礦用井下降溫系統(tǒng)

趙艷青

摘 要：礦用井下降溫系統(tǒng)基本類型主要分為地面集中制冷系統(tǒng)、井下集中制冷系統(tǒng)及井下分散式制冷系統(tǒng)等多種形式。主要是由防爆制冷機(jī)組、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、閉式冷卻塔、空冷器、補(bǔ)水系統(tǒng)、軟化水系統(tǒng)等部分組成。

關(guān)鍵詞：防爆制冷機(jī)組；冷卻水循環(huán)系統(tǒng)；冷凍水循環(huán)系統(tǒng)；閉式冷卻塔；空冷器

0 引言

隨著礦井的逐漸深入地下，受地?zé)岬挠绊懸苍絹碓絿?yán)重。許多500m以下礦井最高溫度達(dá)到40℃，嚴(yán)重影響工人的健康與工作效率。高溫對工人行動與行為的不利影響不但降低了工效，還增加了人為失誤，同時(shí)事故的發(fā)生概率也大大增加。因此，實(shí)施降溫工程不僅是必要的，而且是迫切的。

1 制冷降溫系統(tǒng)方案確定

制冷降溫系統(tǒng)采用局部式降溫系統(tǒng)，將制冷機(jī)組安裝在聯(lián)絡(luò)巷中，為兩個(gè)掘進(jìn)工作面降溫。冷凝熱采用回風(fēng)巷的回風(fēng)排放，閉式冷卻塔設(shè)置在回風(fēng)巷中，用冷卻水管將冷凝熱輸送到閉式換熱器中放熱。制冷機(jī)組產(chǎn)生的冷凍水用輸冷管道將輸送到安裝在兩個(gè)掘進(jìn)工作面的空冷器中，由局扇排出的空氣先經(jīng)空冷器降溫后，再送到掘進(jìn)工作面，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)掘進(jìn)工作面降溫。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 工作介質(zhì)

選擇R134a為制冷降溫系統(tǒng)的工作介質(zhì)，該制冷劑主要優(yōu)點(diǎn)是冷凝溫度高且環(huán)保，適應(yīng)環(huán)境溫度高、排熱困難的條件下。

2.2 制冷壓縮機(jī)選擇

制冷壓縮機(jī)制冷量Q0=500kW，電機(jī)P=185kW

2.3 冷卻水量計(jì)算

2.3.1 基本結(jié)構(gòu)和參數(shù)確定：

冷卻水進(jìn)水溫度取為40℃，溫差取5℃，出水溫度為45℃。

2.3.2 冷凝器的熱負(fù)荷：

QK= Q0+P= 685kW

實(shí)際確定冷凝器的熱負(fù)荷為700kW。

2.3.3 冷卻水流量：

式中cpw——冷凍水的定壓比熱，cpw =4.186kJ/kg.K

2.4 冷凍水量計(jì)算

2.4.1 基本結(jié)構(gòu)和參數(shù)確定

冷凍水（載冷劑）進(jìn)水溫度為9℃，溫差取7℃，出水溫度為16℃。

2.4.2 冷凍水（載冷劑）流量：

式中 cpl——冷凍水的定壓比熱，cpl =4.186kJ/kg.K

2.5 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

2.5.1 冷卻水流程確定

從冷凝器中吸收冷凝熱后的冷卻水，用水泵通過閉式冷卻水管送到閉式換熱器中，在噴淋水和風(fēng)流的共同作用下，管中冷卻水放熱降溫，冷凝熱被風(fēng)流帶到大氣中，冷卻后的冷卻水流回到冷凝器中再吸熱，形成冷卻水循環(huán)。其流程如下：制冷機(jī)組冷凝器→冷卻水循環(huán)泵→冷卻水管→閉式換熱器→冷卻水管→制冷機(jī)組冷凝器。

