节能型煤矿井口防冻系统技术方案

本实用新型专利技术涉及煤矿矿井井口冬季防冻技术领域，具体地说是利用矿井水及各生产环节产生的余热、废热结合水源热泵技术而成的一种节能型煤矿井口防冻系统，采用数字化中央模块控制系统及集成电控系统，包含有沉淀池（１）、煤矸石砖厂焙烧窑降温段（２）、空压机（３）、矿井水清水池（４）、板式换热器（５）、中介水系统（６）、水源热泵机组（７）、新风机组（８）、井口空气换热器（９）、翅片换热器（１０）、销钉换热器（１１）、引风机（１２）和水泵（１３）。本实用新型专利技术利用矿井排水和各生产环节产生的余（废）热能源结合水源热泵技术解决了煤矿冬季井口燃煤锅炉供暖防冻能耗高、效果差的问题，节约能源，降低生产成本，改善矿井及其周边环境。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及煤矿矿井井口冬季防冻
，具体地说是利用矿井水及各生产环节产生的余热、废热结合水源热泵技术而成的一种节能型煤矿井口防冻系统。
技术介绍
我国《煤矿安全规程》第一百零二条规定：进风井口以下的空气温度(干球温度)必须在2℃以上。井口防冻是煤矿冬季安全生产的重要保证。进入冬季，矿井必须采取有效的防冻措施，保证井口温度在2℃以上，防止井口结冰。如果矿井副井井口、罐笼及连接装置冬季出现结冰现象，当结冰融化时将可能砸伤乘罐人员，砸坏井口里的主要设备及悬挂的动力电缆，将造成严重的事故，影响矿井煤矿工人的生命安全和生产设备的正常使用，严重的甚至会导致矿井停产。目前，国内外煤矿传统井口防冻系统主要由燃煤锅炉提供蒸汽热源的方式解决。几十年来，我国井口防冻也是一直沿用这种方式，应用较为广泛，但该方式存在占地多、投资大、耗煤高、能耗大、污染环境、管理复杂等缺点，经济效益和环境效益较差。此外，还有部分煤矿使用电锅炉用于煤矿井口防冻，但同样存在能耗较高的问题。随着煤矿煤炭次元开发强度的不断加大，矿井开采深度不断增大，煤矿采集面的环境温度不断升高，矿井逐渐出现了一定程度的热害现象，有的立副井采掘工作面气温超过30℃，井下排水量大，矿井涌水量大，排水温度高，夏季水温在31℃左右，冬季水温在27℃左右，导致环境温度升高、空气湿度增大等问题，恶化了生产环境。目前国内煤矸石制砖企业的余热利用，主要是将隧道窑产品冷却产生的500～900℃的热风，通过引风机送到砖坯干燥窑，对砖坯进行干燥，以减少干燥窑一次能源消耗量，使建材企业获得一定的经济效益。由于砖坯的干燥主要是蒸发原料中的水份，利用隧道窑100～200℃的余热足够干燥砖坯所需热量，所以在干燥之前还要通入冷风将干燥风温降到140℃左右，损失了大量的热量。而空压机在生产运行时有大量的冷却废热直接排放到大气中，余热也得不到合理的利用。所以，建于矿井周边的煤矸石砖厂及空压机产生的余热、废热不能得到合理的利用，造成严重的热能浪费，也给周边的环境带来一定程度的影响。水源热泵是一种利用地下浅层地热资源(也称地能，包括地下水、土壤或地表水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。水源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能)，实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地下去。通常水源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。与锅炉(电、燃料)供热系统相比，锅炉供热只能将90％以上的电能或70～90％的燃料内能为热量，供用户使用，因此水源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省约二分之一的能量；由于水源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40％左右，其运-->行费用为普通中央空调的50～60％。水源热泵机组，最适用于矿井排水量大，水温高的高热矿井。由于水源热泵机组能适应较为恶劣的运行工况，所以将水源热泵技术用于煤矿井口防冻相比采用锅炉(电、燃料)的井口防冻方式更为科学合理。首先水源热泵机组的效率高，每消耗1kw的电可获取4.5kw的热量，所以运行成本在所有的矿井井口防冻方式中是最低的。近年来，我国个别矿井也开始尝试将水源热泵技术用于煤矿井口供暖防冻，但是，由于矿井排水量与井口防冻所需热负荷不匹配，排水水质差冷凝器结垢易堵塞、井口空气加热器的布置方式等问题，从而限制了水源热泵系统在井口防冻系统中的推广应用。
技术实现思路
