煤矿井筒防冻设计的方案

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1、1200 m/min进风井红外加热热风输送系统可行性分析方案扬州希塔尔电气设备有限公司 书目1 总论22 通风耗热量计算43 红外线加热的原理44 设备选型85 性能比较96 系统平安运行方案127 自动限制系统138 基础设施要求159 三废治理及环境爱护1510 能耗统计与管理161 总论1.1 工程背景通风是采矿中的重要环节，冬季通风中由于带来矿井地面环境的寒冷气流经过井下通道，致使井上井下都与环境温度相差无几。采矿设备与设施不能在低温环境下运行工作，如综采设备的润滑油、输送煤炭出井的橡胶输送带、供应井下工作用的自来水、操控作业人员的工作条件等等。为了保证井下设备设施的正常运转，保证平安

2、生产，需对主井及副井进行热风输送，冷热风入井混合后，保证井内温度不小于2，确保生产平安运行。1.1.1传统井筒保暖做法：1）、采纳在主井井口、副井井口处各设空气加热室一座，主副井供热热媒一般为高温蒸汽锅炉供应的蒸汽或常压锅炉供应的蒸汽和热水，末端采纳散热器或暖风机，经风机将空气加热室的热风输送到井下。2）、在室内建一个燃煤的空气加热室，将通过室内的回旋管道内的空气加热，采纳风机、管道送到主井井口和副井井口。1.1.2目前先进的做法是：1）、采纳热泵形式，将进下排出的带有温度的空气，通过二次热交换的方式加热空气，将加热的空气通过风机送到主井井口和副井井口。2）、远红外线热风输送形式，利用电能通过

3、远红外电热管自动将空气加热到肯定温度，用风机将热风送到主井井口和副井井口。远红外电热管加热空气方式，科学先进地运用了传热的三大主要方式，对流、热传导、辐射技术。远红外线热风输送系统中的热风炉加热管表面温度为 8001000度，使加热管四周15mm内分布的空气产生振荡，并在11.4s的时间内被迅间加热到80210。红外线加热管设置为密集布置，管外的被加热的片状吸热物质在红外辐射下快速被加热，在15mm内只有一根加热管工作就能传递热量、辐射四周的其他加热管，整个加热室内的每根加热管均有相应的热量对空气加热。红外线热风输送系统对电能的利用率极高，对节约能源、环境爱护、平安生产将带来新的条件和效益。其

4、他如用燃汽加热、燃油加热、桔杆加热等这里不作一一的分析评估，仅对远红外线热风输送系统在矿井中的应用进行探讨分析。远红外热风输送系统已经在内蒙鄂尔多斯煤炭集团阿尔巴斯一矿实质性地运行了四年，在偏关正兴煤矿实际运行三年，运行效果、运行质态较好，运行综合成本较低、免维护费用，从长远考虑，具有肯定的经济、环境和社会效益。方案针对传统锅炉供热以及远红外线热风输送系统进行性能比较，从投资、热力负荷、电力负荷、平安性、占地面积、运行费用等方面进行全面分析对比，从而对远红外线热风输送系统的节能环保、平安牢靠得到明确的结论，为相关主管部门供应科学依据。1.2 编制依据（1）采暖通风与空气调整设计规范GB5001

5、9-2003（2）锅炉房设计规范GB50041-2008（3）煤炭工业矿井设计规范GB50215-2005（4）煤炭工业采暖通风及供热设计规范GB/T50466-2008（5）锅炉大气污染物排放标准GB13271-2001（6）大气污染物综合排放标准GB16297-1996（7）工业企业厂界噪声标准GB12348-2008（8）通风与空调工程施工质量验收规范GB50243-20021.3 红外线加热的原理远红外线是电磁波。电磁波是电场与磁场交互而产生的一种波。太阳从伽马线到电波放射着各种波长的电磁波。其中微米（）的波长范围称作红外线。比这更长的，波长范围叫做远红外线。把这波长换算成温度则是。也

6、就是比较而言低温的放射体所发电磁波就是远红外线。图1 电磁波的种类与远红外线的波宽1.4 远红外线的加热作用远红外线可以赐予持有电极特性的分子（譬如水分子）运动能量。给了分子振动能量后就可以使运动活跃起来。分子原来就是运动着的。氢分子的速度是1.8Km/s、笔直可跑距离为1.7810-5cm，与其它分子的冲突次数是秒100亿。得到远红外线能量的分子会加速与其他分子冲撞，分子冲撞产生热。远红外线本身并非热。能让对方分子自己发热的是电磁波。1.5 远红外线与热风的区分远红外线不是热风，是叫做电磁波的一种电波，简洁被有机物汲取，被汲取后变成热。热的传导方法有热传导、对流、辐射3种，远红外线只是辐射传

