通过表冷器换冷为矿井降温的闭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换冷为矿井降温的闭式循环系统及其工作方法，它由地面部分和井下部分组成，地面部分由表冷器、冷却循环泵、冷却水进水管、冷却水回水管、乙二醇补水箱、乙二醇补水管、补水泵、板式换热器、高压循环泵、高压进水管、高压回水管、表冷器风机组成；井下部分由高低压换热器、井下循环进水管、井下循环回水管、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，根据需要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】
通过表冷器换冷为矿井降温的闭式循环系统及其工作方法
本专利技术涉及煤矿井下降温技术，尤其是一种通过表冷器换冷为矿井降温闭式循环系统，具体可阐述为系统冷却循环水通过表冷器吸取室外自然冷源冷量，经板式换热器换热后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换冷为矿井降温的闭式循环系统，该系统通过利用表冷器来吸收室外天然冷量后，经板式换热器换热后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。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种通过表冷器换冷为矿井降温的闭式循环系统，它由地面部分和井下部分组成，其特征在于：地面部分由表冷器、冷却循环泵、冷却水进水管、冷却水回水管、乙二醇补水箱、乙二醇补水管、补水泵、板式换热器、高压循环泵、高压进水管、高压回水管、表冷器风机组成；井下部分由高低压换热器、井下循环进水管、井下循环回水管、井下循环水泵、空冷器及空冷器局扇风机组成；上述地面部分各部件连接关系是：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冷却水回水管与板式换热器壳程进口相通，板式换热器壳程出口通过冷却水进水管和冷却循环泵与表冷器的管程进水口相通；板式换热器的管程出口通过高压循环泵和高压进水管与高低压换热器高压侧的进水口相通，高低压换热器高压侧的出水口通过高压回水管与板式换热器的管程进口相通；同时乙二醇补水箱通过乙二醇补水管和补水泵与冷却水进水管相通；上述井下部分各部件的连接关系是：高低压换热器低压侧的出水口通过井下循环水泵和井下循环进水管与空冷器管程进口相通，空冷器管程出口与高低压换热器低压侧的进水口相通；空冷器局扇风机出风口与空冷器壳程的进风口密封连接，空冷器的壳程出风口直通降温地点大气。本专利技术循环系统的工作方法包括地面循环流程和井下循环流程，其中地面循环流程又包括循环表冷器与板式换热器的水循环，板式换热器与高低压换热器高压侧的水循环；井下循环流程是高低压换热器低压侧与空冷器的输冷循环；具体方法为：循环表冷器与板式换热器的水循环方法为：当室外平均气温低于井下工作面温度时，室外冷空气通过表冷器风机进入表冷器壳程，表冷器管程中的循环水吸收冷量成冷却水，冷却水从表冷器出水口通过冷却水回水管流入板式换热器壳程，与板式换热器管程中的高压水换热后通过冷却循环泵和冷却水进水管回到表冷器管程；在此过程中，为了弥补循环水的不足以及满足防冻要求，乙二醇补水箱通过乙二醇补水管和补水泵向表冷器管程补乙二醇和水混合液。板式换热器与高低压换热器高压侧的水循环方法为：板式换热器管程中的来自于井下回液管道的高压水与来自于表冷器的冷却水换热后温度降低，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，在高低压换热器内与井下输冷循环水进行热交换，温度升高后再通过立井回液管道输送地面进入板式换热器，进行下一个地面制冷循环。高低压换热器低压侧与井下空冷器的输冷循环方法为：井下循环回水管内的井下循环回水温度，流经高低压换热器低压侧，吸收高压侧的冷量温度降低后，通过井下循环水泵输送到各需冷地点的空冷器的进水管处，在空冷器内部与矿井进风流进行热交换,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。本专利技术的有益效果为：本专利技术利用室外自然冷源冷量实现矿井降温，根据需要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，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是本专利技术结构示意图。图例说明，1-表冷器，2-冷却循环泵，3-冷却进水管，4-乙二醇补水管路，5-补水泵，6-乙二醇补水箱，7-井下循环水泵，8-井下循环水进水管，9-空冷器，10-空冷器局扇风机，11-井下循环水回水管，12-高低压换热器，13-高压进水管，14-高压回水管，15-高压循环泵，16-板式换热器，17-冷却回水管，18-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。参照附图，图中虚线为地表线，地表线将系统分为地面部分与井下部分组成；地面部分由表冷器1、冷却循环泵2、冷却水进水管3、冷却水回水管17、乙二醇补水箱6、乙二醇补水管4、补水泵5、板式换热器16、高压循环泵15、高压进水管13、高压回水管14、表冷器风机18组成；井下部分由高低压换热器12、井下循环进水管8、井下循环回水管11、井下循环水泵7、空冷器9及空冷器局扇风机1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过表冷器换冷为矿井降温的闭式循环系统，它由地面部分和井下部分组成，其特征在于：/n地面部分由表冷器、冷却循环泵、冷却水进水管、冷却水回水管、乙二醇补水箱、乙二醇补水管、补水泵、板式换热器、高压循环泵、高压进水管、高压回水管、表冷器风机组成；井下部分由高低压换热器、井下循环进水管、井下循环回水管、井下循环水泵、空冷器及空冷器局扇风机组成；/n上述地面部分各部件连接关系是：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冷却水回水管与板式换热器壳程进口相通，板式换热器壳程出口通过冷却水进水管和冷却循环泵与表冷器的管程进水口相通；板式换热器的管程出口通过高压循环泵和高压进水管与高低压换热器高压侧的进水口相通，高低压换热器高压侧的出水口通过高压回水管与板式换热器的管程进口相通；同时乙二醇补水箱通过乙二醇补水管和补水泵与冷却水进水管相通；/n上述井下部分各部件的连接关系是：高低压换热器低压侧的出水口通过井下循环水泵和井下循环进水管与空冷器管程进口相通，空冷器管程出口与高低压换热器低压侧的进水口相通；空冷器局扇风机出风口与空冷器壳程的进风口密封连接，空冷器的壳程出风口直通降温地点大气。/n...

