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降溫PK

來源: 發(fā)布時(shí)間:2022-09-13 927 次瀏覽

行于厚廣星田     品讀降溫文化

       本欄目以“客觀、公正、誠實(shí)、淡利、奉獻(xiàn)”為宗旨,誠邀全球礦井降溫專業(yè)技術(shù)人員激情參與,參與方式:主題不限,可以就本欄目專題發(fā)表公正評(píng)論,或另立主題,需做成電子版,最好用中文,也可以用德文、英文、法文或俄文編寫,發(fā)到1065990845@qq.com,也可直接在“聯(lián)系我們”欄留言,請(qǐng)留下真實(shí)姓名和聯(lián)系方式,我們審閱后,將選擇確有見解的文章上傳發(fā)表在本欄目。我們認(rèn)為“腳踏四方憑技術(shù),行走天下靠朋友”,希望本欄目成為你的朋友,也希望你成為星田科技的朋友!

 

一、世界礦井降溫亮點(diǎn),發(fā)表人:WMT

      1、南非:

       世界上最早系統(tǒng)研究礦井風(fēng)流熱力學(xué)規(guī)律的國家:1912年。

       世界上最早采用冰降溫的國家:1986年南非的Anglogold’s Mponeng 金礦,該礦開采深度3700m以上,總裝機(jī)制冰量9×800t/d,制冷量為24MW,采用以色列產(chǎn)真空制冰機(jī)制取顆粒狀冰,形成了完整的制冰、水平輸冰、垂直輸冰、井下融冰工藝,為世界各國借鑒冰降溫起到了決定性作用。南非開發(fā)電真空制冰降溫的主要原因是:井深大,熱害嚴(yán)重,傳統(tǒng)的井下集中制冷規(guī)模受限;采用地面集中降溫時(shí),井下熱壓轉(zhuǎn)換設(shè)備技術(shù)要求高、投資大,循環(huán)泵送功率大,運(yùn)行費(fèi)高;采用電制片冰降溫時(shí),冰堵嚴(yán)重、能耗大、投資大、運(yùn)行成本高。因此,采用真空冰降溫的根本目的是為了避免傳統(tǒng)降溫方法存在的問題,但從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度綜合考慮,南非相關(guān)規(guī)程規(guī)定:礦井采深超過3660m,生產(chǎn)水平原始巖溫超過65℃時(shí)才采用冰冷降溫,美國ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:當(dāng)?shù)V井開采深度超過3660m,且水和空氣排熱性能受限時(shí),可考慮冰冷降溫系統(tǒng)。我國煤礦目前,乃至今后很長(zhǎng)一段時(shí)間,開采水平巖溫超過65℃的礦井?dāng)?shù)量極少,按目前開采速度和技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平,我國在50年內(nèi)超過3660m深的礦井將不可能存在,且具有比冰降溫更有效的方法可以采用,因此從科學(xué)角度,冰降溫不適合我國國情。

      2、巴西:

      世界上最早采用機(jī)械降溫的國家:1929年,巴西的Morro Velho礦,采用液氨制冷機(jī)在地面冷卻井筒入風(fēng),在-1800m水平安裝兩臺(tái)以R11為制冷劑的透平式制冷機(jī),進(jìn)一步冷卻集中進(jìn)風(fēng)。

      3、比利時(shí):

      世界上煤礦最早進(jìn)行降溫的國家。1939年比利時(shí)的Les lie geoi 煤礦地面安裝集中制冷站,制冷量800USRT,服務(wù)1000m深采掘工作面降溫,并采用皮爾頓透平機(jī)減壓。

      4、德國:

      世界上最早使用局部降溫的國家。1951年在Neumilhl煤礦-770m水平掘進(jìn)面安裝小型局部降溫設(shè)備。

      5、中國煤礦最早采用冰降溫的礦井是平煤八礦,于1997年采用塊冰(chunk ice),通過保溫車運(yùn)到掘進(jìn)工作面形成冰水混合物,通過空冷器實(shí)施掘進(jìn)面降溫,取得了較為明顯的降溫效果,但由于運(yùn)冰過程影響生產(chǎn)運(yùn)輸,無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定降溫,且降溫運(yùn)行成本高等,導(dǎo)致該項(xiàng)技術(shù)未能推廣。

