礦井空調(diào)系統(tǒng)PPT課件

1、第一節(jié)第一節(jié) 礦井空調(diào)系統(tǒng)原理及分類(lèi)礦井空調(diào)系統(tǒng)原理及分類(lèi)一、礦井空調(diào)系統(tǒng)的工作原理 礦井空調(diào)系統(tǒng)由制冷劑、載冷劑(水、空氣、鹽水、冰、有機(jī)化合物)和冷卻水3個(gè)獨(dú)立的循環(huán)系統(tǒng)組成。 （一）制冷劑循環(huán)系統(tǒng)：制冷機(jī)通過(guò)制冷劑的循環(huán)制取冷量。 （二）載冷劑循環(huán)系統(tǒng)：由于制冷站的位置不同，形成不同的載冷劑循環(huán)系統(tǒng)。 （三）冷卻水循環(huán)系統(tǒng)：冷卻水循環(huán)系統(tǒng)由冷凝器、冷卻塔(或稱(chēng)水冷卻裝置)和冷卻水管道組成。第1頁(yè)/共104頁(yè)一、礦井空調(diào)系統(tǒng)的工作原理一、礦井空調(diào)系統(tǒng)的工作原理圖8-1 礦井空調(diào)系統(tǒng)工作原理1壓縮機(jī)；2冷凝器；3蒸發(fā)器；4節(jié)流閥；5冷卻水管；6冷卻塔；7冷卻水泵；8冷水泵；10高低壓換熱器；

2、11空冷器；12蒸發(fā)式冷卻器第2頁(yè)/共104頁(yè)二、礦井空調(diào)系統(tǒng)的基本類(lèi)型二、礦井空調(diào)系統(tǒng)的基本類(lèi)型 按供冷能力和方式的不同，礦井空調(diào)系統(tǒng)分為集中式和分散式。 集中式：用一臺(tái)或多臺(tái)制冷機(jī)向多個(gè)采掘工作面供冷，或即使向1個(gè)采掘面供冷，但供冷能力在2Mw以上者，均稱(chēng)為集中式空調(diào)系統(tǒng)。 分散式：用小型制冷機(jī)分散地向采掘工作面供冷者，稱(chēng)為分散式空調(diào)系統(tǒng)。 從國(guó)內(nèi)外礦井空調(diào)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)看，除南非金礦外，俄羅斯、德國(guó)等國(guó)家，從上世紀(jì)50年代到70年代中葉，大都以分散式制冷空調(diào)為主。 我國(guó)60年代初開(kāi)始采用局部制冷空調(diào)，到了80年代才開(kāi)始建立井下集中制冷空調(diào)系統(tǒng)。這一發(fā)展趨勢(shì)表明，隨著礦井開(kāi)采深度的增加，礦

3、井熱負(fù)荷亦隨之加大。第3頁(yè)/共104頁(yè)（一）分散式空調(diào)系統(tǒng)（一）分散式空調(diào)系統(tǒng) 當(dāng)實(shí)際礦井工程中只需要在幾個(gè)點(diǎn)且點(diǎn)與點(diǎn)相隔較遠(yuǎn)時(shí)，如某幾個(gè)單獨(dú)的工作面需要降溫，這時(shí)分散局部空調(diào)系統(tǒng)是一種高效經(jīng)濟(jì)的降溫措施。 局部空調(diào)系統(tǒng)在我國(guó)應(yīng)用得比較廣泛，在平煤五礦己二采面采用一臺(tái)制冷量為300kW的防爆制冷機(jī)組向己1523071采而供冷，利用井下回風(fēng)排放冷凝熱，效果明顯，平均降溫幅度4； 平煤四礦戊九采面空調(diào)系統(tǒng)，采用一臺(tái)制冷量為500 kW的制冷機(jī)組向戊九采區(qū)的戊S一19140采而供冷，很好地滿(mǎn)足了降溫需求 。 新集一礦210807工作面降溫，都是采用的此系統(tǒng)形式并取得良好的效果 。第4頁(yè)/共104頁(yè)（

4、一）分散式空調(diào)系統(tǒng)（一）分散式空調(diào)系統(tǒng) 目前國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的冷凍水供冷、空冷器冷卻風(fēng)流的礦井空調(diào)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)模式如圖8-2所示，它是由制冷、輸冷、傳冷和排熱四個(gè)環(huán)節(jié)所組成。圖圖8-2 8-2 礦井空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式（局部空調(diào)模式）礦井空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式（局部空調(diào)模式）11制冷站；制冷站；22冷水泵；冷水泵；33冷水管；冷水管；44局部通風(fēng)機(jī)；局部通風(fēng)機(jī)；55空冷器；空冷器；66風(fēng)筒；風(fēng)筒；77冷卻水泵；冷卻水泵；88冷卻水管；冷卻水管；99冷卻塔冷卻塔。第5頁(yè)/共104頁(yè)（二）集中式空調(diào)系統(tǒng)（二）集中式空調(diào)系統(tǒng) 制冷機(jī)站、高低壓換熱器站、風(fēng)流冷卻站以及水冷卻裝置是構(gòu)成礦井空調(diào)系統(tǒng)的基本要素，由這些要

5、素的不同組合，便形成了不同的空調(diào)系統(tǒng)。 制冷站的位置是決定集中式礦井空調(diào)系統(tǒng)的基本要素。按制冷站的位置，礦井集中式空調(diào)系統(tǒng)主要分為以下三種基本類(lèi)型：（1）地面集中式空調(diào)系統(tǒng)（2）井下集中式空調(diào)系統(tǒng)（3）井上、下聯(lián)合式空調(diào)系統(tǒng)第6頁(yè)/共104頁(yè) 將制冷站設(shè)置在地面，冷凝熱也在地面排放，而在井下設(shè)置高低壓換熱器將一次高壓冷凍水轉(zhuǎn)換成二次低壓冷凍水，最后在用風(fēng)地點(diǎn)上用空冷器冷卻風(fēng)流。 根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同，地面集中空調(diào)系統(tǒng)分為以下三類(lèi)： 1）在地面集中冷卻礦井總進(jìn)風(fēng)流 2）制冷站設(shè)在地面在井下冷卻風(fēng)流 3）在地面和井下同時(shí)冷卻風(fēng)流（1 1）地面集中式空調(diào)系統(tǒng)）地面集中式空調(diào)系統(tǒng)第7頁(yè)/共104頁(yè)1 1

6、）在地面集中冷卻礦井總進(jìn)風(fēng)流）在地面集中冷卻礦井總進(jìn)風(fēng)流 系統(tǒng)最為簡(jiǎn)單，制冷站和空冷器都設(shè)在地面。這種系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)外一些礦井中應(yīng)用過(guò)。 它的優(yōu)點(diǎn)是，在井下不設(shè)高低壓換熱站。應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，這種系統(tǒng)運(yùn)用于礦井空調(diào)范圍不大和通風(fēng)線路不長(zhǎng)(小于3km)者。圖8-3 制冷站設(shè)在地面且地面冷卻總進(jìn)風(fēng)1壓縮機(jī)；2蒸發(fā)器；3冷凝器；4節(jié)流閥；5水池；6、7水泵；8冷卻塔；9冷卻水管；10換熱器；11空冷器第8頁(yè)/共104頁(yè)（1 1）地面集中式空調(diào)系統(tǒng)）地面集中式空調(diào)系統(tǒng) 2）制冷站設(shè)在地面在井下冷卻風(fēng)流 有兩種布置方式：采用高壓空冷器。采用高低壓換熱器。第9頁(yè)/共104頁(yè)2 2）制冷站設(shè)在地面在井下冷卻風(fēng)流）

7、制冷站設(shè)在地面在井下冷卻風(fēng)流采用高壓空冷器。圖8-4 制冷站設(shè)在地面且在井下設(shè)高壓空冷器1壓縮機(jī)；2蒸發(fā)器；3冷卻器；4節(jié)流閥；5水池；6、7水泵；8冷卻塔；9冷卻水管；10換熱器；11冷水管；12高壓空冷器此種布置方式曾在德國(guó)的一個(gè)礦井用過(guò)，但未獲推廣。因?yàn)樵诰孪锏乐?采掘工作面附近)使用高壓空冷器既不安全又很復(fù)雜，同時(shí)，也顯著加大了空冷器的體積和重量，移動(dòng)困難，換熱效率降低。第10頁(yè)/共104頁(yè)2 2）制冷站設(shè)在地面在井下冷卻風(fēng)流）制冷站設(shè)在地面在井下冷卻風(fēng)流采用高低壓換熱器。 圖8-5 制冷站設(shè)在地面井下設(shè)高低壓換熱器1壓縮機(jī)；2蒸發(fā)器；3冷凝器；節(jié)流閥；5、15水池；6、7、14水泵