【技术特征摘要】
1.一种通过表冷器换冷为矿井降温的闭式循环系统，它由地面部分和井下部分组成，其特征在于：
地面部分由表冷器、冷却循环泵、冷却水进水管、冷却水回水管、乙二醇补水箱、乙二醇补水管、补水泵、板式换热器、高压循环泵、高压进水管、高压回水管、表冷器风机组成；井下部分由高低压换热器、井下循环进水管、井下循环回水管、井下循环水泵、空冷器及空冷器局扇风机组成；
上述地面部分各部件连接关系是：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冷却水回水管与板式换热器壳程进口相通，板式换热器壳程出口通过冷却水进水管和冷却循环泵与表冷器的管程进水口相通；板式换热器的管程出口通过高压循环泵和高压进水管与高低压换热器高压侧的进水口相通，高低压换热器高压侧的出水口通过高压回水管与板式换热器的管程进口相通；同时乙二醇补水箱通过乙二醇补水管和补水泵与冷却水进水管相通；
上述井下部分各部件的连接关系是：高低压换热器低压侧的出水口通过井下循环水泵和井下循环进水管与空冷器管程进口相通，空冷器管程出口与高低压换热器低压侧的进水口相通；空冷器局扇风机出风口与空冷器壳程的进风口密封连接，空冷器的壳程出风口直通降温地点大气。


2.一种如权利要求1所述的通过表冷器换冷为矿井降温的闭式循环系统的工作方法，其特征在于，它包括地面循环流程和井下循环流程，其中地面循环流程又包括循环表冷器与板式换热器的水循环，以及板式换热器与高低压换热器高压侧的水循环；...

【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