一种矿井井口防冻系统的制作方法

本实用新型涉及矿山防冻技术领域，尤其涉及一种矿井井口防冻系统。

背景技术：

目前，随着经济的发展越发迅速，我国对能源的需求越来越大，煤炭是我国的主要能源，在一次能源构成中约占70％。因此，煤矿的安全生产则十分重要，而井口防冻则是煤矿冬季安全生产的重要因素，井口结冰会影响生产设备的正常运行，严重的肯能会造成井下工作人员的伤亡等重大事故。我国《煤矿安全规程》第一百零二条规定，进风井口以下的温度必须在2℃以上。在北方大部分煤矿的保温时间较长，且极低温等极端天气也越发频繁。因此，如何持续有效的保证井口进风温度达到要求至关重要。

目前，大部分煤矿采用燃煤锅炉产生蒸汽加热新风的方式，此方法能源浪费严重，且环境污染较大。随着国家对绿色能源的倡导，燃煤锅炉逐渐被取缔。还有部分煤矿采用热管换热器提取回风的热量加热新风，而有些煤矿的回风温度比较低，只有十几度，甚至几度，且经过热管换热时存在漏风的情况。近年来我国冬季极端天气频发，当室外新风温度达到零下十几二十度时，由公式q放＝(ρ1qh1-ρ1hh2)(1-η)v1、q需＝v2ρ2×cp(t2h-t2q)×α可计算出，当回风低于10℃，室外新风温度达到零下-9℃左右时，就导致了回风热量不足的问题，同时热管内工质工作温度会低于零点，造成热管蒸发侧的回风中析出的水分会结冰，加上回风的粉尘颗粒的附着，从而导致换热效果大大降低，达不到要求的新风温度。而由于上述问题带来的矿区无法正常安全生产的事件频频发生。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种矿井井口防冻系统，解决现有技术遇到冬季极端天气时，井口的换热效果大大降低，达不到要求的新风温度，进而影响正常生产的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型一种矿井井口防冻系统，包括扩散塔、扩散塔风机和蓄液池，所述扩散塔的下方设置有汇水池，所述汇水池通过管道与蓄液池连接，还包括喷淋装置、热泵机组、散热器和热管换热器，回风通过所述扩散塔风机进入所述扩散塔内，所述扩散塔的顶部连接有回风风道，所述回风通道的另一端与所述热管换热器的蒸发段连通，所述热管换热器的蒸发段进口处安装有回风侧风机，热管换热器的出口处通过管道与外界连通；所述热管换热器的冷凝段进口处设置有新风侧风机，所述热管换热器的冷凝段出口通过新风风道与所述散热器的一端连通，所述散热器的另一端通过新风风道放置在新风入井口处；所述蓄液池通过溶液泵与所述热泵机组的蒸发器进口相连，所述热泵机组的蒸发器出口通过管道与所述喷淋装置连通；所述热泵机组的冷凝器通过循环水泵与所述散热器连接形成一个循环。

进一步的，所述热管换热器的蒸发段进口处安装有回风进口温度传感器，所述热管换热器的出口处设置有回风出口温度传感器。

再进一步的，所述热管换热器的冷凝段进口处设有新风进口温度传感器，所述散热器新风输出端设置有新风入井口温度传感器。

再进一步的，所述喷淋装置喷淋的溶液采用盐溶液。

与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果：

本实用新型矿井井口防冻系统，包括扩散塔、扩散塔风机和蓄液池，扩散塔的下方设置有汇水池，汇水池通过管道与蓄液池连接，还包括喷淋装置、热泵机组、散热器和热管换热器；工作时，回风在扩散塔风机的作用下进入扩散塔，经过通过喷淋换热后，向上在回风侧风机的作用下进入到热管换热器的蒸发段对从新风侧风机进入的新风进行一次加热；喷淋完成的盐溶液通过溶液泵进入蓄液池，然后高温的盐溶液经管路进入到热泵机组的蒸发侧，然后进入到散热器内对由新风风道过来的新风进行二次加热，释放热量后的盐溶液在循环水泵的作用下回流到热泵机组的冷凝侧，最后进入到喷淋装置中参与下一次的喷淋换热循环中。

(1)由于喷淋溶液不是水而是盐溶液，吸湿效果明显，回风经喷淋后相对湿度降到很低，避免了经过热管换热器时的湿工况以及由于极端天气热管换热器壁面低于零度的结冰情况；

(2)由于盐溶液的比热容明显小于水，吸收回风相同的热量的情况下，喷淋的盐溶液温升更大，使得热泵机组的效率也会增大；

(3)回风首先通过喷淋系统一次取热，在经过热管换热器与新风进行首次换热，从而实现了能量的梯级利用，且通过热泵机组和循环水泵的作用解决了极端天气下回风热量不足的问题。

附图说明

下面结合附图说明对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型矿井井口防冻系统主视图；

附图标记说明：1、扩散塔；11、扩散塔风机；2、喷淋装置；3、汇水池；4、蓄液池；41、溶液泵；5、热泵机组；51、循环水泵；6、散热器；7、热管换热器；8、新风风道；81、新风进口温度传感器；82、新风侧风机；83、新风入井口温度传感器；9、回风风道；91、回风进口温度传感器；92、回风侧风机；93、回风出口温度传感器。