8、；8冷卻塔；9冷卻水管；10換熱器；11、13、17冷水管；12高低壓換熱器；16、18空冷器為使地面向井下供給的一次載冷劑(高壓)不直接進(jìn)入空冷器，在井下設(shè)置了高低壓換熱器。井下循環(huán)的二次載冷劑在高低壓換熱器中將熱量傳遞給一次載冷劑，被冷卻的二次載冷劑再由泵送到空冷器中冷卻風(fēng)流。第11頁(yè)/共104頁(yè)3 3）在地面和井下同時(shí)冷卻風(fēng)流）在地面和井下同時(shí)冷卻風(fēng)流 德國(guó)依本畢倫煤礦就是采用這種系統(tǒng)。該系統(tǒng)自1983年投入運(yùn)行以來(lái)，空調(diào)效果良好。 在地面安設(shè)4臺(tái)制冷機(jī)，其中1臺(tái)制冷機(jī)用于在地面冷卻風(fēng)流，可將風(fēng)溫由28降到18.5，3臺(tái)制冷機(jī)向井下供冷水，總制冷能力為10.51lMW。高低壓換熱器(共1

9、6臺(tái))安設(shè)在井下-1400m水平，分別向各采掘工作面供冷。圖8-6 制冷站設(shè)在地面且在地面冷卻部分進(jìn)風(fēng)流1噴霧式空冷器；2制冷機(jī)；3高低壓換熱器第12頁(yè)/共104頁(yè)（2 2）井下集中式空調(diào)系統(tǒng)）井下集中式空調(diào)系統(tǒng)井下集中式空調(diào)系統(tǒng)：為使制冷站靠近空冷器，縮短供冷距離、減少冷量損失，可將集中制冷站設(shè)在井下。 井下集中式空調(diào)系統(tǒng)，按冷凝熱排放地點(diǎn)不同： 1）利用井下回風(fēng)流排放冷凝熱 2）在地面排放冷凝熱第13頁(yè)/共104頁(yè)1 1）利用井下回風(fēng)流排放冷凝熱利用井下回風(fēng)流排放冷凝熱 這種布置形式具有系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，冷量調(diào)節(jié)方便，供冷管道短，無(wú)高壓冷水系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。 德國(guó)拉德博德煤礦井下集中空調(diào)系統(tǒng)制冷站安

10、設(shè)4臺(tái)制冷機(jī)，總制冷能力為5.86MW。利用總回風(fēng)流排熱，風(fēng)量為4800m3/min，入風(fēng)溫度為26.5和27.5，排熱量為7.3MW。圖8-8 制冷站設(shè)在井下利用回風(fēng)流排熱1制冷站；2、3冷卻水泵；4噴霧硐室第14頁(yè)/共104頁(yè)2 2）在地面排放冷凝熱在地面排放冷凝熱 8-9 制冷站設(shè)在井下冷凝熱排到地面 1壓縮機(jī)；2蒸發(fā)器；3冷凝器；4節(jié)流閥；5冷水泵；6主水平冷水管；7冷水池；8主水平冷空器；9下水平冷水管；10下水平空冷器；11、15冷卻水泵；12、14冷卻水管；13高低壓換熱器；16冷卻塔；17換熱器這種布置形式雖可提高冷凝熱的排放能力，但需在冷卻水系統(tǒng)增設(shè)一個(gè)高低壓換熱器，系統(tǒng)比較

11、復(fù)雜。第15頁(yè)/共104頁(yè)（3 3）井上、下聯(lián)合式空調(diào)系統(tǒng)）井上、下聯(lián)合式空調(diào)系統(tǒng) 為了減小地面集中制冷站的冷量損失，克服井下制冷機(jī)的排熱困難，在地面和并下同時(shí)設(shè)制冷站，構(gòu)成礦井聯(lián)合空調(diào)系統(tǒng)。在地面、井下同時(shí)設(shè)置制冷站，相當(dāng)于兩級(jí)制冷。圖8-10 地面井下同時(shí)設(shè)制冷站的聯(lián)合空調(diào)系統(tǒng)14制冷機(jī)；5空氣預(yù)冷器；6高低壓換熱器；79空冷器；10冷卻塔第16頁(yè)/共104頁(yè) 對(duì)地面集中空調(diào)系統(tǒng)，有條件的礦井，可實(shí)行礦井降溫冷源與煤礦熱電站聯(lián)產(chǎn)。 利用豐富的劣質(zhì)煤，建設(shè)小型坑口自備熱電站，配置溴化鋰吸收式制冷機(jī)組，再聯(lián)合壓縮式制冷機(jī)組，最終制出1的冷水送往井下降溫系統(tǒng)。 熱電站生產(chǎn)的電能供煤礦自身的生活和

12、生產(chǎn)使用，從而大大提高了煤礦的經(jīng)濟(jì)效益。平煤四礦就是采用的這種方法，其制冷站內(nèi)配置1臺(tái)溴化鋰制冷機(jī)組，并聯(lián)合3臺(tái)乙二醇冷水機(jī)組，該系統(tǒng)能使井下采掘工作面的氣溫降低56。第17頁(yè)/共104頁(yè) 自1975年以來(lái)，國(guó)內(nèi)外均以采用集中制冷空調(diào)為主、局部制冷空調(diào)為輔的降溫方式。 在井上集中式、井下集中、井上下聯(lián)合三種類(lèi)型中，究竟采用哪一種，要根據(jù)礦井的具體條件，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來(lái)確定。 但從國(guó)外的發(fā)展趨勢(shì)看，有從井下集中向地面集中轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。據(jù)俄羅斯，德國(guó)，英國(guó)和比利時(shí)等國(guó)的41個(gè)大型礦井集中空調(diào)系統(tǒng)的統(tǒng)汁資料：地面集中19個(gè)(占46.3)，井下集中13個(gè)(占31.7)，聯(lián)合9個(gè)(占22)。這是由于礦井

13、采深越來(lái)越大，巖溫和風(fēng)溫隨之上升，制冷設(shè)備在井下排熱困難所致。三、各種空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)對(duì)比第18頁(yè)/共104頁(yè)三、各種空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比表8-1 礦井集中式空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)比較表 制冷站位置制冷站位置 優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)點(diǎn) 缺缺 點(diǎn)點(diǎn) 地地 面面 1 1廠房施工、設(shè)備安裝、維護(hù)、廠房施工、設(shè)備安裝、維護(hù)、管理方便；管理方便；2 2可用一般型的制冷設(shè)備，可用一般型的制冷設(shè)備，安全安全可靠；可靠；3 3冷凝熱排放方便；冷凝熱排放方便；4 4冷量便于調(diào)節(jié)；冷量便于調(diào)節(jié)；5 5無(wú)需在井下開(kāi)鑿大斷面硐室；無(wú)需在井下開(kāi)鑿大斷面硐室；6 6冬季可用天然冷源。冬季可用天然冷源。 1 1高壓載冷劑處理困難；高壓載冷劑處理困難；

14、2 2供冷管道長(zhǎng)，冷損大；供冷管道長(zhǎng)，冷損大；3 3需在井筒中安裝大直徑管道；需在井筒中安裝大直徑管道；4 4空調(diào)系統(tǒng)復(fù)雜?？照{(diào)系統(tǒng)復(fù)雜。 井井 下下 1 1供冷管道短，冷損??；供冷管道短，冷損??；2 2無(wú)高壓冷水系統(tǒng)；無(wú)高壓冷水系統(tǒng)；3 3可利用礦井水或回風(fēng)流排熱；可利用礦井水或回風(fēng)流排熱；4 4供冷系統(tǒng)簡(jiǎn)單，冷量調(diào)節(jié)方供冷系統(tǒng)簡(jiǎn)單，冷量調(diào)節(jié)方 便；便； 1 1井下要開(kāi)鑿大斷面的硐室；井下要開(kāi)鑿大斷面的硐室；2 2對(duì)制冷設(shè)備要求嚴(yán)格；對(duì)制冷設(shè)備要求嚴(yán)格；3 3設(shè)備安裝、管理和維護(hù)不方便；設(shè)備安裝、管理和維護(hù)不方便； 聯(lián)聯(lián) 合合 1.1.可提高一次載冷劑回水溫度，減可提高一次載冷劑回水溫度，減

15、少冷損；少冷損；2.2.可利用一次載冷劑將井下制冷機(jī)可利用一次載冷劑將井下制冷機(jī)的冷凝熱帶到地面排放。的冷凝熱帶到地面排放。 1 1系統(tǒng)復(fù)雜；系統(tǒng)復(fù)雜；2 2設(shè)備分散，不便管理。設(shè)備分散，不便管理。 第19頁(yè)/共104頁(yè)表8-2 各方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較方案指標(biāo)方案指標(biāo)地面集中系統(tǒng)地面集中系統(tǒng)井下集中系統(tǒng)井下集中系統(tǒng)分區(qū)系統(tǒng)分區(qū)系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)1.設(shè)備安裝維護(hù)、管設(shè)備安裝維護(hù)、管理方便理方便2.安全可靠安全可靠3.可利用地面天然冷可利用地面天然冷源源4.高壓水處理困難，高壓水處理困難，系統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)復(fù)雜1.無(wú)高壓水系統(tǒng)簡(jiǎn)單2.供冷管道短，冷損小3.設(shè)備安裝、維護(hù)、管理不方便4.安全性差安全性差1.輸冷

