本发明专利技术提供了一种超大型10兆瓦级跨临界二氧化碳深层矿井制冷装置，包括设置在深井下的空冷器，还包括设置在地面的二氧化碳循环机组、设置在深井下的井下减压机构；所述二氧化碳循环机组包括压缩机组、井上减压机构；所述井上减压机构的出口端通过输冷管道与井下减压机构的进口端相连接，井下减压机构的出口端连接至空冷器的冷源入口，空冷器的冷源出口通过回冷管道连接至压缩机组；所述空冷器的热源进口连接井下的高温湿热风道，空冷器的热源出口通过低温干冷风道连接至煤矿作业面。本发明专利技术通过二氧化碳工质物理状态的变化而吸热、放热，实现了对1000m深井内湿热空气的降温和除湿，大幅提高了远距离空冷器的制冷效果。大幅提高了远距离空冷器的制冷效果。大幅提高了远距离空冷器的制冷效果。
【技术实现步骤摘要】
超大型10兆瓦级跨临界二氧化碳深层矿井制冷装置及制冷方法
[0001]本专利技术涉及一种超大型10兆瓦级跨临界二氧化碳深层矿井制冷装置，属于煤矿开采
技术介绍
[0002]随着社会的发展和煤炭资源需求的日益增加，煤炭产量日益增大，浅部资源越来越少，世界各主要采煤国家相继进入深部开采。随着矿井开采深度的不断增加及开采的机械化程度不断提高，地温也随之升高。矿井热害越来越严重，已经成为与矿井水、火、瓦斯、粉尘、顶板并列的六大灾害之一，成为了影响和制约开采深度的决定性因素。一般认为，矿井内工作面的空气干球温度超过30℃就称为高温工作面，矿井内出现终年的持续高温高湿，即严重影响了井下作业人员的身体健康，也对井下设备的正常运行带来了严重的阻碍；尤其是对于开采深度在1000m左右的深井来说，地热更为明显，必须采取降温措施，才能保证煤矿的正常生产。
[0003]目前，市场上的深层矿井制冷系统的基本实现方法是：
①
地面上应用制冷机组制备5℃的冷冻水，通过主管网将5℃冷冻水送至
‑
1000米左右的深井中；
②
在深井下，5℃冷冻水通过板换热三相分配器，与井下冷冻循环水换热，对井下冷冻循环水进行降温，冷冻回水经主管网回至井下中央制冷站；
③
低温的井下冷冻循环水再通过循环泵送至各空冷器，对井下空气降温。但是，这样的制冷方法仍有许多问题存在，比如，第一，通过冷冻水温升将空气制冷，载冷量非常有限，管网传输冷量效率低；第二，井下冷冻水长距离输送以后，到达工作面后的温度已经较高，换热制冷效果较差；第三，井下冷冻水通过循环水泵送至距离远的工作面和掘进面，冷冻水粘度较大，输送循环泵消耗大量电能，循环泵工作耗能巨大，等。
[0004]因此，如何改善现有深井制冷情况、确保深井工作面的低温，是目前亟需解决的问题。
技术实现思路
[0005]为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种制冷效果优良、制冷能耗低的超大型10兆瓦级跨临界二氧化碳深层矿井制冷装置及制冷方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]一种超大型10兆瓦级跨临界二氧化碳深层矿井制冷装置，包括设置在深井下的空冷器，还包括设置在地面的二氧化碳循环机组、设置在深井下的井下减压机构；
[0008]所述二氧化碳循环机组包括压缩机组和井上减压机构；所述井上减压机构的出口端通过输冷管道与井下减压机构的进口端相连接，井下减压机构的出口端连接至空冷器的冷源入口，空冷器的冷源出口通过回冷管道连接至压缩机组；所述空冷器的热源进口连接井下的高温湿热风道，空冷器的热源出口通过低温干冷风道连接至井下各作业面，所述空冷器的底部设置有冷凝排水口，冷凝排水口与冷凝水罐相连接；所述压缩机组的出口端与
井上减压机构的进口端之间还设置有冷却器，所述冷却器采用常温水作为冷却介质。
[0009]所述制冷装置的进一步改进在于：所述二氧化碳循环机组还包括储油器、气液分离机构和油分离机构，所述气液分离机构和油分离机构均通过回油管与储油器相连接；所述储油器与压缩机组之间的供油管路上设置有油泵
[0010]所述制冷装置的进一步改进在于：、根据权利要求所述的一种超大型0兆瓦级跨临界二氧化碳深层矿井制冷装置，其特征在于：所述冷却器为板式换热器，所述空冷器为列管式换热器或盘管式换热器。
[0011]一种使用所述超大型10兆瓦级跨临界二氧化碳深层矿井制冷装置的制冷方法，包括以下步骤：
[0012]S1、3MPa/20℃的气态二氧化碳经二氧化碳循环机组压缩，变成12MPa/150℃的高温高压气态二氧化碳，然后经降温，得到12MPa/30℃～35℃的中温高压液态二氧化碳；
[0013]S2、12MPa/30℃～35℃的中温高压液态二氧化碳进入井上减压机构进行一次减压，成为3.6MPa/0℃的低温低压液态，通过输冷管道送入井下；