本技术提供一种节能型煤矿井口防冻系统，利用矿井排水和各生产环节产生的余(废)热能源结合水源热泵技术解决了煤矿冬季井口燃煤锅炉供暖防冻能耗高、效果差的问题，节约能源，降低生产成本，改善矿井及其周边环境。为达到上述目的，本技术采用的技术方案如下：采用数字化中央模块控制系统及集成电控系统，包含有沉淀池、煤矸石砖厂焙烧窑降温段、空压机、矿井水清水池、板式换热器、中介水系统、水源热泵机组、新风机组、井口空气换热器、翅片换热器、销钉换热器、引风机和水泵，沉淀池、板式换热器、中介水系统、水源热泵机组、新风机组、井口空气换热器顺次连接，空压机废热管道上安装有引风机，空压机产生的废热通过引风机送入井口加热冷风，煤矸石砖厂焙烧窑降温段通过销钉换热器与翅片换热器连接，矿井水清水池通过水泵与翅片换热器连接；所述沉淀池与板式换热器之间设置有净化过滤系统；所述中介水系统包含有软化除垢及补水系统；所述的板式换热器采用污水源板式换热器。可以在空压机与引风机之间、矿井水清水池与水泵之间、水源热泵机组7和新风机组之间以及销钉换热器与翅片换热器之间设置防腐保温系统，以便取得更加理想的换热效果。本技术所提供的节能型煤矿井口防冻系统热源选择多样化，能够实现系统最佳节能运行方式。当外界温度高于-4℃时，单独运行沉淀池内矿井水直接换热系统，结合煤矸石砖厂余热、空压机余热，即可满足井口防冻的要求；当环境温度再降低时，则需要适当的运行水源热泵机组来补充不足的热量。一机多用，一套系统即可供冷，又可供热，提高了设备利用率。本技术的有益效果如下：(1)节能型煤矿井口防冻系统制取的热量满足了冬季井口防冻的要求，利用矿井水做为水源热泵机组的热源，冷却水即高温空调水出口温度达到了45℃以上，结合煤矸石砖厂、空压机的余(废)热作为井口防冻的热源，变废热为宝，提高了矿井水的利用率，降低了生产成本，减少了环境污染，社会经济及环境效益显著。(2)节能型煤矿井口防冻系统技术是直接利用矿井水作为蒸发吸热载体，利用了矿井自身的排水系统，不产生额外的排水费用，节约运行成本，水源热泵机组在运行过程中没有任何污染，不产生任何废渣，废水、废气和烟尘，高效节能，运行稳定，环保效益显著。-->(3)节能型煤矿井口防冻系统表面式空气加热器、新风机组布置于井口进风口，以45℃的高温空调水作为热媒的输送介质，管网距离短，损耗小，可将冷风加热至2℃以上，井口防冻效果明显，系统简单、可靠性高，减少了故障隐患。(4)采用了数字化中央模块控制系统及集成电控系统，部件少，控制灵活，运行简单、稳定，自动化控制程度高，维护费用低，使用寿命长达20年以上，实现了系统远程监控和运行故障在线显示，便于工作人员实时进行系统维护、数据分析、历史查询，控制灵活，提高了运行效率。(5)根据煤矿行业井口的特殊环境及安全要求，设计了高效耐用、风阻量小、具备强制换热功能的空气加热系统，采用表面式空气加热器和新风机组布置于井口进风处，换热效率高，耐用性强，延长了设备使用周期；此外，还充分利用以前的井口防冻中使用的翅片换热器，将水厂处理过的27℃左右的矿井水直接输送到翅片换热器，加热井口进口冷风，最大限度的利用矿井水热量。(6)通过研制应用净化过滤系统、软化除垢系统和综合利用砖厂余热、空压机余热等辅助加热系统，确保了节能型煤矿井口防冻系统的长期高效运行。附图说明图1为本技术的结构示意图。图2为本技术自动化集成控制屏幕示意图。具体实施方式：下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细描述：如图1所示，沉淀池1、污水源板式换热器5、中介水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种节能型煤矿井口防冻系统，其特征在于，采用数字化中央模块控制系统及集成电控系统，包含有沉淀池（１）、煤矸石砖厂焙烧窑降温段（２）、空压机（３）、矿井水清水池（４）、板式换热器（５）、中介水系统（６）、水源热泵机组（７）、新风机组（８）、井口空气换热器（９）、翅片换热器（１０）、销钉换热器（１１）、引风机（１２）和水泵（１３），沉淀池（１）、板式换热器（５）、中介水系统（６）、水源热泵机组（７）、新风机组（８）、井口空气换热器（９）顺次连接，空压机（３）废热管道上安装有引风机（１２），空压机（３）产生的废热通过引风机（１２）送入井口加热冷风，煤矸石砖厂焙烧窑降温段（２）通过销钉换热器（１１）与翅片换热器（１０）连接，矿井水清水池（４）通过水泵（１３）与翅片换热器（１０）连接。

【技术特征摘要】
1.一种节能型煤矿井口防冻系统，其特征在于，采用数字化中央模块控制系统及集成电控系统，包含有沉淀池(1)、煤矸石砖厂焙烧窑降温段(2)、空压机(3)、矿井水清水池(4)、板式换热器(5)、中介水系统(6)、水源热泵机组(7)、新风机组(8)、井口空气换热器(9)、翅片换热器(10)、销钉换热器(11)、引风机(12)和水泵(13)，沉淀池(1)、板式换热器(5)、中介水系统(6)、水源热泵机组(7)、新风机组(8)、井口空气换热器(9)顺次连接，空压机(3)废热管道上安装有引风机(12)，空压机(3)产生的废热通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄德洪，刘波，高慎法，刘学洋，
申请(专利权)人：山东同方能源工程技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：37[中国|山东]