16、管道短，冷損小2.安全性差3.分散不易管理經(jīng)濟(jì)比較需冷量（KW）279023251802能耗（KW）210115461873基建投資（萬(wàn)元） 819676662設(shè)備費(fèi)（萬(wàn)元）252210224材料費(fèi)（萬(wàn)元）392277235工程費(fèi)（萬(wàn)元）583642年經(jīng)營(yíng)費(fèi)（萬(wàn)元） 117841050噸煤成本（元）1.51.11.4結(jié)論第20頁(yè)/共104頁(yè) 德國(guó)的實(shí)踐表明：負(fù)荷小于2MW的礦井，以采用分散式最優(yōu)；負(fù)荷大于2MW的礦井才采用集中式；集中式的3種型式，又以井上、下聯(lián)合集中系統(tǒng)費(fèi)用最低，地面集中式系統(tǒng)次之，而以井下集中式系統(tǒng)最高。 淮南煤田謝橋礦礦井降溫方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較（煤炭工業(yè)部合肥設(shè)計(jì)研究院雷

17、鳴，謝橋礦井降溫方式及空調(diào)系統(tǒng)的探討）也表明：地面集中式系統(tǒng)的總費(fèi)用也是最小的(沒(méi)有考慮井上下聯(lián)合集中方案)。 因此，在經(jīng)濟(jì)上地面集中式和井上下聯(lián)合集中式具有其優(yōu)越性；而在技術(shù)上3種集中式系統(tǒng)各有千秋： 井下集中式系統(tǒng)的致命弱點(diǎn)是冷凝熱排放困難； 地面集中式和井上下聯(lián)合集中式系統(tǒng)必須使用高低壓轉(zhuǎn)換設(shè)備，此設(shè)備在冷凍水轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生3-4的溫度躍升。第21頁(yè)/共104頁(yè)三、礦井空調(diào)中的需要注意兩個(gè)的問(wèn)題 (1)空調(diào)系統(tǒng)中的管道隔熱問(wèn)題。 有關(guān)資料表明：當(dāng)輸冷管道外未添加保溫(隔熱)層時(shí)，輸冷管道的冷量損失約占礦井空調(diào)系統(tǒng)總冷量損失中的60%。因此，要提高礦井空調(diào)系統(tǒng)的制冷效率，就要減少輸冷管道

18、的冷量損失。 (2)空調(diào)系統(tǒng)中的排熱問(wèn)題。 冷凝熱的排放是礦井空調(diào)系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的最終效果。第22頁(yè)/共104頁(yè)第二節(jié) 礦用空調(diào)制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備 一、礦用制冷設(shè)備 主要指制冷機(jī)及其輔助裝置，是礦井制冷空調(diào)的冷源。 有天然冷源和人造冷源兩種。在深礦井空調(diào)中，完全利用天然冷源的可能性很小，僅能作為輔助冷源被采用。 人工制冷方法有蒸氣制冷、氣體膨脹制冷及半導(dǎo)體制冷等。但礦井空調(diào)廣泛使用的還是蒸氣壓縮式制冷和蒸氣吸收式制冷。型號(hào)(KMR-150)(KMR-150)額定制冷量(145.4KW)(145.4KW)額定輸出功率（31.2KW31.2KW）額定輸出電源（27.3A2

19、7.3A）第23頁(yè)/共104頁(yè) 我國(guó)在60年代初開(kāi)始利用制冷機(jī)進(jìn)行礦井空調(diào)。當(dāng)時(shí)，煤科總院撫順?lè)衷豪?臺(tái)從蘇聯(lián)引進(jìn)的小型制冷機(jī)(制冷量為58kW)，在淮南九龍崗煤礦進(jìn)行局部降溫。 1955年煤科總院撫順?lè)衷和锌圃洪L(zhǎng)沙礦冶研究所及冶金部和核工業(yè)部有關(guān)單位，在武漢冷凍機(jī)廠研制了JKT20型礦用移動(dòng)式空調(diào)器(制冷量為70kW)，該設(shè)備目前已在全國(guó)許多礦井推廣應(yīng)用，因其制冷量小，僅能用于掘進(jìn)工作面降溫。 為了適應(yīng)回采工作面降溫要求，邁入70年代，煤科總院撫順?lè)衷河衷谖錆h冷凍機(jī)廠研制了JKT70型礦用移動(dòng)式冷水機(jī)組（制冷量為232kW）。第24頁(yè)/共104頁(yè) 80年代，我國(guó)高溫礦井急劇增多，而且由個(gè)

20、別的局部高溫采掘工作面發(fā)展到全礦井。為此，需要建立礦井集中式制冷空調(diào)系統(tǒng)，需要大中型制冷設(shè)備。 198l1985年，在新漢礦務(wù)局孫村煤礦建立了我國(guó)第一個(gè)井下集中空調(diào)系統(tǒng)，制冷站制冷能力為2324kW，選用重慶通用機(jī)器廠生產(chǎn)的JBF500型離心式制冷機(jī)(制冷量為581kW)。 1986年平頂山八礦“礦井降溫技術(shù)研究”被列為國(guó)家第七個(gè)五年計(jì)劃的科技攻關(guān)項(xiàng)目，在該礦建立了我國(guó)第二個(gè)井下集中空調(diào)系統(tǒng)，制冷站制冷能力為4652kW，采用JBF1000型離心式制冷機(jī)(制冷量為1163kW)。第25頁(yè)/共104頁(yè)礦井用制冷設(shè)備的技術(shù)要求當(dāng)制冷機(jī)布置在地面時(shí)，對(duì)制冷設(shè)備的一般要求如下： 制冷站應(yīng)布置在進(jìn)風(fēng)井口

21、的100m以外，方位應(yīng)是夏季地面風(fēng)向的下方，以防止制冷站泄露的制冷劑氣體隨風(fēng)進(jìn)入井筒。 蒸發(fā)器與井下空冷器之間應(yīng)使用載冷劑-水或者鹽水 新設(shè)制冷站應(yīng)盡可能不采用氨制冷機(jī)，因?yàn)榘笨赡芡ㄟ^(guò)載冷劑擴(kuò)散入井下，造成對(duì)人員危害 如果有廉價(jià)的蒸汽或有其他載熱體可供利用時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用吸收式制冷機(jī)。第26頁(yè)/共104頁(yè)礦井用制冷設(shè)備的技術(shù)要求當(dāng)制冷機(jī)布置在井下時(shí)，對(duì)制冷設(shè)備的一般要求是： 制冷機(jī)使用的制冷劑，其成份必須保證不會(huì)與空氣、甲烷、煤塵構(gòu)成燃燒或爆炸的可能，因此只允許采用空氣、水和某幾種氟利昂。 制冷機(jī)組的電動(dòng)機(jī)和供電，必須符合煤礦安全規(guī)程的要求。 冷凝器冷卻水排水管應(yīng)布置在回風(fēng)巷道中，否則會(huì)加熱進(jìn)風(fēng)

22、流。 載冷劑應(yīng)采用鹽水、澄清過(guò)的礦井水和地面飲用水。 冷凝器冷卻水應(yīng)采用澄清過(guò)的軟化水。 制冷設(shè)備應(yīng)盡量簡(jiǎn)單、高度可靠。要求配有自動(dòng)控制裝置、手動(dòng)控制裝置和檢測(cè)儀表。 制冷機(jī)應(yīng)緊湊地安裝在硐室中，硐室應(yīng)獨(dú)立通風(fēng)，并有檢測(cè)甲烷的瓦斯報(bào)警器和聯(lián)絡(luò)電話。 蒸汽噴射式、吸收式制冷機(jī)都不宜用于井下，因?yàn)樾枰蚓鹿?yīng)蒸汽，而且它的外形龐大，冷卻水消耗量也大。第27頁(yè)/共104頁(yè) 礦用制冷機(jī)組的選擇： 由于礦用制冷機(jī)要求制冷量大，而井下安裝與運(yùn)輸又要求制冷機(jī)體積小和重量小，因此最好采用離心式的或者螺桿式的蒸發(fā)壓縮制冷機(jī)。 對(duì)中小型制冷站，可采用活塞式蒸汽壓縮制冷機(jī)，同時(shí)要遵循盡可能選用制冷量較大、臺(tái)數(shù)較少