7、递。热风是给物质表面加热，远红外线则是给物质内部加热，区分在此。1.6 红外线的传热学基本理论（1）不同特性的物体放射的红外线特性（波长）不同，不同特性的红外线易为特性相同的物体所接收。（2）热能传递的形式：辐射、传导、对流。（3）热能在高温下主要（95%）以辐射的形式传递，其辐射强度与温度的四次方成正比。 （4）辐射热能的汲取实力与受热物体的表面黑度成正比。（5）受热物体的热能传导强度与（该物体表面和内部）温度梯度成正比与热阻成反比。1.7 远红外线的用途工业加热与干燥的方法许多，自能源危机以来，世界各国为提高能源运用效率与发展能源多元化，纷纷研发各种节约与替代能源技术，其中辐射加热干燥由于

8、方法的特别性，被证明为最有效率的加热与干燥技术之一，而被广泛地用于取代传统的热风式加热与干燥系统。辐射加热与干燥包括红外线、紫外线、微波/射频、电子束与雷射等，其中红外线加热干燥是利用电磁辐射热传原理，以干脆方式传热而达到加热干燥物体的目的，从而避开加热热传媒体导致的能量损失，有益能源节约，同时红外线因有产生简洁，可控性良妤等特质，而有加热快速、干燥时间短、生产力提高，产品品质改进及设备空间节约等优点。红外线的波长区间大致为0.75nm至1000nm，因其波长位于红色光波长(0.6nm至0.75nm左右)外而得名。在低于2000的常规工业热工范围内，红外线是最主要的热射线。人们有时将红外线又划

9、分为近红外、中红外、远红外等若干小区间，所谓的远、中、近，是指其在电磁波谱中距红色光的相对距离远近而言。采纳红外线加热是否有效，主要取决于被加热物体的汲取程度，汲取率越高，红外线辐射效果就越好。而汲取率取决于被加热物质的类别、表面状态、红外线辐射源的波长等。物质反射的辐射能量与入射能量的比值叫反射率，不同材料和不同表面状况的反射率各不相同。物质透过的辐射能量与入射能量的比值叫穿透率，穿透率随材料的性质及厚度不同而改变。不同材料的有效穿透范围也不一样。通常把非透亮材料的穿透率看作零。一般金属晶体非常细密，透过表面的电磁辐射能在很短的距离内快速衰减，因此热辐射对金属的穿透深度在微米数量级上。而非金

10、属材料分子结构不很细密，在常温下不同非金属物质各自具有特别振动频率，因此当入射的电磁波到达界面时，电磁波很少被反射，较易穿过界面进入表层，有些激起共振变为热量，有些不能激起共振的则受到折射、散射和反射作用。由于实际物体都不是单一结构的单纯物质，故有些未被表层汲取的辐射波，在深化过程中还会被其它物质的共振而不同程度地加以汲取。只有在穿过全部厚度时，未破汲取的那部分辐射能量才能透过。因此非金属的穿透深度比金属的要高。红外线加热优势及效率,红外线干燥加热方式在近几年来则以惊人的发展速度被接受，并被实际运用于各层次，主要是红外线干燥方式有下述之优点： （1）具有穿透力，能内外同时加热。 （2）不需热传

11、介质传递，热效率良好。（3）可局部加热，节约能源。 （4）供应舒适的作业环境。 （5）节约炉体的建立费用及空间，组合、安装及修理简洁简洁。 （6）干净的加热过程。 （7）温度限制简洁、且升温快速，并较具平安性。 （8）热惯性小，不须要暖机，节约人力。因为红外线加热其有上述优点，因比获得高效率高均一性的加热是可能的进而获得高品质的产品。2 设备选型2.1 气象资料（1）冬季极端最低温度平均值：-22（2）冬季采暖设计室外计算温度：-15（3）年采暖天数：150天（4）冬季主导风向：WN（5）冬季室外平均风速：2.9m/s（5）最大冻土尝试：1.0m2.2 现场实际数据：（1）进风井风量1200

12、m/min（2）极限环境温度：-22（3）井筒混合风温度：22.3 通风耗热量计算耗热量Q1= Gcp（t2-t1）=1200601.2051.01（2-（-22）=2103062Kj/h2.4 红外线热风输送系统能量平衡1）、红外线加热机组处理风量V=18000m3/h2）、加热机组实力Q2=Gcp（t2-t1）=1.205180001.01（T-（-22）3）、热平衡Q2=Gcp（t2-t1）=1.205180001.01(T-2)Q3=Gcp（t2-t1）=1.205540001.01(2-(-22) Q3= Q21.205540001.01(2-(-22)= 1.205180001.0