[0014]S3、3.6MPa/0℃的低温低压液态二氧化碳随着井下深度的增加不断加压、升温，到达1000m深井后，二氧化碳状态变化为13.6MPa/30℃～35℃的高压中温液态；13.6MPa/30℃～35℃的高压中温液态二氧化碳送入井下减压机构间二次减压，变化为4.5MPa/5℃～10℃的低温低压液态；
[0015]S4、4.5MPa/5℃～10℃的低温低压液态二氧化碳进入空冷器中，与温度35℃～40℃、湿度99.5％的井下湿热风进行热交换；井下湿热风降温至15℃
±
2℃，作为空调风送至井下各个工作面，同时，二氧化碳吸热、变化为4MPa/20℃的常温低压气态二氧化碳；
[0016]S5、4MPa/20℃的常温低压气态二氧化碳经回冷管道输送回地面，逐步变化为3MPa/20℃的气态二氧化碳，送入二氧化碳循环机组(2)，重复进行压缩循环。
[0017]所述步骤S1中，冷却器的冷却介质为常温水；常温水与进入冷却器中，与12MPa/150℃的高温高压气态二氧化碳进行热交换，常温水升至80℃
±
5℃，二氧化碳降温并液化，成为12MPa/30℃～35℃的中温高压液态二氧化碳。
[0018]所述步骤S4中，温度35℃～40℃、湿度99.5％的井下湿热风降温同时生成冷凝水，冷凝水经冷凝排水口排出空冷器，进入冷凝水储罐储存。
[0019]由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术进步是：
[0020]本专利技术提供了一种超大型10兆瓦级跨临界二氧化碳深层矿井制冷装置，二氧化碳工质在热泵循环机组和减压装置的作用下，通过物理状态的变化而吸热、放热，实现了对1000m深井内湿热空气的降温和除湿，大幅提高了远距离空冷器的制冷效果；同时，由于液态二氧化碳在输送过程中不会出现粘稠的问题，对循环泵的功率要求和循环泵能耗均大大降低。
[0021]液态二氧化碳工质在向深井深处输送过程中，不可避免的出现温度升高、压力增加的情况，本专利技术在深井中部增加了一个井下减压机构，对到达深井处的二氧化碳工质进行二次减压降温，从而确保到达深井底空冷器的制冷剂温度不超过5℃，既能确保空冷器的制冷效果，使煤矿作业面的温度降低，也提高了空冷器的除湿效果，向作业面输送低温干燥风。
[0022]本专利技术节约了冷冻水泵及制冷水机组的相关配套投资，节约井下原有制冷站循环
冷冻水泵投资及运行、维护费用，节约原有井下制冷站板换热热系统或三相分配器换热系统投资及运行、维护费用，采用井上井下一体化直冷式方式，节能效率达50％以上。
附图说明
[0023]图1为本专利技术制冷装置的整体结构示意图；
[0024]1、空冷器，2、二氧化碳循环机组，2
‑
1、压缩机组，2
‑
2、井上减压机构，2
‑
3、储油器，2
‑
4、气液分离机构，2
‑
5、油分离机构，3、井下减压机构，4、冷却器，5、输冷管道，6、回冷管道本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种超大型10兆瓦级跨临界二氧化碳深层矿井制冷装置，包括设置在深井下的空冷器(1)，其特征在于：还包括设置在地面的二氧化碳循环机组(2)、设置在深井下的井下减压机构(3)；所述二氧化碳循环机组(2)包括压缩机组(2
‑
1)和井上减压机构(2
‑
2)；所述井上减压机构(2
‑
2)的出口端通过输冷管道(5)与井下减压机构(3)的进口端相连接，井下减压机构(3)的出口端连接至空冷器(1)的冷源入口，空冷器(1)的冷源出口通过回冷管道(6)连接至压缩机组(2
‑
1)；所述空冷器(1)的热源进口连接井下的高温湿热风道(7)，空冷器(1)的热源出口通过低温干冷风道(8)连接至井下各作业面，所述空冷器(1)的底部设置有冷凝排水口，冷凝排水口与冷凝水罐相连接；所述压缩机组(2
‑
1)的出口端与井上减压机构(2
‑
2)的进口端之间还设置有冷却器(4)，所述冷却器(4)采用常温水作为冷却介质。2.根据权利要求1所述的一种超大型10兆瓦级跨临界二氧化碳深层矿井制冷装置，其特征在于：所述二氧化碳循环机组(2)还包括储油器(2
‑
3)、气液分离机构(2
‑
4)和油分离机构(2
‑
5)，所述气液分离机构(2
‑
4)和油分离机构(2
‑
5)均通过回油管与储油器(2
‑
3)相连接；所述储油器(13)与压缩机组(11)之间的供油管路上设置有油泵(24)。3.根据权利要求1所述的一种超大型10兆瓦级跨临界二氧化碳深层矿井制冷装置，其特征在于：所述冷却器(4)为板式换热器，所述空冷器(1)为列管式换热器或盘管式换热器。4.一种使用如权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：李海文，高丽君，
申请(专利权)人：探坤能源环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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