23、的原則，因?yàn)榇笮椭评錂C(jī)具有較好的容積系數(shù)，臺(tái)數(shù)少可以減少建筑和設(shè)備的初次投資和簡(jiǎn)化管理工作。當(dāng)然只選用一臺(tái)機(jī)組也不盡合理，因?yàn)檫€應(yīng)考慮有利于備用和負(fù)荷調(diào)節(jié)。第28頁(yè)/共104頁(yè)第三節(jié) 礦用空調(diào)制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備 二、 礦用空氣冷卻器 在高溫礦井生產(chǎn)過(guò)程中，為了使采掘工作面、回采工作面或其它場(chǎng)所的溫、濕度達(dá)到規(guī)程規(guī)定的條件，必須對(duì)風(fēng)流通過(guò)空氣冷卻器來(lái)進(jìn)行熱、濕處理。 如何有效地將冷量傳遞給風(fēng)流，是礦井制冷空調(diào)的一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵。 根據(jù)熱濕處理的工作特點(diǎn)分為兩大類(lèi)，即直接接觸式和表面式。 (1)直接接觸式空氣冷卻器是指與空氣進(jìn)行熱、濕交換時(shí)，其冷卻介質(zhì)直接與被冷卻的空氣接觸，如用冷水直接噴淋到被處理的

24、空氣中去，通常又稱(chēng)噴霧式空氣冷卻器。 (2)表面式空氣冷卻器是指與空氣進(jìn)行熱、濕交換時(shí)，冷卻介質(zhì)不和被冷卻的空氣直接接觸，而是通過(guò)空氣冷卻器的金屬表面來(lái)進(jìn)行交換。第29頁(yè)/共104頁(yè) 在噴霧式空冷器中，風(fēng)流和水直接接觸，并互相攪和，換熱充分，效率高，不存在熱交換表面的污染問(wèn)題。 目前南非金礦普遍使用這種類(lèi)型空冷器，德國(guó)依本畢倫煤礦從1982年起開(kāi)始使用噴淋式空冷器。 撫傾分院曾于1965年在淮南九龍崗煤礦進(jìn)行過(guò)水冷式表冷器和噴淋式空冷器井下降溫效果對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在同樣供冷能力的情況下，噴淋式比表冷式降溫效果好。 但是，在礦井空調(diào)中，噴淋式空冷器長(zhǎng)期沒(méi)有得到推廣應(yīng)用，其主要原因是它不象

25、表冷式那樣機(jī)動(dòng)靈活，而且人們擔(dān)心它會(huì)使風(fēng)流變濕。(1)噴霧式空氣冷卻器第30頁(yè)/共104頁(yè)(1)噴霧式空氣冷卻器 主要特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易，不受煤塵影響，熱效率穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)多種空氣處理過(guò)程，且還有除塵凈化風(fēng)流的作用；阻力很小、可以不需要附加風(fēng)機(jī)就可以工作，所以在礦井空調(diào)有廣泛前途。 缺點(diǎn)：因?yàn)樗c空氣直接接觸，極易污染變臟、甚至使管道、噴嘴堵塞和泄漏，影響勞動(dòng)環(huán)境，另外水系統(tǒng)較復(fù)雜，需設(shè)回水箱和回水泵等。第31頁(yè)/共104頁(yè)（1）噴霧式空氣冷卻器 冷卻能力很大，可以對(duì)一個(gè)采區(qū)以上的范圍進(jìn)行供冷風(fēng)。常用的噴霧式空氣冷卻器如圖：7-47 噴霧式空氣冷卻器在輔助風(fēng)巷中的布置第32頁(yè)

26、/共104頁(yè)7-48 一級(jí)噴霧式冷卻器示意圖第33頁(yè)/共104頁(yè)1喇叭口；2消音器；3通風(fēng)機(jī)；4消音器；5接頭；6第二級(jí)噴霧冷卻；7第二級(jí)噴霧冷水；8第一級(jí)噴霧冷卻；9擋水板；10回水泵；11排污閥；12水池；13第二級(jí)噴霧泵圖7-49 二級(jí)噴霧冷卻器示意圖第34頁(yè)/共104頁(yè)1冷風(fēng)出口；2除塵管；3水滴肋條；4水滴分離器（層）；5塑料網(wǎng)墊；6熱風(fēng)進(jìn)口；7柵格板；8排水管（熱水）；9冷水管；10風(fēng)導(dǎo)流板圖7-52 移動(dòng)式噴霧空氣冷卻器第35頁(yè)/共104頁(yè)擋水板作用 擋水板：不論哪種型式的噴霧式空氣冷卻器，在出風(fēng)側(cè)為了減少顆粒水滴被風(fēng)流帶走都裝設(shè)擋水板，擋水板作成折板形，當(dāng)水滴碰到板上可順流回到

27、水池，帶走的水滴越少越好。第36頁(yè)/共104頁(yè) 噴嘴：是噴霧式空氣冷卻器的主要部件，要求噴嘴的噴射擴(kuò)散面大且噴射均勻，噴嘴出口直徑大多都選用大口徑(59)，不易被污物堵塞； 噴嘴密度與噴嘴出口直徑有關(guān)，在噴嘴出口直徑為59時(shí)，噴嘴密度n313個(gè)/m2； 噴嘴排數(shù)一般采用三排噴嘴或三排以上噴嘴，排數(shù)增加會(huì)使阻力增加。 噴水方向通常單排為逆噴，雙排為對(duì)噴，三排為一順兩逆的噴水方向?yàn)槎?。?7頁(yè)/共104頁(yè) 當(dāng)要求阻力小，通行方便也有將噴管沿圓周布置噴水方向垂直于風(fēng)流方向，也有沿兩幫布置，噴嘴向巷道中央傾斜32，噴水方向仍然垂直于風(fēng)流方向如圖7-54。a a沿兩幫布置；b b沿圓周布置圖7-54 7

28、-54 噴射裝置布置方式第38頁(yè)/共104頁(yè) 兩種類(lèi)型：直接蒸發(fā)式和水冷式。 直接蒸發(fā)式表冷器：就是風(fēng)流直接通過(guò)制冷機(jī)(或稱(chēng)冷風(fēng)機(jī))的蒸發(fā)器被冷卻(即制冷劑直接將冷量傳遞給風(fēng)流)。 水冷式表冷器：就是由制冷機(jī)制出的低溫水，通過(guò)管道輸送到空冷器，冷水在空冷器中通過(guò)換熱管壁將冷量傳遞給風(fēng)流。 在礦井制冷變調(diào)中，目前普遍采用的是水冷式表冷器。因?yàn)檫@種空冷器體積小，移動(dòng)方便，規(guī)格多。(2)表面式空氣冷卻器第39頁(yè)/共104頁(yè)(2)表面式空氣冷卻器 主要特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：具有結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便，不妨礙井下作業(yè)，不污染井下作業(yè)環(huán)境以及冷量范圍寬廣，可以適合任何采掘工作面的需要等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。 但在設(shè)計(jì)與選

29、型時(shí)，必須考慮到礦內(nèi)空氣含塵量大，巷道空間狹窄的特點(diǎn)，要求空氣冷卻器的換熱表面不易積垢且易于清洗，其外形尺寸要小，特別是要求橫斷面要盡量地小，以便于搬運(yùn)和拆卸，此外還要擁有足夠大的換熱面積和良好的換熱性能。 缺點(diǎn)：熱效率不穩(wěn)定，加工較復(fù)雜，金屬消耗量大。第40頁(yè)/共104頁(yè)（2 2）表面式空氣冷卻器 表面式空氣冷卻器由于它的空氣側(cè)換熱系數(shù)較水側(cè)換熱系數(shù)小很多，造成水側(cè)換熱面積不能充分利用。 采用在空氣側(cè)加肋以增加空氣側(cè)換熱面積來(lái)增強(qiáng)其傳熱性能，這樣既可提高空氣冷卻器的換熱性能，減小整體尺寸，又可降低金屬消耗。但同時(shí)也帶來(lái)使煤塵容易粘積和性能不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。 目前，礦用表面式空氣冷卻器的換熱管有光

30、管和肋管之分，在肋管中又分為橫向肋管和縱向肋管，在橫向肋管中又根據(jù)加工工藝的不同分為：皺褶繞片、光滑繞片、套片、軋片、鑲片等。 我國(guó)礦用空氣冷卻器采用橫向肋管。第41頁(yè)/共104頁(yè)圖7-55 7-55 各種肋片管構(gòu)造第42頁(yè)/共104頁(yè) 縱向肋管根據(jù)組合方式和肋片大小不同，分為板管式和帶管式。 板管式是將管固定于整塊銅板上，銅板就是管的縱向肋片。 帶管式是將管固定于一定寬度的銅帶上，銅帶是管的縱向肋片，帶管式的助片面積較小，其它兩者沒(méi)有多大差別。圖7-56 板管式、帶管式結(jié)構(gòu)示意圖第43頁(yè)/共104頁(yè) 德國(guó)較早的礦用空氣冷卻器多采用縱向肋管，新近型號(hào)則多采用光管。 縱向肋管的肋與管的接觸都采用