具体实施方式

如图1所示，一种矿井井口防冻系统，包括扩散塔1、扩散塔风机11和蓄液池4，所述扩散塔1的下方设置有汇水池3，所述汇水池3通过管道与蓄液池4连接，还包括喷淋装置2、热泵机组5、散热器6和热管换热器7，回风通过所述扩散塔风机11进入所述扩散塔1内，所述扩散塔1的顶部连接有回风风道9，所述回风通道9的另一端与所述热管换热器7的蒸发段连通，所述热管换热器7的蒸发段进口处安装有回风侧风机92，热管换热器7的出口处通过管道与外界连通；所述热管换热器7的冷凝段进口处设置有新风侧风机82，所述热管换热器7的冷凝段出口通过新风风道8与所述散热器6的一端连通，所述散热器6的另一端通过新风风道8放置在新风入井口处；所述蓄液池4通过溶液泵41与所述热泵机组5的蒸发器进口相连，所述热泵机组5的蒸发器出口通过管道与所述喷淋装置2连通；所述热泵机组5的冷凝器通过循环水泵51与所述散热器6连接形成一个循环。所述喷淋装置2喷淋的溶液采用盐溶液，盐溶液的吸湿效果明显，回风经喷淋后相对湿度降到很低，避免了经过热管换热器时的湿工况，以及由于极端天气热管换热器7的壁面低于零度的结冰情况。

具体来说，本系统中的第一个循环系统为汇水池3、蓄液池4、溶液泵41、热泵机组5的蒸发器侧、喷淋装置2和扩散塔1组成一个完整的盐溶液循环系统，该系统实现了喷淋换热、溶液再生、溶液升温、新风换热、溶液降温返回至喷淋装置参与喷淋作业。溶液泵41的驱动下通过管道回流到蓄液池4内，蓄液池4为现有设备，可以检测到溶液的浓度，当浓度降低后可通过加料口加入对应的固体盐进行浓度的调节，经过热泵机组5的蒸发器侧的热交换后盐溶液降低温度至3℃，再次进入到喷淋装置2中参与喷淋作业，喷淋后升温至6℃左右。

另一个系统为水循环换热系统，包括所述热泵机组5的冷凝器侧、循环水泵51和所述散热器6，三者通过管道连接形成一个循环；工作时，热泵机组的蒸发器放热，同时冷凝器吸热实现循环水的升温，升温后的循环水流经散热器6实现对新风的二次升温，二次升温后的新风输入到矿井中，实现了扩散塔中余热的二次利用。

另一个系统为回风流动系统，扩散塔1内的回风经过喷淋换热后进入所述回风风道9，经过回风侧风机92进入到热管换热器7的蒸发段中，换热后经过管道排放至空气中；喷淋时实现首次热交换，之后经过热管换热器时与新风实现二次换热，实现了回风中热量的梯级利用。

还有一个系统是新风的流动系统，新风通过新风侧风机82进入到热管换热器7的冷凝段中，经过与回风的首次换热升温后，通过新风风道8进入到散热器6中，经过循环水的换热实现二次升温，最后进入到矿井中，实现了扩散塔中余热的二次利用。根据计算，当回风温度为10℃湿度90％左右时，回风经喷淋后降到温度8℃湿度40％左右，通过热管换热器对新风一次加热降到1℃左右，通过喷淋提取回风的热量经热泵对新风二次加热，经计算只要新风温度高于-33℃左右，既能满足井口防冻2℃的要求。经过本系统的两次升温可以保证井口进风温度，比传统的系统2℃的保证温度有更大的安全冗余。

所述热管换热器7的蒸发段进口处安装有回风进口温度传感器91，所述热管换热器7的出口处设置有回风出口温度传感器93。所述热管换热器7的冷凝段进口处设有新风进口温度传感器81，所述散热器6新风输出端设置有新风入井口温度传感器83。所述热泵机组5以及所述的热管换热器7是对回风顺序进行取热，对新风逆序进行放热。所述热泵机组5可随回风、新风温度的变化手动开启或关闭。

本实用新型的工作过程如下：

工作时，矿井内的总回风在扩散塔风机11的作用下进入扩散塔1中，经过通过喷淋装置2的盐溶液喷淋换热后，初次降温后的回风向上流动在回风侧风机92的作用下进入到热管换热器7的蒸发段，在热管换热器7中对从新风侧风机82进入的新风进行一次加热；喷淋完成的盐溶液经过热交换后升温，通过溶液泵41进入蓄液池4中，然后高温的盐溶液经管路进入到热泵机组5的蒸发侧，在蒸发侧放出热量后回流到喷淋装置2中参与下一次的喷淋换热循环中；热泵机组5的冷凝器侧与散热器6连通实现水循环的热交换，并对由新风风道8过来的新风进行二次加热。在新风风道8的最开始入口处设置有新风进口温度传感器81，新风出口处设置有新风入井口温度传感器83，可以适时的对初始新风温度和两次加热后的新风温度进行监测；在回风风道上设置有回风进口温度传感器91和回风出口温度传感器93，可以适时的对回风初始温度和降温后的回风温度进行监测。通过该矿井井口防冻系统，不仅能合理利用回风热量，解决了极端天气下，回风热量不足导致的不能满足井口防冻需求的问题，而且在极端天气下，解决了热管结冻的问题。

此外，理论上，当新风入井口温度传感器83低于2℃时，此时表明换热量不足，不能满足井口防冻要求，需开启热泵机组5，并可以根据新风温度来调节喷淋水量，新风风温越低喷淋水量越大，始终保持新风入井口温度维持在2℃以上。新风进口温度传感器81主要是检测环境温度，新风入井口温度传感器83检测新风进井口的温度，是否满足大于2℃的要求，回风进口温度传感器91和回风出口温度传感器93分别检测经喷淋和热管换热后的回风温度，同时计算两次取热的取热量。该通过处理放置在各个风口的温湿度检测装置所采集的数据，由公式推算出单一热管换热器系统能否达到井口防冻需求，且热管不会产生结冰。若满足要求可停止热泵机组5的运行，避免能源浪费。这样整个系统就实现了一个对回风能量的充分利用。

以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。