8 矿井空气调节概论

山东省精品课程矿井通风与安全VentilationandSafetyofMines1第八章矿井空气调节概论山东科技大学2008.4VentilationandSafetyofMines2矿井空气调节是改善矿内气候条件的主要技术措施之一。其主要内容包括两方面：一是对冬季寒冷地区，当井筒入风温度低于2℃时，对井口空气进行预热；二是对高温矿井用风地点进行风温调节，以达到《规程》规定的标准。8矿井空气调节概论8.1井口空气加热8.2矿井主要热源及其散热量8.3矿井风流热湿计算8.4矿井降温的一般技术措施8.5矿井空调系统设计简介本章主要内容VentilationandSafetyofMines3一、井口空气加热方式1.井口房不密闭的加热方式当井口房不宜密闭时，被加热的空气需设置专用的通风机送入井筒或井口房。（1）冷、热风在井筒内混合:被加热的空气通过专用通风机和热风道送入井口以下2m处，在井筒内进行热风和冷风的混合，如图8-1-1所示。8.1井口空气加热图8-1-11─通风机房；2─空气加热室；3─空气加热器；4─通风机；5─热风道；6─井筒8矿井空气调节概论8.1井口空气加热8.2矿井主要热源及其散热量8.3矿井风流热湿计算8.4矿井降温的一般技术措施8.5矿井空调系统设计简介VentilationandSafetyofMines4（2）冷、热风在井口房内混合:将热风直接送入井口房内进行混合，使混合后的空气温度达到2℃以上后再进入井筒，如图8-1-2所示。8矿井空气调节概论8.1井口空气加热8.2矿井主要热源及其散热量8.3矿井风流热湿计算8.4矿井降温的一般技术措施8.5矿井空调系统设计简介图8-1-21─通风机房；2─空气加热室；3─空气加热器；4─通风机；5─井筒8.1井口空气加热VentilationandSafetyofMines5（3）冷、热风在井口房和井筒内同时混合:前两种方式的结合：大部分热风送入井筒内混合，而将小部分热风送入井口房内混合，其布置方式如图8-1-3所示。图8-1-11─通风机房；2─空气加热室；3─空气加热器；4─通风机；5─热风道；6─井筒8矿井空气调节概论8.1井口空气加热8.2矿井主要热源及其散热量8.3矿井风流热湿计算8.4矿井降温的一般技术措施8.5矿井空调系统设计简介8.1井口空气加热VentilationandSafetyofMines6三种加热方式比较混合方式优点缺点冷、热风在井筒内混合冷、热风混合效果较好，通风机噪声对井口房的影响相对较小井口房风速大、风温低，井口作业人员的工作条件差，井筒热风口对面井壁、上部罐座和罐顶保险装置有冻冰危险冷、热风在井口房内混合井口房工作条件有所改善，上部罐座和罐顶保险装置冻冰危险减少冷、热风的混合效果不如前者，而且井口房内风速较大，尤其是通风机的噪声对井口的通讯信号影响较大冷、热风在井口房和井筒内同时混合综合了前两种的优点管理较为复杂8矿井空气调节概论8.1井口空气加热8.2矿井主要热源及其散热量8.3矿井风流热湿计算8.4矿井降温的一般技术措施8.5矿井空调系统设计简介8.1井口空气加热VentilationandSafetyofMines72.井口房密闭的加热方式大多是在井口房内直接设置空气加热器，让冷、热风在井口房内进行混合。对于大型矿井，进风量大，为了使井口房风速不超限，可在井口房外建立冷风塔和冷风道，让一部分冷风先经过冷风道直接进入井筒，使冷、热风即在井口房混合又在井筒内混合。采用这种方式时，应注意防止冷风道与井筒联接处结冰。井口房不密闭与井口房密闭这两种井口空气加热方式相比，其优缺点见表8-1-1。8矿井空气调节概论8.1井口空气加热8.2矿井主要热源及其散热量8.3矿井风流热湿计算8.4矿井降温的一般技术措施8.5矿井空调系统设计简介8.1井口空气加热VentilationandSafetyofMines8井口空气加热方式优点缺点井口房不密闭时1．