31、焊接，為使管與肋的接觸面積大以及方便焊接，將管稍壓扁平或?qū)⒗甙鍓撼砂雸A槽的結(jié)構(gòu)，如圖7-57。圖7-57 GK、WK系列板管空氣冷卻器第44頁(yè)/共104頁(yè) 影響熱效率：換熱面積、粉塵問(wèn)題 在我國(guó)礦井使用中，還發(fā)現(xiàn)影響熱效率穩(wěn)定性的主要因素還有冷媒水的水質(zhì)。 若水質(zhì)不符合規(guī)定，很容易沉積結(jié)垢影響傳熱性能。 為了保證空氣冷卻器具有穩(wěn)定的熱效率，除采取必要的結(jié)構(gòu)措施外，還要對(duì)冷媒水進(jìn)行處理。第45頁(yè)/共104頁(yè) 國(guó)產(chǎn)礦用空氣冷卻器經(jīng)過(guò)幾次改進(jìn)，已基本適合我國(guó)礦井使用： 肋片型式為光滑紫銅繞片，片厚0.3mm，片高10mm，片距34mm； 管子材料為紫銅，外徑16mm、內(nèi)徑12mm、內(nèi)截面積1.13c

32、m2、每米肋管總外表面積Sw0.536m2/m，每米肋管內(nèi)表面積Sn0.038m2/m、肋化系數(shù)14.11，管簇排列方式為叉排，排管為傾斜布置，傾斜角約為22左右，風(fēng)流通過(guò)管排仍為垂直方向，這樣的結(jié)構(gòu)處理使高度大大減小，是國(guó)產(chǎn)礦用空氣冷卻器結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)之一。 為了強(qiáng)化熱效率的穩(wěn)定性，國(guó)產(chǎn)礦用空氣冷卻器設(shè)計(jì)了噴水系統(tǒng)，可以在空氣冷卻器工作的同時(shí)對(duì)管排進(jìn)行沖洗，清除煤塵污物，保證肋管外表面積清潔，是國(guó)產(chǎn)礦用空氣冷卻器結(jié)構(gòu)的又一特點(diǎn)。第46頁(yè)/共104頁(yè)第47頁(yè)/共104頁(yè)第二節(jié) 礦用空調(diào)制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備 三、 礦用高低壓換熱裝置 隨著礦井空調(diào)的需冷量日益擴(kuò)大，制冷機(jī)冷凝熱井下排放日趨困難，同時(shí)，井

33、下制冷站維護(hù)管理困難等原因，迫使大型礦井空調(diào)的制冷站安設(shè)在地面，在地面制出冷水利用保溫管道輸送到井下需冷地點(diǎn)。將帶來(lái)一個(gè)技術(shù)問(wèn)題：即礦用高低壓換熱裝置。 礦井空調(diào)輸冷管道每增加10m，將增加1大氣壓的壓力；由于高壓管道的安全性及造價(jià)上的不利原因，需要采用高低壓換熱器，轉(zhuǎn)換壓力。 常用的減壓裝置有： （1）貯水池或減壓閥 （2）高低壓換熱器 （3）水能回收裝置 （4）高低壓轉(zhuǎn)換路第48頁(yè)/共104頁(yè)（1）貯水池或減壓閥 最簡(jiǎn)單的減壓裝置是在井下用水地點(diǎn)附近建造貯水水池，即將高壓水直接接到貯水池以卸壓，然后根據(jù)用水地點(diǎn)的具體條件，采用水泵將水輸送到用水地點(diǎn)。 另一個(gè)較簡(jiǎn)單的減壓裝置是采用減壓閥，不

34、管進(jìn)水量與水壓如何變化，減壓閥可自動(dòng)、可靠地將高壓進(jìn)水減壓為所需的低壓出水，且可以保持出水壓力固定在預(yù)定的數(shù)值上。 共同缺點(diǎn)：回水排到地面的費(fèi)用太高，幾乎排除了實(shí)用性。第49頁(yè)/共104頁(yè) 另外，當(dāng)水向下流動(dòng)時(shí)，要損失位能。若這部分能量不對(duì)外作功就要全部轉(zhuǎn)換為熱能，水溫將上升。溫升的幅度可用下式進(jìn)行計(jì)算： 可知：當(dāng)水位下降1000m時(shí)，水溫將上升2.34。 溫度躍升是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題。需要解決。1000tCHgw)C/(Hgtw1000第50頁(yè)/共104頁(yè)（2）高低壓換熱器 當(dāng)水流在管內(nèi)處于有壓狀態(tài)下流動(dòng)時(shí)，其溫升和進(jìn)水溫度有關(guān)，當(dāng)進(jìn)水溫度為30，水位下降1000m時(shí)，溫升僅約0.2，如進(jìn)水溫度約

35、在3以下，則其溫升可忽略不計(jì)。 據(jù)此設(shè)計(jì)出了高、低壓換熱器，用來(lái)對(duì)高壓水和低壓水進(jìn)行熱交換，以消除冷水顯著的溫升。而且對(duì)于高壓回水的提升費(fèi)用也最節(jié)省，是較理想的技術(shù)措施。 常用的高低壓換熱器為殼管型，即在一封閉的圓形外殼內(nèi)布置許多管束，低壓水在管側(cè)(管內(nèi))流動(dòng)，高壓水在殼側(cè)(管外)流動(dòng)，這樣的布置使薄壁管外壁承受較大的壓力，同時(shí)易于積垢的水流在管內(nèi)流動(dòng)，也便于清掃。第51頁(yè)/共104頁(yè) 它的技術(shù)特征是： 1)殼側(cè)水為單流程，管側(cè)水為雙流程； 2)最大工作壓力為8.6MPa； 3)浮動(dòng)頭(對(duì)開(kāi)法蘭式)管板可使殼與管之間不會(huì)產(chǎn)生熱膨脹應(yīng)力，并且管束可以抽出來(lái)，因此便于對(duì)管束外側(cè)進(jìn)行情掃。 4）集水

36、箱便于觀察及清洗管束內(nèi)側(cè)。 5)管束的管數(shù)為201根。圖7-56第52頁(yè)/共104頁(yè) 圖7-56的下半部為由五臺(tái)高低壓換熱器組成的換熱器組，高壓的冷水從左側(cè)進(jìn)出換熱器，進(jìn)水量為21L/s，進(jìn)水溫度為6.1，出水溫度為18.3；被冷卻的冷水從右側(cè)進(jìn)出換熱器組，進(jìn)水量為20L/s，進(jìn)水溫度為21.7，回水溫度為8.9，總換熱量可達(dá)1000kW。第53頁(yè)/共104頁(yè) 這種高低壓換熱器的優(yōu)點(diǎn)： 1)高壓水是有壓循環(huán)，所以溫升很??； 2)由于低壓水一般易受污染，將它在管內(nèi)流動(dòng)便于清洗； 3)高壓水為閉路循環(huán)，將它泵回地面所需的動(dòng)力最小，費(fèi)用最省。 4)二次低壓水的水壓可根據(jù)需要，借泵輸送到需冷地點(diǎn)； 5

37、）蒸發(fā)器系統(tǒng)能保持清潔。 缺點(diǎn)： 1)在高壓進(jìn)出水與低壓出進(jìn)水之間存在著溫度躍遷(溫差)，在上圖中為2.8及3.4，所以未能充分利用制冷站輸送來(lái)的冷量，為了縮小溫度躍遷就需將換熱器做得很大； 2)整套裝置非常昂貴，一般可達(dá)同容量制冷機(jī)組費(fèi)用的6070； 3)需要相當(dāng)長(zhǎng)的硐室； 4)管理和維護(hù)的工作量很大； 5)整套裝置移動(dòng)不便。第54頁(yè)/共104頁(yè) 型號(hào) (BEM300-9.9/2.1) 換熱面積(121.4平方米)設(shè)計(jì)壓力(9.9-2.1Mpa) 山東新雪礦井科技有限公司 礦用高低壓換冷器武漢星田熱環(huán)境控制技術(shù)有限公司參 數(shù)型 號(hào)HP/LP-180/100-6.4/2.0HP/LP-250/

38、200-10/2.5HP/LP-300/250-11/2.5高壓側(cè)（HP）：工作壓力 MPa6.41011冷媒流量 m3/h180250300水阻力 kPa355050進(jìn)出水管規(guī)格DN100DN250DN250低壓側(cè)（LP）：工作壓力 MPa2.02.52.5水流量 m3/h100200250水阻力 kPa100100100進(jìn)出水管規(guī)格DN100DN200DN200筒體直徑 mmDN560DN800DN900規(guī)格（長(zhǎng)寬高）m3.80.781.04.7571.151.1965.5271.0951.576質(zhì)量 kg3100678211123第55頁(yè)/共104頁(yè)（3）水能回收裝置 為了允分利用水的位

