动态冰蓄冷矿井空调系统的应用及优化 .pdfVIP

学兔兔 煤 炭 工 程 2012年第7期 动态冰蓄冷矿井空调系统的应用及优化 郑瑞芸 ，宋文吉 ，冯自平 (1．中国科学院广州能源研究所，广东广州 510640；2．中国科学院研究生院，北京 100039) 摘 要：在矿井空调中应用冰蓄冷技术，可以有效地转移电力高峰期用电负荷，从而大幅度 减少制冷运行费用。文章给出冰蓄冷矿井空调的井上制冷系统型式，通过经济性分析，并编制计 算软件，得到冰蓄冷条件下的最佳基载负荷比及相应的静态投资年限。结果表明，最佳基载负荷 比仅与系统负荷有关。当峰谷平电价拉大时，冰蓄冷系统的回收期少于四年，经济上可行。 关键词：动态冰蓄冷；矿井空调；基载负荷；静态投资年限 中图分类号：TD727 文献标识码：B 文章编号：1671—0959(2012)07-0100-03 中国是世界上高温热害矿井最多的国家。据不完全统 中国科学院广州能源研究所研发的动态冰蓄冷技术，采用 计，我国已有130多对矿井的采掘工作面风流温度超过 普通自来水作为介质，通过强制对流方式与传热壁面发生 30％，同时已探明的煤炭储量中，1000—2000m深处的煤 热交换，形成过冷水后，转移到远离传热壁面的空间里解 炭储量占总储量的53．2％ 。在高温矿井中，当采用一般 除过冷，生成流态化冰浆。 的矿井降温措施无法使矿内气温达到安全规程规定的标准 流态化动态冰蓄冷技术相对于传统的冰球、盘管式静 或经济性太差时，就必须采用矿井空调技术，来调节和改 态冰蓄冷技术，具有如下一些技术优势 』：①传热效率高， 善井下工作地点的气候条件。当前，地面集中式空调系统 制冰速度快；②制冷系统COP高，能耗降低；③融冰速度 已逐步取代传统的井下局部式和井下集中式空调，成为矿 快，负荷响应灵敏；④占地面积小，场地适应性强；⑤热 井空调的主流技术 J。采用的一次侧载冷剂主要有冷冻 交换系统简单，节省设备和材料费用。 水、乙二醇溶液 J、片冰及正处于研发阶段的冰浆 J，其 2 系统型式 中，冷冻水矿井空调系统技术最为成熟。 由于深水平工作面气温基本上不受季节性气候的影 普通的冷冻水矿井空调在地面部分的制冷系统如图1 响 ，使得矿井空调有别于地面舒适性空调，井下负荷四 所示，井下回水首先进入水槽，水槽里的水分别进入冷水 季大致保持恒定。在矿井空调中应用冰蓄冷技术，虽然机 机组1、2进行循环冷却，之后低温冷冻水经过水泵输送到 组的装机容量增加，但由于矿井空调井下热负荷很大，制 井下。根据 《煤矿井下热害防治设计规范》，采用地面集中 冷耗电量非常可观，采用冰蓄冷技术可以有效地转移电力 制冷降温方式时，制冷机组蒸发器出水温度不应高于3℃， 高峰期用电负荷，从整体上提高了电力系统的经济性及发 常用的冷冻水输送温度即为3~C。 电、输电设备的使用效率。对于实行 “峰谷电价”的矿区， 更是可以大幅度减少制冷运行费用。 文章将主要研究地面集中式冷冻水矿井空调系统采用 冰蓄冷技术时可采用的井上制冷系统型式，以及最佳经济 条件下的运行模式。 1 动态冰蓄冷技术 图1 无蓄冰条件下的井上制冷系统示意图 按照制冰原理的不同，冰蓄冷技术可分为静态和动态 两大类。在静态冰蓄冷中，水在传热壁面上通过自然对流