      6、世界上首次采用熱--乙二醇低溫制冷進(jìn)行礦井降溫的國家:2007年中國河南平煤四礦,為武漢星田公司和平煤集團(tuán)的共同自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),由武漢星田公司設(shè)計(jì)、平煤巨資打造,仿冒必究。該系統(tǒng)總裝機(jī)制冷規(guī)模為10MW,也是中國目前最大的礦井降溫系統(tǒng)。

      7、世界上礦井降溫專利、專著最多的國家:美國。

      8、中國第一部礦井降溫設(shè)計(jì)規(guī)范:《煤礦井下熱害防治設(shè)計(jì)規(guī)范》,系中煤國際工程集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院主編,為國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。

二、世界制冷降溫權(quán)威資料(本公司有資料),發(fā)表人:WMT

     1、南非:

           Journal of The Mine Ventilation Society of South Africa

           J.Burrows,ed.1989. Environmental Engineering in South Africa  Mines,MVS

           Patterson,A.M. ed.1999.The mine ventilation Practioner's data book.MVS

      2、美國:
           81051 - 2005 ASHRAE Handbook - Fundamentals (SI)

           81061 - 2006 ASHRAE Handbook - Refrigeration (SI)

           81071 - 2007 ASHRAE Handbook - HVAC Applications (SI)

           81081 - 2008 ASHRAE Handbook - HVAC Systems and Equipment (SI)

           90424 - Principles of Heating, Ventilating and Air-Conditioning Solutions Manual

           Bossard,F. 1982.Mine Ventilation Design Practices,1st ed.Butte,MT

           Hall C.J. 1981.Mine ventilation engineering. Society of Mining Engineers and Lucas-Guinn Co., Hoboken,NY

           Hartman,H.L. ed.1997.Mine Ventilation and air conditioning,3rd ed. John Wiley &Sons,New York

           Kennedy,W.R.1996.Practical mine ventilation.Intertec Publishing,Chicago

           Mcpherson,M.J. 1993.Subsurface ventilation and environmental engineering.Chapman &Hall,NY

           Tien,J.C. 1999. Controlled recirculation.In Practical mine ventilation engineering.Intertec Publishing,Chicago

       3、英國:

           British Journal of Applied Physics

       4、德國:

          Glückauf

          Joach Voβ,GrubenklimaVerlag Glückauf GmbH Essen 1981

       5、日本:

           《資源と素材》

            平松  良雄,高溫對(duì)策じつぃて,通商產(chǎn)業(yè)省,昭和518

       6、俄羅斯:

            А.Н.Шербань,О.А.Кремнев,РУКОВОДСТВОПО РЁГУЛИРОВАНИЮ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ШАХТ. МОСКВА

          НЕДРА》,1977

三、礦井降溫冷源PK

       1、地面集中與井下集中比較

比較內(nèi)容

 地面集中制冷降溫方案

 井下集中制冷降溫方案

規(guī)

美國AIME,從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)規(guī)定,選擇礦井降溫系統(tǒng)時(shí),制冷規(guī)模在2.3MW以上時(shí),宜采用地面集中降溫。對(duì)于核桃峪礦需冷量為5.8MW(尚未考慮冷損),實(shí)際配置制冷量超過8MW,適宜采用地面集中降溫。地面集中降溫不受規(guī)模限制。

制冷機(jī)組的選型制冷量要求不宜過大。目前,單機(jī)最大制冷量?jī)H為 3300kW。對(duì)核桃峪礦而言,5.8MW需冷量,實(shí)際配置超過8MW,因此采用井下集中降溫在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上已存在問題。

設(shè)

制冷機(jī)組在地面,單機(jī)最大制冷量和地面制冷機(jī)房可不受限制,井下采用高低壓換冷器,降溫硐室總長(zhǎng)度可控制在120m 范圍以內(nèi),硐室尺寸較短,且井下設(shè)備臺(tái)數(shù)較少,主機(jī)國產(chǎn),可選余地大,設(shè)備投資較低。主機(jī)冷量差級(jí)小,選型容易且節(jié)約。主機(jī)有高中低三個(gè)等次,且價(jià)格可比性強(qiáng)。

制冷機(jī)組在井下,目前單機(jī)最大制冷量為 3300kW,機(jī)組總臺(tái)數(shù)不宜大于 3 臺(tái),井下降溫硐室長(zhǎng)度可控制在 120m 范圍以內(nèi)。由于目前井下機(jī)組可選余地不大,進(jìn)口主機(jī)價(jià)格完全被二級(jí)甚至三級(jí)代理商控制(沒有廠家直銷),導(dǎo)致設(shè)備投資大。主機(jī)冷量差級(jí)大,易造成選型浪費(fèi)。