2.5.2 冷卻水管規(guī)格確定

根據(jù)冷卻水流量和管內(nèi)流體的壓力，確定選擇冷卻水管規(guī)格：

式中 Qw——冷卻水必須水流量，Qw =1.2Vw =145m3/h

w′——冷卻水經(jīng)濟(jì)流速，w′=2.2m/s

選擇規(guī)格為159×4.5mm無縫鋼管做冷卻水管。

2.5.3 冷卻水循環(huán)泵選擇

水泵必須的流量：Qw =1.2Vw =145m3/h

水泵必須的揚(yáng)程：H=1.2（hw+ hn + hr）

式中：hw——冷卻水管路及附件的阻力

hn——冷凝器的阻力

hk——閉式換熱器或冷卻塔的阻力

2.5.4 閉式換熱器選擇計(jì)算

根據(jù)所需冷凝熱排放量700 kW、冷卻水的參數(shù)及用戶可能提供的回風(fēng)量3500 m3/min，每個(gè)降溫工作面選擇2臺FBN-330T型閉式冷卻塔。

2.6 冷凍水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.6.1 冷凍水流程確定

冷凍水輸送系統(tǒng)由輸冷管道、循環(huán)水泵、定壓補(bǔ)水裝置組成。制冷機(jī)組蒸發(fā)器出來的9℃冷凍水經(jīng)輸冷管送至末端空冷器，與采煤工作面的熱空氣進(jìn)行熱交換后，將使水溫上升至16℃左右，再由冷凍水循環(huán)泵使其返回制冷機(jī)組蒸發(fā)器進(jìn)行降溫，形成冷凍水循環(huán)。

2.6.2 冷凍水管規(guī)格確定

冷凍水流量：Ql =1.2Vl =1.2×61.43=73.7m3/h，冷凍水經(jīng)濟(jì)流速取w′=2.5m/s。

根據(jù)冷卻水流量和管內(nèi)流體的壓力，確定選擇冷凍水管規(guī)格：

選擇規(guī)格為133×5mm無縫鋼管做冷凍水主管路。

2.6.3 冷凍水管的補(bǔ)償方式確定

由于井下輸冷管道內(nèi)輸送的為低溫冷凍水，在管道運(yùn)行時(shí)，存在熱脹冷縮現(xiàn)象，故設(shè)計(jì)時(shí)需考慮管道補(bǔ)償問題，建議采用套管補(bǔ)償器。

2.6.4 冷凍水循環(huán)泵選擇

水泵必須的流量：Ql =1.2Vl =1.2×61.43=73.7m3/h

水泵必備揚(yáng)程：hw=1.2（hwl +hz +hk）

式中：hwl——冷凍水管路及附件的阻力

hz——蒸發(fā)器的阻力

hk——空冷器的阻力

2.7 井下降溫系統(tǒng)末端設(shè)備

主要由空冷器、過濾器、儀表、閥門等組成。

2.8 系統(tǒng)補(bǔ)水及軟化水系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)補(bǔ)水采用定壓補(bǔ)水方式進(jìn)行補(bǔ)水。

（2）水處理系統(tǒng)的處理水量應(yīng)大于冷卻水循環(huán)和冷凍水循環(huán)回路中所損失的水量，處理的水質(zhì)必須是符合《載冷劑水質(zhì)要求表》的要求。

3 控制系統(tǒng)

本制冷降溫系統(tǒng)的控制采用了德國西門子PLC智能控制裝置，它集先進(jìn)的進(jìn)口可編程控制和防爆技術(shù)于一體，對制冷機(jī)機(jī)組的電機(jī)、控制閥、傳感器等實(shí)施自動控制。

4 結(jié)論

礦用井下降溫系統(tǒng)改善了礦井作業(yè)的環(huán)境，礦井需要降溫作業(yè)面的溫度降到26℃以下，有效地保證了礦井工人的身心健康，降低安全事故的發(fā)生率，提高生勞動生產(chǎn)效率。礦用井下降溫系統(tǒng)不僅有效地治理了礦井熱害，還為礦井及降溫系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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[2]薛千成，胡彥祥，劉桂平.煤礦井下降溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].煤礦機(jī)電，2013，（3）：75-78.

（作者單位：阜新金昊空壓機(jī)有限公司）