿井降温的开式循环系统，由地面部分与井下部分组成，其特征在于：所述的地面部分由表冷器、蓄冷循环泵、蓄冷进水管、蓄冷回水管、高压循环泵、表冷器风机组成，所述的蓄冷水箱包括两个进水口和两个出水口，分别是设在蓄冷水箱一侧的实现与表冷器水循环的出水口和进水口、设在蓄冷水箱另一侧侧的出水口以及设在蓄冷水箱底面的井下高压水进水口；所述的井下部分由高低压换热器、井下循环水箱、井下循环水进水管、井下循环水回水管、井下循环水泵、空冷器及空冷器局扇风机组成；/n上述地面部分各组件的连接关系是：表冷器风机与表冷器壳程出风口密封连接，表冷器壳程进风口直通大气,表冷器的管程出水口通过蓄冷回水管与蓄冷水箱左侧的进水口相通，蓄冷水箱左侧的出水口通过蓄冷进水管和蓄冷循环泵与表冷器的管程进水口相连；蓄冷水箱右侧的出水口通过高压循环泵和高压进水管与井下高低压换热器高压侧的进水口相连；/n上述井下部分各组件的连接关系是：高低压换热器低压侧的出水口与井下循环水箱进水口相连，井下循环水箱出水口通过井下循环水泵和井下循环水进水管与空冷器管程进水口相连,空冷器管程出水口通过井下循环水回水管与高低压换热器低压侧的进水口相连，高低压换热器高压侧的出水口通过高压回水管与地面的蓄冷水箱底部的进水口相连，空冷器的风机出风口与空冷器壳程的进风口密封连接，空冷器壳程的出风口直通降温地点大气。/n...

【技术特征摘要】
1.一种通过表冷器蓄冷为矿井降温的开式循环系统，由地面部分与井下部分组成，其特征在于：所述的地面部分由表冷器、蓄冷循环泵、蓄冷进水管、蓄冷回水管、高压循环泵、表冷器风机组成，所述的蓄冷水箱包括两个进水口和两个出水口，分别是设在蓄冷水箱一侧的实现与表冷器水循环的出水口和进水口、设在蓄冷水箱另一侧侧的出水口以及设在蓄冷水箱底面的井下高压水进水口；所述的井下部分由高低压换热器、井下循环水箱、井下循环水进水管、井下循环水回水管、井下循环水泵、空冷器及空冷器局扇风机组成；
上述地面部分各组件的连接关系是：表冷器风机与表冷器壳程出风口密封连接，表冷器壳程进风口直通大气,表冷器的管程出水口通过蓄冷回水管与蓄冷水箱左侧的进水口相通，蓄冷水箱左侧的出水口通过蓄冷进水管和蓄冷循环泵与表冷器的管程进水口相连；蓄冷水箱右侧的出水口通过高压循环泵和高压进水管与井下高低压换热器高压侧的进水口相连；
上述井下部分各组件的连接关系是：高低压换热器低压侧的出水口与井下循环水箱进水口相连，井下循环水箱出水口通过井下循环水泵和井下循环水进水管与空冷器管程进水口相连,空冷器管程出水口通过井下循环水回水管与高低压换热器低压侧的进水口相连，高低压换热器高压侧的出水口通过高压回水管与地面的蓄冷水箱底部的进水口相连，空冷器的风机出风口与空冷器壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：王维，牛超，郭忠良，高慎彪，杨崇吉，
申请(专利权)人：山东新雪矿井降温科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37