所有設(shè)備為國內(nèi)獨(dú)資生產(chǎn),供貨周期三個(gè)月可以確保。不存在政策風(fēng)險(xiǎn)。

主機(jī)為歐盟進(jìn)口,供貨周期一般六個(gè)月,最短五個(gè)月。根據(jù)目前歐盟新冠疫情形勢(shì),其生產(chǎn)、檢驗(yàn)、運(yùn)輸、通關(guān)很難按正常程序進(jìn)行。且目前國內(nèi)空海運(yùn)輸,尚未完全開放。供貨周期很難確定。如果萬一外交關(guān)系惡化,很難保證貿(mào)易正常,有政策風(fēng)險(xiǎn)存在。

運(yùn)

制冷機(jī)組集中在地面,檢修維護(hù)較為便利;根據(jù)工程實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),井下高低壓換冷器維護(hù)工作量小。系統(tǒng)維護(hù)和管理不存在任何問題。可實(shí)現(xiàn)無人值守。

制冷機(jī)組集中在井下,有電氣設(shè)備和電控設(shè)備,檢修維護(hù)均在井下,維護(hù)管理均不便。如果采用進(jìn)口主機(jī),后期服務(wù)如服務(wù)人員、配件供應(yīng)以及目前國際疫情形式影響很難按時(shí)到位。山東地區(qū)等用戶就遇到這種問題,而不得不換成國產(chǎn)設(shè)備。如果采用國產(chǎn)主機(jī),可靠性差,后續(xù)維護(hù)管理工作量大。

廠房占地:機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)有制冷機(jī)組、冷凍水循環(huán)泵、冷卻水循環(huán)泵、   冷卻塔、高低壓配電等設(shè)備,占地面積約大 1/3,設(shè)備相對(duì)較多。

廠房占地: 井下設(shè)備較少,地面僅需要設(shè)置冷卻水泵、冷卻塔和高低壓配電等設(shè)備,即占地面積約小 1/3,設(shè)備相對(duì)較少。

在已有井筒無法安裝輸冷管路時(shí),需要打管井。輸冷管需要防腐保溫。

在已有井筒無法安裝冷卻水管路時(shí),且井下沒有合格天然冷源時(shí),需要打管井,鋼管直徑大,但無需保溫。

 

井下?lián)Q冷硐室:在總冷負(fù)荷≤10MW 時(shí),井下降溫硐室大小相當(dāng)。但當(dāng)冷量>10MW 時(shí),其井下降溫硐室的大小變化較小,因?yàn)楦叩蛪簱Q冷器可通過調(diào)節(jié)管殼直徑或管程數(shù),使單套供冷量較大且總尺寸變化較小。

井下制冷硐室:在總冷負(fù)荷≤10MW 時(shí),井下降溫硐室大小相當(dāng)。但當(dāng)冷量> 10MW 時(shí),其井下降溫硐室的大小較地面集中要大,具體尺寸根據(jù)所選機(jī)組臺(tái)數(shù)。

采用高低壓換冷器換熱,須在井底設(shè)高低壓換冷器,以解決由井上、下高差而產(chǎn)生的高靜壓同時(shí)進(jìn)行熱交換。

無需高低壓換冷器,井下制冷機(jī)組冷凝器側(cè)可直接承受最高 16Mpa 的壓力。但對(duì)于直接采用井下水排熱的井下集中降溫系統(tǒng),由于核桃峪礦井下水質(zhì)較差,具有易結(jié)垢和腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn),不能直接流入制冷機(jī)組冷凝器排熱,而必須通過中間換熱器換熱。制冷效率會(huì)降低。

環(huán)

冷媒閉路循環(huán)系統(tǒng)較多,冷損較大, 地面集中式降溫系統(tǒng)有二個(gè)冷水循環(huán)(高壓冷凍水循環(huán)+低壓冷凍水循環(huán)),需要維持二個(gè)水循環(huán)的泵站, 比井下集中式降溫系統(tǒng)多出一個(gè)泵站;冷凍水循環(huán)回路多了一個(gè),冷損相對(duì)較大,大約 100-300kW。

