水源热泵在井下制冷降温中的应用研究.pdf

毒域晨 舛技 2 0 1 0 年 第2 期 水 源热泵在井下制冷降温中的应 用研 究 周升举 ， 刘国庆 新巨龙能源有限责任公司， 山东 巨野2 7 4 9 1 8 摘要水源热泵是利用地球水所储藏的能量资源作为冷、 热源， 进行能量转换的空调技术。新臣龙公司将水源热泵应用到井下， 利用矿井地 热涌水资源进行能量转换， 制取冷置用于井下降温， 效果显著。 关键词 高温矿井水源热泵制冷降温 中图分类号 3 7 7 2 7 ． 2 文献标识码B Ap p l i c a t i o n S t u d y Of W a t e r S o u r c e He a t P u mp F o Re f r i g e r a t i o n Co o l i n g Te c h n o l o g y I n M i n e Z h o u S h e n g - j u ． L i u G u o q i n g N E W J U L O N G E n e r g y R e s o u r c e C o ． ， L t d ． Ab s t r a c t Wa t e r s o u r c e h e a t p u mp i s 0 2 1 a i r c o n d i t i o n i n g o f u s i n g t h e e n e r g s t o r e d b y t h e E a r t h’ s wa t e r reS o l l r e e 8 a s c o l d o r h eat f o r e n e r g y c o n v e r s i o n． Th e NEW J UL ONG En e r g y R e u me C o ．， L t d a p p l y Wa t e ru ree h e a t p u mp t o u n d e r g r o u n d，u s i n g mi n e wa t e r l 8 o u r e e s o f g ooe r ma l e n e r g y c o n v e r s i o n， P r e p a r a ti o n o f c o o l i n g c a p a c i t y for t h e u n d e r g r o u nd c o o l i n g，a c h i e v e s v e r y g o o d r e s u l t s ． Ke y wo r d s h i g }I g r o u n d t e m p e r a t u r e mi n e w a t e r s o u se h e a t p u m p P r e p a r a t i o n of c o o l i n g c a p a c i t y for red u c e t e mper a t u r e 新巨龙公司龙固矿井年设计生产能力为 6 0 0万 t 。根据地质资料， 本区恒温带深度 5 0 m、 温度 1 8 ． 9 ℃； 平均地温梯度 2 ． 8 8 o C ／ l O O m， 其 中非煤系地层平均地 温梯度2 ． 5 2 ℃／ 1 0 0 m， 煤系地层平均地温梯度 3 ． 2 3 ℃／ 1 0 0 m。矿井总涌水量在 1 2 0 0 m ／ h左右。一 8 1 0 m水平 水温达4 8 ℃ 一 5 1 ℃， 一 7 0 9 m水平水温达4 6 ℃。 1 水源热 泵制 冷工作 原理 及工 艺流 程 水源热泵制冷降温技术是根据“ 蒸发吸热， 冷凝放 热” 的制冷原理进行工作的。以制冷工况为例简述水 源热泵的工作流程 压缩机做功将工质蒸汽加压至饱 和状态并将它压入在冷凝器中， 工质蒸汽在冷凝器中 冷凝， 释放热量， 经膨胀阀节流后进入蒸发器内吸收介 质水 冷冻水 中的热量后蒸发， 介质水的温度降低， 供制冷使用， 由此完成一个制冷循环， 如此反复实现连 续 的制冷工况。 }收稿 日期 2 0 0 9一l l 一2 O 作者简介 周升举 1 9 8 3一 ， 男， 汉族， 2 0 0 7 年毕业于湖南科技大 学 ， 本科 ， 在山东新 巨龙能源有 限责任公 司从事 矿井 “ 一 通三 防” 工 作。 助理工程师。获得2 0 0 9 年山东省煤炭科学技术一等奖， 2 0 0 9 年 新汶矿业集团公司职工技术创新成果二等奖。 制备出的7 ℃ ～ 1 2 ℃冷冻水一制冷管路一 工作面 及掘进迎头空冷器一 向工作面或掘进迎头送风， 降低 环境温度， 改善工作条件。吸收环境热量的冷冻水温 度升至 1 1 ℃ 一1 8 C， 返回蒸发器循环， 冷冻水为闭路循 环损耗较低。整个制冷过程 中， 采用矿井井下 4 5 4 8 ℃矿井水作为冷凝器冷却水， 冷却水 吸热升温到 5 4 c l 左右， 通过管路排至井下水仓 ， 该运行工况除制冷 正常耗电外， 不产生额外的排水电费。 2 水源 热泵 制冷 系统设 备选 型 以辅二大巷制冷硐室水源热泵 供两个掘进工作 面制冷 为例进行设备选型计算 ， 主要装备有 水源螺 杆机组， 水泵 一备一用 ， 旋流除污 沙 器， 板式换热 器， 矿用隔爆型多回路电器控制箱 五台 。 2 ． 1 冷负荷计算 需冷量 c p X C ． wx 一t 1 ／ 3 6 0 0 式中 p 一空气密度 k g ／ m 。 ； G 一空气流量 m 3 ／ h ； 一 风机盘管进风点焓值 处理前 k J ／ k g ； 一 风机盘管出风状焓值 处理后 k J ／ k g 。 1 煤气厂设备安全拆除彻底消除了长期以来困 扰周边职工的煤焦油气味， 解决 了职工生活中存在的 重大隐患， 为职工生活安全提供了保障。 2 不再进行维修、 维护工作， 减少了人员 的占 用， 设备、 材料、 资金的投入 。 3 煤气厂拆除后， 1 2 6 0 0 m 的土地的到了解放， 可为宿舍区建立新的基础设施 ， 提高了土地利用率。 参考文献 [ 1 ] 杨学圃， ‘ 发生炉气及水煤气工学 石油工业出版社。 [ 2 ] 毛悌和． 化工废水处理技术[ M] ． 北京 化学工业出版社。 [ 3 ] 朱龙， 徐家振， 李雁春 ， 等． 煤气洗涤水处理方法的研究[ J ] ． 有色 矿冶。 2 0 1 0 年 第2 期 童瞧差 舛l枝 8 1 经计算， 两个掘进工作面需冷量为 6 9 0 k W。 2 ． 2机组选型 热泵型号 G S G 8 7 O D D A 。 制冷量 8 4 0 k W； 制冷额定功率 1 5 8 k W； 制冷最大输入功率 1 9 0 ． 2 k W； 制热量 9 2 5 ． 4 k W ； 制热额定功率 2 1 1 ． 3 k W； 制热最大输入功率 2 5 3 ． 6 k W； 电源 3 8 0 V l／ 3 N一 ／ 5 0 H z ； 制冷剂 R 2 2 ； 制冷剂注入量 1 2 5 k g ； 冷冻水流量 1 3 8 ． 3 ／ 7 6 ． 9 m ／ h ； 冷却水流量 7 5 ． 4 ／ 1 3 2 ． 7 m 3 ／ h 。 2 ． 3水 泵选 型 1 冷冻水泵根据螺杆机组 的冷冻水流量来确 定。水泵的流量为 机组要求流量 1 ． 1 0的系数。冷 冻水 流量 1 3 8 ． 3 m 3 ／ h 1 ． 1 01 5 2 ． 1 3 m ／ h 。 型号 S 1 2 51 0 0 2 0 0 L ； 扬程 3 0 m； 转速 2 9 0 0 r ／ ra i n ； 流量 1 5 0 I I r ， ／ h ； 轴功率 1 6 ． 5 6 k W； 配用功率 2 2 k W。 2 冷却水泵根据螺杆机组 的冷却水流量来确 定 ， 冷却水流量 1 3 2 ． 7 m ／ h1 ． 1 01 4 5 ． 9 7 3 ／ h 。与 冷冻水泵选用同一型号。 2 ． 4旋流除污 沙 器 旋流除污器 的选型是根据冷却水的流量来确定 的， 冷却水泵的流量为 1 5 0 m 3 ／ h ， 选择旋流除污器如 下 型号 D H X一1 5 0 ； 工作压力 1 ． 6 MP a ； 最大处理水量 1 7 0 t 。 2 ． 5板式换热器 选择板式换热器的 目的是考虑到矿井水硬度大、 杂质多， 如果矿井水直接进入机组 ， 对冷凝器的影响 大， 因而选用了板式换热器作为换热中转站。 型号 B R 0 7型； 设计压力 1 ． 0 M P a ； 试验压力 1 ． 5 N P a ； 设计温度 1 5 0 c 【 ； 换热面积 6 0 m ／ 台。 2 ． 6矿用隔爆型干式变压器 型号 K B S G 2一T一 4 0 0 ／ 1 0 ； 额定容量 4 0 0 k V A； 额定电压 1 o 0 k V； 低压 6 9 3 ／ 4 0 0 V； 额定电流 高压 2 3 ． 1 A； 低压 3 3 9 ． 2 5 ／ 5 7 7 ． 3 5 A。 2 ． 7 矿用隔爆型多回路电器控制箱 型号 K X B 1 3 0 1 8 ． 5 ／ 6 6 0 3 8 0 ； 额定工作电压 6 6 0 ／ 3 8 0 V； 控制电机功率 3 0 k W、 1 8 ． 5 k W。 2 ． 8 矿用隔爆型永磁机构高压真空配电装置 型号 P B G一 3 0 0 ／ 1 0 Y； 额定电压 1 0 k V； 额定电流 3 0 0 A ； 开断 电流 1 2 ． 5 A； 电流互感器一次额定电流 3 0 0 A； 介 质 9 1 5 k g 。 3 输配管网布置 1 冷冻水至末端盘管输配采用 D N 1 5 0镀锌钢管 加保温 一进一回 。 2 冷却水通过热泵机组至 一 8 1 0 m水仓输配采用 普通 D N 1 5 0镀锌钢管 一进一回 。 3 冷冻水系统采用两台防爆水泵 一用一备 水流量为 1 2 0 m ／ h ， 扬程 1 5 m； 冷却水系统采用防爆水 泵 一用一备 水流量为 1 2 0 m ／ h ， 扬程 1 2 m。 4 输配管网设置膨胀水箱补水。 4应 用效 果 以辅 二大 巷 为 例 风 筒供 风 距 离 6 3 0 m， 直 径 1 0 0 0 ra m， 局部通风机功率 2 5 5 k W。风机吸风口风量 8 7 1 m ／ m i n ， 空冷器前风温 3 3 ℃， 空冷器后风温 2 1 ℃， 通过空冷器风量为 4 9 4 m 3 ／ mi n ， 降温 l 2 ℃。风筒出风 口风量 3 9 4 m ／ m i n ， 温度 2 2 ． 5 ℃。工作面温度 2 5 ． 4 ℃。 降温效果十分明显。 5 应 用 总结 1 水源热泵制冷系统造价低于制冰工艺 ， 系统 简单， 可靠性高。制备 7 ℃冷冻水的电耗比制冰机制 备 一 4 ℃乙二醇溶液的费用低 2 0 ％， 节约了运行成本。 2 降低了工作面温度， 改善了职工工作环境 ， 促 进了矿井安全生产。 3 充分利用 了矿井地热涌水资源， 直接利用矿 井水作为冷凝废热载体， 利用了矿井 自身的排水系统， 不产生额外的排水费用。