13、1(T-2)T=74 （取75）2.5机组的加热实力为1）、热风炉产生热量Q2=Gcp（t2-t1）=1.205180001.01（T-（-22） =1.205180001.01（75-（-22） =2124969Kj/h2）、机组总功率： N=2124969/3595=590Kw3）、设计1台热风炉其风量功率： 风量=18000m3/h 全压：600Pa 加热功率=590Kw 风机功率=22Kw4）、总装机容量=620Kw3 性能比较依据传统的锅炉供热以及远红外线热风输送系统的特点、系统运行的特征、以及管理水同等，确定性能比较内容如下：（1）热力负荷与电力负荷（2）投资与运行费用（3）平安环

14、保3.1 热力负荷与电力负荷远红外线加热器的节能是由电热涂料在加热器幅射面形成固化涂层，该涂层因其表面黑度高，故能汲取大量的辐射热能，又因其放射率高，故能将汲取的辐射热能转换成物体易汲取的远红外热能以电磁波的形式传递.微米级电热涂料的涂层厚、热阻大、反射率高，用于加热器内表面，将散失的热能转换成远红外热能以电磁波的形式辐射加热器内，为加热器内的被加热物体所汲取，从而将热能留在加热器内，使加热器内的温度上升，加热器内的温度得到了充分的利用。纳米级电热涂料的涂层薄、热阻小，用于加热器中受热导温的金属材料表面，在传热过程中，该涂料层不仅将汲取的辐射热能转换成远红外热能传递，其自身变成远红外辐射热源，

15、而且也因其表面温度的提高，导致温度梯度增大，使被加热物体的热能传导强度增加，吸热实力大大提高。总之，通过电热涂料将辐射热能转换成远红外热能产生的干脆作用是，提高了加热器内的温度，增加了被加热物体的热能汲取速度，削减了热能损失，达到节能的目的。3.2 投资与运行费用 远红外线热风输送系统（1）远红外线热风输送系统共设1组加热机组。（2）按每年工作时间5个月，平均运行2/5功率进行计算，电价按0.6元/度计算。耗电量W=620(2/5)24305=892800kwh=89.3万度。电费累计消耗为53.6万元。（3）无须要专人值守，维护成本低。（4）运行成本总计53.6万元/年。传统的锅炉供热（1）

16、燃煤锅炉，仅供热风的5个月时间需耗煤90110吨，按当前市场400元/吨计，其价值为36万元44万元/年。（2）定岗人员5人，按人均4万元计，共支出费用20万元/年。（3）锅炉及管道维护费用24万元/年，。（4）运行成本累计5868万元/年 经比较分析，远红外线热风输送系统比传统的锅炉供热每年节约运行费用4.414.4万元，经济效益可观。3.3 平安环保 远红外线热风输送系统（1）每个升温区都有牢靠的执行探头，如有故障，既有急停，报警功能。可在调度室及相关岗位设有电脑温度监督，执行系统，随时驾驭，视察热风炉的升温状况。（2）热风加热室的位置，距离主井或副井井口20米，无障碍物，无粉尘，在通风良

17、好的地方建立加热室。（3）设有对有害气体（瓦斯气体）报警功能。（4）有良好的接地装置。（5）热风设备的4个检修门均设有开门断电连锁装置。（6）现代化的平安和报警设施，科学化的连锁程序编排，大大的提高了热风输送系统操作的平安性及牢靠性。（7）无废水、废渣、废气的排放。 传统的锅炉供热有废水、废渣、废气的排放，对环境造成肯定的污染。4 系统平安运行方案4.1 系统平安运行设计要点（1）配电柜是由温度、时间自动限制部分和供应加热炉电源部分组成。（2）限制仪表、记录仪和计时器采纳进口配件，并依据用户需求配备多种仪感器及温控仪表，限制精度高，运用寿命长。 （3）特别风格设计，具有超温限制，过载电流爱护等

18、功能，全面提高设备平安性能。（4）设有对有害气体（瓦斯气体）报警功能。（5）有良好的接地装置。（6）热风设备的4个检修门均设有开门断电连锁装置。（7）每个升温区都有牢靠的执行探头，如有故障，既有急停，报警功能。可在调度室及相关岗位设有电脑温度监控，执行系统，随时驾驭，视察热风炉的升温状况。4.2 系统调试运行接通电源，合上配电柜的空气开关，设备处于待试状态，看各指示灯及仪表指示是否正常，温度由温控仪的限制面板调整，先将调整按钮置于下限处调到所须要的温度，再将按钮置于上限处调到所须要的温度，然后将按钮置于中间位置处于测温状态，留意热电偶线电极不行接反。按下起动按钮，看温控仪表的指示是否正常升温，