39、能和減少水流向下流動(dòng)時(shí)的溫升以及消除在高低壓換熱器中的溫度躍遷，進(jìn)而采用了一種水能回收裝置。 利用水能回收裝置帶動(dòng)水泵，起著協(xié)助水泵將回水排至地面從而節(jié)省一部分動(dòng)力，這種裝置多采用斗輪式水輪機(jī)，水輪機(jī)可直接驅(qū)動(dòng)水泵排水，也可驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，它所回收的能量可按下式計(jì)算：1000/.Q.g)HH(Wtf第56頁(yè)/共104頁(yè)（4）高低壓轉(zhuǎn)換器 實(shí)質(zhì)是一種新型水能轉(zhuǎn)換裝置，它的長(zhǎng)度為2.6m，寬為1.6m，高為4.4m，其溫差躍遷極低可降到0.2，是一種很有前途的替換裝置。 工作原理：在一個(gè)圓柱缸體內(nèi)可以自由移動(dòng)的活塞將冷水和熱水隔開(kāi)。a低壓轉(zhuǎn)換行程； b高壓轉(zhuǎn)換行程圖7-59 高低壓轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)示意圖

40、第57頁(yè)/共104頁(yè) 低壓循環(huán)回路：從各需冷地點(diǎn)回流水流進(jìn)缸體的上部，使活塞向下移動(dòng)，從而將原先處于活塞下部的冷水排到井下的低壓冷水回路中去供各需冷地點(diǎn)使用； 直至活塞移到缸體的下端時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)三通閥，將它和井下的低壓冷水回路截?cái)?，同時(shí)缸體和井上的高壓循環(huán)回路接通。 高壓循環(huán)回路：自井上來(lái)的冷水進(jìn)入缸體的下部，由于缸體下部水處于高壓推動(dòng)活塞向上移動(dòng)，從而將位于缸體上部的溫水排至通往地面的高壓回路中去，即將溫水排到地面。 活塞移到缸體的上端時(shí)，三通閥再一次轉(zhuǎn)動(dòng)，重新進(jìn)行上述的低壓水轉(zhuǎn)換行程。 為了能使水流連續(xù)地流動(dòng)，需要有三套這種按預(yù)定行程交替工作的轉(zhuǎn)換器。第58頁(yè)/共104頁(yè)第三節(jié) 礦井空調(diào)的排熱

41、方法及其裝置 如何有效地排出制冷機(jī)的冷凝熱，是維持制冷機(jī)的正常運(yùn)行和提高空調(diào)經(jīng)濟(jì)效益的技術(shù)關(guān)鍵之一。 當(dāng)制冷機(jī)安設(shè)在地面時(shí)，排熱問(wèn)題比較簡(jiǎn)單，且易于解決；當(dāng)安設(shè)在井下時(shí)，排熱問(wèn)題比較復(fù)雜，且難于解決。對(duì)于地面集中式空調(diào)系統(tǒng)和地面、井下聯(lián)合集中式空調(diào)系統(tǒng)，冷凝熱的排放比較簡(jiǎn)單，直接從地面排放； 對(duì)于井下集中式空調(diào)系統(tǒng)和分散式局部空調(diào)系統(tǒng)，冷凝熱的排放比較困難，特別是當(dāng)沒(méi)有充足的水源時(shí)，冷凝熱的排放更加困難。冷凝器的排熱通常有三種方式： 利用礦井水排熱 利用礦井回風(fēng)排熱 從地面或經(jīng)過(guò)地表層供水排熱第59頁(yè)/共104頁(yè)（1）利用礦井水排熱 由于礦井水與空氣長(zhǎng)期接觸，使得水溫接近于空氣的濕球溫度，在礦

42、井水溫低于冷凝溫度78以上時(shí)，礦井水就可以用來(lái)為冷凝器排熱，但礦井水的水量往往有限，只夠排放部分冷凝熱。 用于冷凝器排熱的礦井水消耗量，主要取決于礦井水溫和機(jī)組的冷凝溫度，所以在考慮利用礦井水排熱時(shí)，不僅要考慮水量，更重要的是還要考慮水溫。 礦井水的水質(zhì)是應(yīng)符合要求，若水質(zhì)達(dá)不到基準(zhǔn)項(xiàng)目要求，應(yīng)采取凈化措施，以避免冷凝器換熱效率的降低。第60頁(yè)/共104頁(yè)1壓縮機(jī)；2蒸發(fā)器；3冷凝器；4井下水池；5水泵；6過(guò)濾器；7空氣冷卻器；8膨脹閥圖7-59 利用礦井水排熱系統(tǒng)圖第61頁(yè)/共104頁(yè)（2）利用礦井回風(fēng)排熱 利用礦井回風(fēng)排熱，實(shí)際是利用礦井回風(fēng)間接排熱，即回風(fēng)先冷卻水，而后再用冷卻了的水送去

43、冷凝器排熱，直接為冷凝器排熱的仍是冷卻水，但是冷卻水需要回風(fēng)流去冷卻，這樣也才能使礦井回風(fēng)排熱成為可能。 主要有兩種方式： 1）表面蒸發(fā)式水冷卻器 2）噴霧式水冷卻器第62頁(yè)/共104頁(yè) 目前，我國(guó)現(xiàn)有的井下集中制冷系統(tǒng)均是采用回風(fēng)流排熱。利用總回風(fēng)流排熱的過(guò)程是1個(gè)加濕升溫過(guò)程。 目前世界上許多井下大型空調(diào)系統(tǒng)的制冷機(jī)，都是利用回風(fēng)流排熱。普遍認(rèn)為，利用回風(fēng)流排熱是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。利用回風(fēng)流排熱的主要方式有： (1)建立井下水平噴淋硐室； (2)建立井下垂直冷卻塔 (3)制造可移式水冷卻器(或稱(chēng)再冷裝置)。第63頁(yè)/共104頁(yè) 以上三種方式，可根據(jù)井下的具體條件選用。在井下有回風(fēng)暗立井時(shí)

44、，可在那里建立垂直冷卻塔。多數(shù)情況是在總回風(fēng)道中，建立水平噴淋硐室。新汶孫村煤礦和平頂山八礦的井下集中空調(diào)系統(tǒng)，都是在礦井總回風(fēng)道中建立水平噴淋硐室。第64頁(yè)/共104頁(yè)1）表面蒸發(fā)式水冷卻器 設(shè)置在回風(fēng)巷，冷凝器的回水從水冷卻器的傳熱管中流過(guò)，一部分熱量由管外流過(guò)的風(fēng)流帶走，一部分熱量由向管表面噴淋的水蒸發(fā)帶走，回水不與回風(fēng)直接接觸，因此得名為表面蒸發(fā)式水冷卻器(也稱(chēng)再冷器)。 兩種形式： 整個(gè)回風(fēng)巷布滿(mǎn)管道； 在傳熱管外部包有殼體，形似空氣冷卻器，需配風(fēng)機(jī)。 缺點(diǎn)：需用管材較多。 優(yōu)點(diǎn)：所冷卻的的回水卻不被風(fēng)流所污染，能保證冷卻水的水質(zhì)。1壓縮機(jī)；2蒸發(fā)器；3冷凝器；4膨脹閥；5冷凝器水泵

45、；6表面蒸發(fā)式水冷卻器；7補(bǔ)給水泵；8噴水池；9循環(huán)水泵；10空氣冷卻器；11載冷劑循環(huán)泵圖7-60 帶有表面蒸發(fā)式水冷卻器的井下排熱系統(tǒng)圖第65頁(yè)/共104頁(yè) 設(shè)計(jì)計(jì)算： 傳熱面積的計(jì)算 式中 Q水冷卻器熱負(fù)荷，可取冷凝器熱負(fù)荷值，W； K傳熱系數(shù)，K580760W/m2k； 對(duì)數(shù)平均溫差，一般23； q水冷卻器單位面積熱負(fù)荷，一般q14001860W/m2 所需風(fēng)量和水量的計(jì)算 按水冷卻器的傳熱面積選取，1m2需風(fēng)量300340m3/h，需水量120160kg/h； 按每傳遞1163W(1000kcal/h)熱量選取，在風(fēng)濕球溫度28時(shí)，需風(fēng)量100160 m3/h；需水量4070kg/h

46、。qQtKQF第66頁(yè)/共104頁(yè)2）噴霧式水冷卻器 冷卻水經(jīng)過(guò)噴嘴霧化與回風(fēng)流直接接觸而冷卻，為提高冷卻幅度，水在冷卻器中可多次循環(huán)噴霧。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易行，不過(guò)長(zhǎng)期使用后，水的含塵量會(huì)增加。 國(guó)外經(jīng)驗(yàn)：如果能連續(xù)地凈化循環(huán)水量的10，就可以保證水中塵埃濃度在允許值以下。 與表面蒸發(fā)式水冷卻器的相比，噴霧式水冷卻器的排熱系統(tǒng)通風(fēng)阻力小，管材消耗少，在風(fēng)流中的通風(fēng)阻力同樣要求不超過(guò)150Pa。1壓縮機(jī)；2蒸發(fā)器；3膨脹閥；4冷凝器；5冷凝器回水泵；6過(guò)濾器；7噴霧式水冷卻器；8空氣冷卻器；9載冷劑循環(huán)泵圖7-61 帶有噴霧式水冷卻器的井下排熱系統(tǒng)第67頁(yè)/共104頁(yè) 通常噴霧式水冷卻器分：立式和臥

