一种深度利用回风余热的井筒防冻系统的制作方法

本技术属于煤矿供暖，具体为一种深度利用回风余热的井筒防冻系统。

背景技术：

1、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：

2、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。

3、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。

4、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。

5、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。

技术实现思路

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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。

6、更进一步，所述第二壳管式蒸发器与贮冰池相连接。

7、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。

8、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。

9、进一步的，沉淀池污水侧通过排污泵与排污管相连接。

10、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。

11、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。

12、本实用新型相对于现有技术所产生的有益效果为：

13、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。

14、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。

15、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。

技术特征：

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。

技术总结
本技术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；本技术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。

技术研发人员：孙俊彪,黄德祥
受保护的技术使用者：臣功环境科技有限公司
技术研发日：20230424
技术公布日：2024/1/14