基于热风炉的井筒防冻送风方式的对比分析|井口防冻红外线热风炉

时间：2019-04-02 03:37:22　来源：雅意学习网本文已影响人

　　【摘要】结合具体的工程实例，对两种不同的井筒加热方式，从送风参数、气流组织和防冻效果方面分析了采用井筒内加热送风方式更节能、效果更好。　　【关键词】副井；井筒防冻；热风炉；空气加热
　　【 abstract 】 combined with some engineering examples, to two different shaft heating mode, from the supply air parameters, air distribution and freeze resistant effect analysis the borehole heating supply air way more energy saving, and the effect is better.
　　【 keywords 】 auxiliary shaft; For wellbore; The hot blast stove; Air heating
　　中图分类号：TU18 文献标识码：A 文章编号：
　　作者简介：郭福忠(1978-)，男，山东菏泽人，山东省冶金设计院股份有限公司，1998年毕业于山东建筑大学，从事暖通方面的设计工作。
　　1. 引言
　　近年来，随着煤炭资源的广泛开发利用，矿井的安全生产越来越受到人们的关注。在严寒地区，副井作为煤矿提升物料的咽喉环节[1]，其井筒淋水遇冷空气结冰会影响煤矿的安全生产，因而井筒防冻是煤炭安全生产的重要保证。工程中主要采用的井筒防冻方式是燃煤锅炉+空气加热器加热和热风炉加热方式 [2]。第一种方式因投资费用高、供热效率低和污染等问题而被淘汰。而热风炉方式从投资、运行费用和供热效率等方面有着明显的优越性，广泛应用于井筒防冻设计中。热风炉用于井筒防冻的方式有两种：第一种是热空气送入距地面2m以下的井筒内，与冷空气混合后送入井内（流程见图1）；第二种是热空气由井口房顶部送入，与冷空气在井口房内混合后再送入井筒内。本文从井筒防冻计算的基本原理出发，以一个工程为例，从送风参数、气流组织和防冻效果三个方面分析以上两种方案的优劣性。
　　
　　图2 热风炉井筒防冻流程图
　　2. 井筒防冻计算公式
　　根据《煤矿安全规程》规定：“井口入风温度必须在2℃以上”，不论采用哪种井筒防冻方式，冬季矿井的井筒防冻换热量均按下式计算：
　　（1）
　　式中：G——井筒的总送风量，m3/s；
　　tw—— 室外空气计算温度，℃；
　　c——空气比热，kJ/(kg•℃)，取1.01 kJ/(kg•℃)；
　　th—— 冷、热空气混合后的温度，℃；
　　K——热损失系数，当采用热风炉时，一般取1.05～1.10，本例中取K1=1.10；
　　井筒防冻需加热的风量[3]、[4]：
　　（2）
　　式中： tr—— 加热后的空气温度，℃；式中其他符号同上。
　　3. 工程实例分析
　　某铁矿厂的副井井口房，所处地区最近20年的极端最低温度为-15℃，冬季室外计算干球温度为-10℃，冬季室外平均风速为4.30m/s。副井井口房建筑尺寸为30×9×10m，两侧大门为3×3m，井筒直径为5m，井深500m，井筒的总进风量为147m3/s。井口房是井筒顶部开口、两侧大门开启的敞开式建筑，井口房平面布置参见图2。下面从井筒的送风参数、气流组织和防冻效果三个方面分析和比较两种井筒防冻方式的可行性。
　　
　　图2 副井井口房平面图
　　3.1送风参数
　　影响井筒防冻效果的送风参数包括室外空气计算温度tw、冷、热风混合后的温度th、热风的送风温度tr、送风速度vr和送风量Gr。对于竖井，tw按最近20年内的极端最低温度计算[5]，本例取tw=-15℃；th是保证井筒不结冰，一般取th=2℃；tr与井筒防冻方式有关，第一种井筒防冻方式即冷、热空气在井筒内混合，tr一般取80～120℃；第二种井筒防冻方式即冷、热空气在井口房内混合，tr一般取40～60℃。Gr与热风的送风温度有关，可根据公式（2）计算确定，表1给出了不同热风送风温度下的热风送风量。
　　由实例中的已知条件可确定送入井筒的风速为7.5m/s，不论采用哪种防冻方式，送入井筒的热风送风速度都不应低于该风速，否则会因冷空气“挤压”热空气而导致井筒结冰；此外，热风风速过大会使冷、热风的混合温度大于2℃，从而浪费热量，本例中取8m/s。热风风速vr的计算公式：
　　（3）
　　式中r0为热风的送风巷道半径，其他符号同上。由此可计算热风的送风巷道半径。当井筒进风量、室外空气温度和冷热风混合温度一定的条件下，热风巷道半径r0仅与热风风速vr和热风温度tr有关。表1列出了vr=8m/s时不同送风温度下的热风巷道半径。
　　表1不同热风送风温度下的参数表
　　热风温度tr（℃） 40 60 80 100 120
　　热风送风风量Gr（m3/s） 45.44 33.32 26.31 21.73 18.51
　　热风巷道半径r0（m） 1.35 1.15 1.00 0.90 0.85
　　3.2气流组织和井筒防冻效果
　　不同的井筒送风方式会形成不同的气流组织，影响了井筒的防冻效果。第一种防冻方式是经热风炉加热的热空气通过送风机和热风巷道送入井筒内，与冷空气汇合后，依靠井筒风机的负压吸入井筒并均匀混合。由于冷、热空气的混合全部在井筒内进行，不受室外风速和风压的影响，选择合适的送风量和送风温度可以达到较好的防冻效果。第二种防冻方式是热空气经热风巷道送入井口房顶部，再依靠井筒风机的负压将冷、热空气吸入井筒内混合。但是井口房是两侧大门开启的敞开式建筑，受风压（即井口房的冷气流）和热压（热空气上浮）的影响，热空气会散失到井口房或室外，从而影响了井筒的防冻效果，尤其当室外风速较大时，该防冻方式受风压的影响则愈加明显。图3给出了不同的热风温度tr下，室外风速对实际送入井筒内的热风送风量的影响曲线。
　　从图中看出，随室外风速vK的增大，实际送入井筒的热风量Gr呈下降趋势。由此可见，由井口房顶部送热风的井筒防冻方式受室外风速的影响较大，在实际工程设计中，应尽量避免采用该送风方式，尤其当冬季室外风速比较大的情况下，室外风速对井筒防冻效果的影响则愈加明显。
　　
　　图3 室外风速与井筒内的热风送风量的关系曲线
　　4. 结论
　　结合具体的工程实例，从送风参数、气流组织和防冻效果方面分析了热风炉的两种井筒加热方式的优劣性。采用井筒内送风方式，冷、热空气在井筒内混合后送入井筒，避免了室外风速和风压的干扰，选择合适的热风送风量和送风温度可以达到较好的防冻效果；而采用井口房顶部的热风送风方式，由于井口房的敞开性，随室外风速的增大，送入井口内的热空气量减少，一部分散失到井口房内或室外，从而影响了井筒的加热效果。综上可知，冷、热空气在井筒内混合的送风方式达到了较好的防冻效果，逐渐应用于工程实践中。
　　参考文献
　　[1]徐传州.某矿井筒防冻方式探讨.煤矿现代化，2001
　　[2]闵彦.井筒防冻采用热风炉的优越性[J].煤炭工程，2005
　　[3]高虹宇，宋进国.煤矿井筒防冻方式的比较[J].煤炭工程，2004
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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