井口房不要求密闭；2．可建立独立的空气加热室，布置较为灵活；3．在相同风量下，所需空气加热器的片数少。1．井口房不要求密闭；2．可建立独立的空气加热室，布置较为灵活；3．在相同风量下，所需空气加热器的片数少。井口房密闭时1．井口房工作条件好；2．不需设置专用通风机，设备投资少。1．井口房密闭增加矿井通风阻力；2．井口房漏风管理较为麻烦。表8-1-1井口空气加热方式的优缺点比较表8矿井空气调节概论8.1井口空气加热8.2矿井主要热源及其散热量8.3矿井风流热湿计算8.4矿井降温的一般技术措施8.5矿井空调系统设计简介8.1井口空气加热VentilationandSafetyofMines9二、空气加热量的计算1.计算参数的确定(1)室外冷风计算温度的确定原则：立井和斜井采用历年极端最低温度的平均值；平硐采用历年极端最低温度平均值与采暖室外计算温度二者的平均值。(2)空气加热器出口热风温度的确定。按表8-1-2确定。送风地点热风温度(℃)送风地点热风温度(℃)立井井筒60～70正压进入井口房20～30斜井或平硐40～50负压进入井口房10～20表8-1-2空气加热器后热风温度的确定8矿井空气调节概论8.1井口空气加热8.2矿井主要热源及其散热量8.3矿井风流热湿计算8.4矿井降温的一般技术措施8.5矿井空调系统设计简介8.1井口空气加热VentilationandSafetyofMines102.空气加热量的计算总加热量可按基本加热量乘以一个系数求得：，KW(8-1-1)M─井筒进风量，Kg/s；CP─空气定压比热，Cp=1.01KJ/（Kg·K）。α─热量损失系数，井口房不密闭时α=1.05～1.10，密闭α=1.10～1.15；th─冷、热风混合后空气温度，可取2℃；tl─室外冷风温度，℃；)(lhpttMCQ8矿井空气调节概论8.1井口空气加热8.2矿井主要热源及其散热量8.3矿井风流热湿计算8.4矿井降温的一般技术措施8.5矿井空调系统设计简介8.1井口空气加热VentilationandSafetyofMines11三、空气加热器的选择计算1.基本计算公式(1)通过空气加热器的风量，Kg/s（8-1-3）M1─通过空气加热器的风量，Kg/s；th0─加热后加热器出口热风温度，℃。lhlhttttMM018矿井空气调节概论8.1井口空气加热8.2矿井主要热源及其散热量8.3矿井风流热湿计算8.4矿井降温的一般技术措施8.5矿井空调系统设计简介8.1井口空气加热VentilationandSafetyofMines12(2)空气加热器能够供给的热量Q‘＝kS△tp，KW(8-1-4)Q‘─空气加热器能够供给的热量，KW；K─空气加热器的传热系数，KW/（m2·K）；S─空气加热器的散热面积，m2；△tp─热媒与空气间的平均温差，℃。当热媒为蒸汽时：△tp=tv-(tl+th0)/2,℃(8-1-5)当热媒为热水时：△tp=(tw1+tw2)/2-(te+tho)/2，℃(8-1-6)tv─饱和蒸汽温度，℃；tw1、tw2─热水供水和回水温度，℃。8矿井空气调节概论8.1井口空气加热8.2矿井主要热源及其散热量8.3矿井风流热湿计算8.4矿井降温的一般技术措施8.5矿井空调系统设计简介8.1井口空气加热VentilationandSafetyofMines132.选择计算步骤(1)初选加热器的型号初选加热器的型号首先应假定通过空气加热器的质量流速(vρ)’，一般井口房不密闭时(vρ)’可选4～8Kg/m2.s,井口房密闭时(vρ)’可选2～4Kg/m2.s。加热器所需的有效通风截面积S＇：S＇＝M1/(vρ)＇，m2(8-1-7)在加热器的型号初步选定之后，即可根据加热器实际的有效通风截面积，算出实际的(vρ)值。