47、式， 立式的又稱(chēng)冷卻塔，臥式的又稱(chēng)噴霧室。 冷卻塔內(nèi)一般不加填料，有時(shí)設(shè)置數(shù)層水平的篩板或篩網(wǎng)，風(fēng)流從塔底向上流動(dòng)，水從塔項(xiàng)自然向下噴濺，反向運(yùn)動(dòng)。 噴霧室一般有一級(jí)，二級(jí)或三級(jí)冷卻，其換熱性能與冷卻塔相當(dāng)。1乏風(fēng)出口；2待冷卻水進(jìn)水管；3噴淋分管；4噴嘴；5四層不銹鋼篩網(wǎng)；6進(jìn)入冷卻塔的風(fēng)流進(jìn)口；7喇叭形進(jìn)風(fēng)分布裝置；8水位調(diào)節(jié)裝置圖7-62井下冷卻塔布置圖第68頁(yè)/共104頁(yè)1 1回水管；2 2水泵；3 3水位調(diào)節(jié)閥；4 4水墻；5 5半級(jí)噴嘴及噴霧；6 6第2 2級(jí)噴嘴及噴霧；7 7潛水泵；8 8矮隔水墻；9 9第1 1級(jí)噴嘴及噴霧；1010高水位控制閥；1111溫度調(diào)節(jié)閥；1212進(jìn)水

48、管；1313集水池；1414水滴分離器圖7-637-63兩級(jí)半噴霧室布置圖第69頁(yè)/共104頁(yè) 冷卻塔設(shè)計(jì)：塔內(nèi)的風(fēng)速以2.77.5m/s為佳，水、風(fēng)比(重量)變化范圍較大，為0.52.5。影響冷卻塔性能的因素很多，所以冷卻塔的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，其實(shí)際的性能只能靠實(shí)地測(cè)試獲得，在設(shè)計(jì)時(shí)除遵循以往的經(jīng)驗(yàn)外，最好能進(jìn)行模型試驗(yàn)，以便達(dá)到最佳效果。 噴霧室：風(fēng)速一般取4m/s，個(gè)別可達(dá)6m/s，水、風(fēng)比一般取小于1。第70頁(yè)/共104頁(yè)（3）從地面或經(jīng)過(guò)地表層供水排熱 在利用礦井水和利用礦井回風(fēng)排熱有困難時(shí)，必須由地面供水或經(jīng)過(guò)地表層(使水溫降到接近恒溫帶的溫度)供水排熱。兩種方式： 一是與利用礦井水排

49、熱相同，不同的只是井下水倉(cāng)水的來(lái)源前者是來(lái)自礦井涌水，后者是來(lái)自地面或地表層的水，水經(jīng)過(guò)冷凝器后，還需要用泵排至地面或恒溫帶的儲(chǔ)水層，因而需要在井簡(jiǎn)增裝管道，同時(shí)需要消耗大量排水用電，顯然這種方式是出于不得已； 另一種方式，將水管在井下的部分作成閉路，將冷凝器作成有相變的高低壓換熱器，從地面或地表層來(lái)的水經(jīng)過(guò)冷凝器后只需克服流動(dòng)阻力而不必克服高差就可流回地面或地表層，再冷卻循環(huán)利用。此系統(tǒng)不需要強(qiáng)大的排水電能，不過(guò)增加了冷凝器的制造成本和制造安裝的困難程度，所以很少應(yīng)用。第71頁(yè)/共104頁(yè) 總結(jié)： 利用總回風(fēng)流排熱能力有限，往往會(huì)成為影響空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效果的主要因素。 當(dāng)井下水量豐富、水溫較低

50、及水質(zhì)較好(或稍加處理)時(shí)，應(yīng)利用井下涌水排熱。如何滿(mǎn)潮：HEMS深井降溫系統(tǒng)研發(fā)及熱害控制對(duì)策就是利用礦井涌水作為冷源。 在有條件的地方，亦可利用采空區(qū)矸石堆、恒溫帶巖層(或廢巷)排熱。第72頁(yè)/共104頁(yè)第四節(jié) 礦用空調(diào)系統(tǒng)管道保冷 根據(jù)國(guó)內(nèi)外的統(tǒng)計(jì)資料，出于供冷管道不保冷或保冷質(zhì)量較差，而造成的冷量的損失占總制冷量的6070，每年造成的經(jīng)濟(jì)損失為保冷管道投資的57倍。第73頁(yè)/共104頁(yè)一、隔熱材料的要求 1對(duì)隔熱材料的要求 (1)熱導(dǎo)率低，靜止空氣的熱導(dǎo)率0.02326W/(m.k)，是良好的隔熱材料。 (2)吸潮性差。因?yàn)樗臒釋?dǎo)率約為0.5815W/(m.k)，比空氣約大24倍，若

51、結(jié)成冰，其熱導(dǎo)率更大，約為2.326W/(m.k)，比水約大3倍，隔熱材料吸潮后，導(dǎo)致熱導(dǎo)率增大，隔熱性能惡化。 (3)材料本身不可燃。 (4)施工簡(jiǎn)單，來(lái)源廣泛，價(jià)格適宜。 2對(duì)隔熱結(jié)構(gòu)的要求 (1)隔熱結(jié)構(gòu)要有一定的強(qiáng)度，能經(jīng)受井下人員和礦巖的一般碰擊，而不致過(guò)度損傷。 (2)隔熱結(jié)構(gòu)要完善，即按工序先后應(yīng)有防銹層、隔熱層、防潮層和保護(hù)層。第74頁(yè)/共104頁(yè)二、常用的隔熱材料 理想的隔熱材料應(yīng)具有：導(dǎo)熱系數(shù)小、密度小、吸水率低且耐水性能好、抗水蒸汽滲透性能好、耐低溫性能好、阻燃(氧指數(shù)高)、穩(wěn)定性能好、機(jī)械強(qiáng)度較高、施工運(yùn)輸安裝方便等特點(diǎn)。 常用隔熱材料有膨脹珍珠粉、泡沫玻璃、泡沫石棉、

52、巖棉、聚苯乙烯泡沫塑料、聚乙烯泡沫塑料、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料等。 實(shí)踐證明，聚苯乙烯泡沫塑料和硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料在礦井空調(diào)系統(tǒng)中具有很好的隔熱效果，在我國(guó)礦井空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用的較多。第75頁(yè)/共104頁(yè) 制冷站負(fù)荷主要由載冷劑從風(fēng)流中的吸熱量、管道冷損量和水泵的加熱量三部分組成。第五節(jié) 制冷站冷負(fù)荷計(jì)算及制冷設(shè)備選擇一、制冷站冷負(fù)荷計(jì)算第76頁(yè)/共104頁(yè)一、載冷劑從風(fēng)流中吸收的熱量 1、載冷劑從風(fēng)流中吸收的熱量 （1）回采工作面的需冷量 載冷劑通過(guò)空冷器從風(fēng)流中吸取的熱量。而回采工作面的風(fēng)流熱狀態(tài)，是通過(guò)預(yù)測(cè)（新礦井或新水平）或?qū)崪y(cè)（生產(chǎn)礦井）來(lái)確定的。 回采工作面出口的風(fēng)流溫度按煤礦安全規(guī)程規(guī)

53、定取值，相對(duì)濕度一般為90%-96%(空調(diào)后)，氣壓可根據(jù)標(biāo)高和地面大氣壓力進(jìn)行計(jì)算。 空冷器后的風(fēng)流參數(shù)靠反向風(fēng)溫預(yù)測(cè)。 采用空冷器計(jì)算方法計(jì)算工作面的冷負(fù)荷。第77頁(yè)/共104頁(yè)工作面冷負(fù)荷預(yù)測(cè)a空冷器 b皮帶運(yùn)輸機(jī) c空冷器供水管道d空冷器回水管道 e工作面進(jìn)風(fēng)口 f工作面出風(fēng)口圖5-4 工作面冷負(fù)荷預(yù)測(cè)示意圖第78頁(yè)/共104頁(yè)工作面反向溫度預(yù)測(cè)工作面進(jìn)風(fēng)巷道反向風(fēng)溫預(yù)測(cè)制冷站冷負(fù)荷的確定第79頁(yè)/共104頁(yè)I.工作面反向溫度預(yù)測(cè)按照煤礦安全規(guī)程規(guī)定，工作面出口溫度不得高于30，采用5.5節(jié)推導(dǎo)的公式5-86預(yù)測(cè)工作面入口風(fēng)溫。在圖5-4中，即從2點(diǎn)反向預(yù)測(cè)到1點(diǎn)，可以得到1點(diǎn)的風(fēng)流狀