冷媒閉路循環(huán)系統(tǒng)較少,冷損較少, 井下集中式降溫系統(tǒng)只有一個(gè)冷水循環(huán), 只需要一個(gè)水路循環(huán)的泵站,比井上集中式少了一個(gè)泵站;冷凍水循環(huán)回路少一個(gè),冷損較少,大約 100-300kW。

電氣設(shè)備防爆要求:無,地面制冷機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備無需防爆,井下高低換冷器無需 MA 認(rèn)證和防爆合格證。

電氣設(shè)備防爆要求:有,地面冷卻站內(nèi)設(shè)備無需防爆,井下制冷主機(jī)及電氣設(shè)備均須取得 MA 認(rèn)證和防爆合格證。


2、地面集中制冷降溫與二氧化碳降溫系統(tǒng)PK

比較內(nèi)容

 地面集中制冷降溫方案

地面二氧化碳直接冷卻方案

可靠

國內(nèi)礦井降溫采用最多的降溫方式。

國內(nèi)外礦井降溫領(lǐng)域沒有使用過。國家現(xiàn)行煤礦規(guī)范沒有規(guī)定,可靠性無從驗(yàn)證。照搬地面場(chǎng)館的個(gè)別案例,據(jù)此推斷礦井降溫可靠,缺乏基礎(chǔ)。

地面制冷設(shè)備壓力低,高壓水壓力大,均無安全風(fēng)險(xiǎn),不屬于壓力容器監(jiān)檢范疇。

井下管道內(nèi)液態(tài)二氧化碳?jí)毫?.0MPa,沿程升溫后,氣液混合,壓力將超過6MPa;經(jīng)過空冷器后液體變成氣態(tài)二氧化碳,壓力預(yù)計(jì)高于4.0MPa,由于煤礦巷道變形及其它地址原因受損,任何管路存在泄漏可能,整個(gè)井下供液和回氣管路全部納入GC2級(jí)工業(yè)管道監(jiān)檢。煤礦井下壓風(fēng)一般壓力為0.8MPa以下,打鉆沒問題,4.0MPa及以上二氧化碳?xì)怏w爆炸性強(qiáng),一旦泄漏,高壓氣體噴出過程中與開口發(fā)生急劇摩擦而產(chǎn)生靜電聚集;且瞬間大量二氧化碳聚集,有可能引起人員窒息,因此需煤礦安檢部門批準(zhǔn)。同時(shí)一旦泄漏,將違反《煤礦安全規(guī)程》第100條“一、采掘工作面的進(jìn)風(fēng)流中,氧氣濃度不得低于20%,二氧化碳濃度不得超過0.5%?!钡囊?guī)定。

設(shè)備

投資

制冷機(jī)組在地面,井下采用高低壓換冷器,降溫硐室總長(zhǎng)度可控制在120m,硐室尺寸較短,且井下設(shè)備臺(tái)數(shù)較少,主機(jī)國產(chǎn),可選余地大,設(shè)備投資較低。

設(shè)備投資在本方案最大,超過國外進(jìn)口降溫設(shè)備投資。國內(nèi)外目前生產(chǎn)這類設(shè)備廠商不多,價(jià)格形成壟斷。

所有設(shè)備為國內(nèi)獨(dú)資生產(chǎn),供貨周期三個(gè)月可以確保。

國產(chǎn)設(shè)備供貨周期三個(gè)月可以保證。

制冷劑

制冷劑R134A,冷媒為普通水,環(huán)保

制冷劑和冷媒均為CO2,國家政策一邊要求減碳,即減少二氧化碳排放。

運(yùn)

制冷機(jī)組集中在地面,檢修維護(hù)較為便利;根據(jù)工程實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),井下高低壓換冷器維護(hù)工作量小。系統(tǒng)維護(hù)和管理不存在任何問題。

由于整個(gè)系統(tǒng)為壓力管道,設(shè)備涉及到壓力容器,設(shè)計(jì)、加工、安裝這套系統(tǒng)要有特種資質(zhì),使用這套系統(tǒng)需要GC2級(jí)壓力管道監(jiān)檢和煤礦安檢部門審批,否則承擔(dān)責(zé)任,任何泄露易產(chǎn)生安全事故,運(yùn)行管理難度最大。

電氣控制

地面制冷機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備無需防爆,井下高低換冷器無需 MA 認(rèn)證和防爆合格證。井下控制需要方防爆。

涉及到氣液分離控制、防泄漏控制等,控制系統(tǒng)復(fù)雜,防爆要求高。地面井下均需采取爆炸防護(hù)措施。



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