8矿井空气调节概论8.1井口空气加热8.2矿井主要热源及其散热量8.3矿井风流热湿计算8.4矿井降温的一般技术措施8.5矿井空调系统设计简介8.1井口空气加热VentilationandSafetyofMines14加热器型号热媒传热系数K(W/m2·K)空气阻力ΔH(Pa)热水阻力Δh(KPa)5、6、10D5、6、10ZSRZ型5、6、10X7D7Z7X蒸汽14.6(vρ)0.4914.6(vρ)0.4914.5(vρ)0.53214.3(vρ)0.5114.6(vρ)0.4915.1(vρ)0.5711.76(vρ)1.9981.47(vρ)1.980.88(vρ)2.122.06(vρ)1.172.94(vρ)1.521.37(vρ)1.917D型：15.2VW1.96Z、X型：15.2VW1.96B×A/2SRL型B×A/3B×A/2B×A/3蒸汽热水15.2(vρ)0.5015.1(vρ)0.4316.5(vρ)0.2414.5(vρ)0.291.71(vρ)1.673.03(vρ)1.621.5(vρ)1.582.9(vρ)1.58表8-1-4部分国产空气加热器的传热系数和阻力计算公式表注:vρ─空气质量流速,Kg/m2.s；VW─水流速，m/s。（2）计算加热器的传热系数8矿井空气调节概论8.1井口空气加热8.2矿井主要热源及其散热量8.3矿井风流热湿计算8.4矿井降温的一般技术措施8.5矿井空调系统设计简介8.1井口空气加热VentilationandSafetyofMines15（3）计算所需的空气加热器面积和加热器台数空气加热器所需的加热面积计算：(8-1-9)根据加热器的实际加热面积确定加热器的排数和台数。(4)检查空气加热器的富余系数，一般取1.15～1.25。(5)计算空气加热器的空气阻力△H，计算公式见表8-1-4。(6)计算空气加热器管内水阻力△h，计算公式见表8-1-4。211m,ptKQS8矿井空气调节概论8.1井口空气加热8.2矿井主要热源及其散热量8.3矿井风流热湿计算8.4矿井降温的一般技术措施8.5矿井空调系统设计简介8.1井口空气加热VentilationandSafetyofMines16能引起矿井气温值升高的环境因素统称为矿井热源。一、井巷围岩传热1．围岩原始温度的测算变温带：岩层原始温度随地表大气温度的变化而周期性变化的层带，称为变温带。恒温带：岩温常年基本保持不变的层带称为恒温带，恒温带的温度约比当地年平均气温高1～2℃。8矿井空气调节概论8.1井口空气加热8.2矿井主要热源及其散热量8.3矿井风流热湿计算8.4矿井降温的一般技术措施8.5矿井空调系统设计简介8.1井口空气加热VentilationandSafetyofMines17增温带：在恒温带以下，由于受大地热流场的影响，岩层原始温度随深度的增加而增加，大致呈线性的变化规律，这一层带称为增温带。地温率：地温率是指恒温带以下岩层温度每增加1℃，所增加的垂直深度，即：(8-2-1)℃/00mttZZgrrr8.2矿井主要热源及其散热量8矿井空气调节概论8.1井口空气加热8.2矿井主要热源及其散热量8.3矿井风流热湿计算8.4矿井降温的一般技术措施8.5矿井空调系统设计简介VentilationandSafetyofMines18地温梯度：指恒温带以下，垂直深度每增加100m时，原始岩温的升高值，它与地温率之间的关系为：Gr=100/gr℃/100m(8-2-2)8矿井空气调节概论8.1井口空气加热8.2矿井主要热源及其散热量8.3矿井风流热湿计算8.4矿井降温的一般技术措施8.5矿井空调系统设计简介8.2矿井主要热源及其散热量VentilationandSafetyofMines19矿区名称恒温带深度Z0(m)恒温带温度tr0(℃)地温率gr(m/℃)辽宁抚顺山东枣庄平顶山矿区罗河铁矿区安徽淮南潘集辽宁北票台吉广西合山浙江长广湖北黄石25～30402525252720313110.517.017.218.916.810.623.118.918.8304531～2159～2533.740～37404443.3～39.8表8-2