54、態(tài)參數(shù)。 第80頁(yè)/共104頁(yè)I.工作面進(jìn)風(fēng)巷道反向風(fēng)溫預(yù)測(cè)：由于空冷器要占用一定的空間，空冷器不可能擺放在工作面的進(jìn)風(fēng)口，一般情況下要擺放在距離工作面進(jìn)風(fēng)口一定距離的進(jìn)風(fēng)巷道中，所以進(jìn)行工作面冷負(fù)荷計(jì)算就要考慮進(jìn)風(fēng)巷道中各種熱源的散熱，即考慮一段進(jìn)風(fēng)巷道的散熱量。由工作面反向風(fēng)溫預(yù)測(cè)可以確定圖中1點(diǎn)的風(fēng)流狀態(tài)參數(shù)，由于1點(diǎn)的風(fēng)流狀態(tài)參數(shù)已知，采用與公式5-86類(lèi)似的方法可以計(jì)算出空冷器后方混合風(fēng)流的狀態(tài)參數(shù)，即圖中3點(diǎn)的風(fēng)流狀態(tài)參數(shù)。第81頁(yè)/共104頁(yè)III.制冷站冷負(fù)荷的確定：由于3點(diǎn)的風(fēng)流狀態(tài)參數(shù)已知，在空冷器安裝巷道中，根據(jù)礦井最熱月份的測(cè)溫記錄，選取其平均值，可以確定出空冷器進(jìn)風(fēng)的

55、風(fēng)流參數(shù)，即圖中4點(diǎn)的風(fēng)流狀態(tài)參數(shù)。第82頁(yè)/共104頁(yè) 有了3-3斷面、4-4斷面的風(fēng)流狀態(tài)參數(shù)，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，建立圖5-5中斷面3-3和4-4的熱平衡方程：圖5-5 工作面空冷器前后風(fēng)流參數(shù)變化10iMxiQNiMBkkwBB第83頁(yè)/共104頁(yè) （2）掘進(jìn)工作面的需冷量 載冷劑通過(guò)空氣冷卻器從進(jìn)入掘進(jìn)工作面的風(fēng)流中吸取的熱量。 掘進(jìn)迎頭的風(fēng)溫按煤礦安全規(guī)程的要求取值，并以此為初始條件進(jìn)行逆向熱力計(jì)算，依次求出風(fēng)簡(jiǎn)出口風(fēng)溫(t2)和空冷器出口風(fēng)溫(t1)以及空冷器需冷量。第84頁(yè)/共104頁(yè) 2、載冷劑在管道中的冷量損失 載冷劑在沿管道循環(huán)過(guò)程中，由于管壁傳熱、摩擦及局部阻力等原因，

56、將造成一定的冷量損失。 33258()() (1)ETPWWKWHWBWHwBTPHWQC W ttC W tteD K D 第85頁(yè)/共104頁(yè) 3、制冷站負(fù)荷計(jì)算 制冷站負(fù)荷主要由載冷劑從風(fēng)流中的吸熱量、管道冷損量和水泵的加熱量三部分組成。 還要考慮到空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際布置情況和工程施工質(zhì)量等因素。如冷水池(或水箱)，油冷卻器，蒸發(fā)器等的冷損。 當(dāng)制冷站設(shè)在地面時(shí)，還應(yīng)考慮到高低壓換熱器的換熱性能和一次載冷劑循環(huán)系統(tǒng)的冷損情況。制冷站負(fù)荷按下式計(jì)算 第86頁(yè)/共104頁(yè)二、 制冷站和制冷設(shè)備選擇 制冷站是礦井空調(diào)系統(tǒng)的核心，是冷量供應(yīng)站。制冷站一般由制冷機(jī)房(或硐室)、配電所、操作間及水泵站等

57、組成。 制冷站的位置由所選擇的空調(diào)系統(tǒng)所決定的。 一、制冷站設(shè)計(jì)的技術(shù)要求 制冷站的位置不同，對(duì)其設(shè)計(jì)的技術(shù)要求也有所不同。當(dāng)制冷站設(shè)在井下時(shí)，應(yīng)特別注意對(duì)其安全性的要求。第87頁(yè)/共104頁(yè) （1）井下制冷站 硐室要開(kāi)鑿在堅(jiān)硬的巖體中，采用料石砌選砌鏇工字鋼混凝土支護(hù)。硐室的空間要符合設(shè)備的搬運(yùn)、安裝、維修、操作及通風(fēng)安全的要求。要建立獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)，風(fēng)量每小時(shí)交換次數(shù)不得少于5次。在發(fā)生事故時(shí)，制冷劑能直接排到回風(fēng)道中。排到回風(fēng)道中制冷劑的極限含量：R-22為0.35kgm3。 井下制冷機(jī)及其輔助設(shè)備的電動(dòng)機(jī)和供配電設(shè)備必須符合煤礦防燃規(guī)程的要求。制冷劑必須用無(wú)毒、無(wú)爆炸危險(xiǎn)和不可燃的。制

58、冷設(shè)備的水(冷水和冷卻水)要進(jìn)行水質(zhì)處理，保證水質(zhì)質(zhì)量。蒸發(fā)冷凝器承受壓力要大于4MPa。制冷站設(shè)置的位置要有利于供冷和排熱，使供冷和誹熱動(dòng)力消耗最低。第88頁(yè)/共104頁(yè) （2）地面制冷站 制冷站的位置距礦井進(jìn)風(fēng)井口要大于l00m。制冷機(jī)房里要有良好的氣候條件，冬季氣溫不得低于l0，夏季不得高于35。 制冷壓縮機(jī)外面要罩上隔音套，噪聲要控制在80dB以下。 當(dāng)采用氨制冷機(jī)時(shí)，要對(duì)載冷劑和冷卻水中氨的含量進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)，并能自動(dòng)控制。 在機(jī)房要安裝自動(dòng)化的安全裝置，當(dāng)機(jī)房?jī)?nèi)氮蒸氣的含量超過(guò)安全標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，安全裝置能自動(dòng)發(fā)出信號(hào)，當(dāng)達(dá)到危險(xiǎn)濃度時(shí)，能自動(dòng)切斷電源。第89頁(yè)/共104頁(yè) 2、制冷設(shè)備的選

59、擇 制冷站的特性與安裝在其中的制冷機(jī)臺(tái)數(shù)、型號(hào)和管道的連接系統(tǒng)有關(guān)。在制冷站負(fù)荷量不大時(shí)，采用1臺(tái)制冷機(jī)即可；負(fù)荷量較大時(shí)，需采用多臺(tái)制冷機(jī)聯(lián)合工作。 (1)制冷站單機(jī)工作 (2)制站多臺(tái)制冷機(jī)聯(lián)合工作 多臺(tái)制冷機(jī)聯(lián)合工作的有：冷凝器串聯(lián)，蒸發(fā)器并聯(lián)；冷凝器并聯(lián)，蒸發(fā)器串聯(lián)，冷凝器和蒸發(fā)器均并聯(lián)；冷凝器和蒸發(fā)器均串聯(lián)4種基本方式。在礦井空調(diào)工程中，多采用第二種和第三種聯(lián)接方式。第90頁(yè)/共104頁(yè)3、礦內(nèi)風(fēng)流的冷卻礦內(nèi)風(fēng)流的冷卻方式，是選擇制冷設(shè)備和空冷器的一個(gè)重要依據(jù)。在礦井空調(diào)設(shè)計(jì)中，首先要考慮風(fēng)流的冷卻方式。風(fēng)流的冷卻方式確定之后，才能確定制冷站的位置，制冷機(jī)的臺(tái)數(shù)、型號(hào)和制冷量以及空冷器的臺(tái)數(shù)、型號(hào)和冷量等。第91頁(yè)/共104頁(yè)（1）風(fēng)流冷卻點(diǎn)位置的確定礦內(nèi)風(fēng)流的冷卻方式和地點(diǎn)主要有：在地面入風(fēng)井口集中冷卻礦井進(jìn)風(fēng)流；在井底車(chē)場(chǎng)集中冷卻進(jìn)入采區(qū)的風(fēng)流或在礦井的一冀或一個(gè)采區(qū)集中冷卻風(fēng)流；空冷器設(shè)在采掘工作面附近或工作面中，直接冷卻進(jìn)入采掘工作面的風(fēng)流。在大多數(shù)情況下，采用最后一種冷卻方式。第92頁(yè)/共104頁(yè) 對(duì)于回采工作面，供風(fēng)量較大，且圍巖溫度不太高(40)時(shí)，一般