19、此时热循环风机起先工作，看是否不转或反转，如反转请刚好调整相序接线。5 自动限制系统5.1 自动限制系统综述采纳经济好用型的计算机智能仪表限制方式两种，计算机主要用来完成数据处理、加热曲线的编制、输出等；智能温控表用来完成升温参数的现场限制及现场逻辑事务处理，plc编程系统限制。主要功能有:（1）计算机输出温度曲线给智能温控表；（2）智能温控表接收计算机温度给定信号,并限制现场电动调整系统，实现热风炉温度的调整（升温、保温柔降温）；（3）选用进口电器元件限制功率及故障报警；（4）设有手动限制独立系统。5.2 温度限制每个升温区都有牢靠的执行探头，如有故障，既有急停，报警功能。可在调度室及相关岗

20、位设有电脑温度监督，执行系统，随时驾驭，视察热风炉的升温状况。5.3 机组开启加热路数的限制发挥红外线对空气快速加热的优势，运用plc编程技术和先进的调功器限制技术，依照自然温度，为主副井所需的实际温度适时监控和调整工作方式（手动，自动均可），削减无用功耗，节约能源，降低成本，极大的提高生产效率。自动限制热风炉的运行，热风炉的加热系统分为5组，其中有一组运用功率调整器，功率从0到50Kw连续可调，温控器限制该调功器，当调功器输出50Kw功率而出口温度还没有到设定温度，则PLC自动增加一路加热，依次增加。而当环境温度改变，功率调整器输出0功率时，PLC自动削减一路加热，依次削减。保证出口温度稳定

21、在设定温度，且实际运用功率最少。依据室外环境测温区的执行探头，将监测的温度数据反馈给智能温控系统，以确定开启台数。依据空气混合热平衡方程式，式中，L1加热的空气量（标m3/h）； L2主井及副井排出的空气量（标m3/h）； Cp1从0t1的平均比热（KJ/Kmol）； Cp2从0t2的平均比热（KJ/Kmol）；Cp3从0t3的平均比热（KJ/Kmol）； t1加热后的空气温度，取75；t2混合后的空气温度，取2；t3主井及副井的进风温度，依据环境温度改变取值。表1 室外环境温度改变与开启数量关系对比表室外环境温度开启数量进风量送风温度混合风温度-310%1200 m3/min752-1235

22、%-1568%-22100%6 基础设施要求热风加热室的外形尺寸 4.5m3m2.8m。本热风炉为先进的轻型装配式结构，对基础和地基的要求较高。全热风炉总重约5吨，基础约重2.8吨，全炉地基平均受力为0.47吨/M2。，仅存在稍微振动，需基础沿长度方向留有膨胀缝，因此要求地耐力需达到0.5吨/M2以上。基础的厚度要求为80mm,其中由下至上分别为120mm厚C15混凝土垫层和250mm厚C20混凝土。基础底部地基要求加37灰土夯实。墙体需留有避风朝阳的1000400的进风口。并有防尘，防网，输出热风管道直径700mm。500500的电源电缆进入口。除热风炉本体外，电器柜、照明、监控等这些设备的

23、基础均依据工艺布置和单项设备说明书进行施工，在此不作具体的论述。热风管道主要起输送热风的作用，要保证保温，通畅。管道均采纳A3钢板卷制焊接而成，管道外部采纳50mm硅酸铝保温棉进行保温，外包铝板装饰。7 三废治理及环境爱护7.1 三废治理废气本热风系统无废气产生。废渣本热风系统无废渣产生。废水本热风系统无废水产生。7.2 噪声噪声来源于动力设备，而动力设备则主要是电机和风机。电机的噪音极低，本热风炉风机符合国家标准GB12348-2008工业企业厂界噪声标准中的规定要求，一般不作噪声源处理 ，具体标准参见风机生产厂家的说明书及认证资料，一般设备运行的噪音低于85dB(A)。 8 能耗统计与管理

24、8.1 能耗统计机组投入运行，单台机组加热耗电功率373kw，风机耗电功率11kw，单台机组耗电总功率400kw，能耗统计详见下表。机组开启数运行时间（月）耗电量（kwh）10%1505935%10020668%50400100%155908.2 管理（1）在远程监控中心电脑上的“远程监视中心画面”中，每台热风炉的温度设定可调整。（2）在监控画面中的限制系统面板，选择对应的风机运行，指示灯变绿，系统限制对应输出运行。（3）对应的热风炉只要其中的一路运行，风机运行（指示灯变绿），假如风机不运行，风机运行指示灯变灰，自动关闭对应的热风炉供电接触器，同时报警指示闪耀。（4）一旦主井或副井有烟雾、或有害气体超标均会闪耀报警，系统停止运行；警报解除，系统接着运行。（5）主井或副井的温度过低，低于设定温度的20%，报警灯闪耀，仅做提示，系统接着运行。扬州希塔电气设备有限公司