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空气能热泵在煤矿企业应用中 除霜方法的探讨

发?#38469;?#38388;:2018-03-16 15:59:46   来源:   浏览次数: 2
【摘要】      通过对空气能热泵结霜的工况分析,结合煤矿生产的实际情况,提出解决空气能热泵结霜的处理方法和煤矿选择热源设备的思路。

一. 空气能热泵的应用
空气能热泵是一种热能提升传递设备,它具有安装便捷、使用方便(易于实现自动化控制)、运行可靠、安全环保、节能高效、维护简单等优点,因此,在许多企业和服务业得到了广泛应用。
由于空气能热泵是一?#20013;?#22411;的热源设备,部?#20013;?#24314;煤矿已采用了用空气能热泵对浴室洗浴用水进行加热的方案。如:江西丰龙矿业有限责任公司石上矿井、丰矿的云庄煤矿、江煤集团(贵州)公司的小牛煤矿等。
二. 小牛煤矿热源设备应用的情况介绍
1.热源设备的选择
小牛煤矿在基建时期,热源设备是以设备在环境温?#20219;?5℃、水体温?#20219;?0℃、热水温?#20219;?5℃、工作时间为6h、制取热水10t/b(班)为设计条件进行选?#22270;?#31639;的。
1).制取10t/b热水需要的电热量
Q=C*M*(T2-T1)
=4.186×10000×(55-20)=1465100 kJ
式中:Q——制取热水需要的制热量,kJ;
C——水的?#28909;龋?.186kJ /℃*kg;
M——热水制取量,kg;
T1、T2——制热时空气能热泵的进出水温度,℃。
? ? 2).每小时的制热量
q=Q/N*T
=1465100÷(3600×6)=67.8 kW
式中: W——功?#24066;?#26102;热值,取3600 kJ/kW*h;
T——空气能热泵的工作时间,h。
3).空气能热泵的选择
以每小时需要的制热?#35838;?#20381;据,查资料,选择了江西安源热能设备有限公司的产品,型号为RS-89L型,2台。据?#24471;?#20070;介绍:该型号的空气能热泵其额定输入功率为9.3kW、制热?#35838;?3.8kW、最大能效?#20219;?,适用环境温?#20219;?5~45℃、最高出水温?#20219;?0℃、制热水量是为831L/h,蒸发器需要循环风?#35838;?50m3/min。
两台空气能热泵的制热?#35838;?7.6kW,制热水?#35838;?662L/h,经过核算,选用该空气能热泵工作6h,可制取热水10t,能满足每班洗浴用水要求。
2.在冬季工作时出现的问题
空气能热泵在冬季工作时,出现了热水制取量满足不了洗浴用水要求的情况。
三.问题分析
到现场观察后发现,空气能热泵在环境温度趋近于0℃的条件下工作时,蒸发器翅片的表面很容易结霜。
分析认为:空气能热泵在冬季工作,当蒸发器翅片表面的温度低于环境空气露点温度时,蒸发器翅片的表面会产生凝露水;当蒸发器翅片的表面温度在等于或小于0℃时,蒸发器翅片上的凝露水就会凝结成薄霜。结霜造成能效比下降,在此情况下空气能热泵的热水制取?#35838;?/span>
环境温?#20219;?℃时,测得水体自然温?#20219;?0℃,热水温?#20219;?5℃,空气能热泵工作时间为6h,热水制取?#35838;?/span>
M=T*P*R*N/1000*C*Ts
=6×9.3×2.7×3600÷(1000×4.186×45)=2.9 t
式中:P——空气能热泵的输入功率,kW;
R ——空气能热泵的能效比,当t=0℃时,查有关资料推算其平均能效?#20219;?.7);
Ts ——水的温升,℃;
其余同前。
经过计算,在环境温?#20219;?℃时工作,空气能热泵工作6h,每台制取热水约2.9t,两台共制取热水约5.8t,不能满足每班80~100人洗浴用水的要求;两台空气能热泵工作8h,制取热水约7.7t,也不能满足每班80~100人洗浴用水的要求。
由以上公式分析认为,影响空气能热泵热水制取量的原因有:
1).自然水体温度的影响;
2).空气能热泵工作环境温度的影响;
在空气能热泵结霜达到一定厚度时,便阻隔了蒸发器与周围空气的接触的机会,也堵塞了空气循环流动的通道,这时,空气中热能不能与蒸发器接触,制冷剂因吸收不到足够的热能,汽化速度降低,汽化量也就随之减少;又压缩机在工作时得不到足够的制冷剂补充,在这种不良的工况下工作,空气能热泵的能效比降低了,其性能也得不到正常发挥,?#29616;?#24433;响了空气能热泵的制热效果。
同时,压缩机长期在此工况下工作,其工作情形如同水泵无水运转,这也将会?#29616;?#24433;响空气能热泵的寿命。
四. 空气能热泵的除霜方法
1.空气能热泵传统的除霜方法
除霜是空气能热泵应用的关键?#38469;?#20043;一,若除霜工作不正常,热泵的耗电量将会大大地增加,甚至造?#19978;低?#37096;不能正常运行。空气能热泵常用的除霜方法是逆向除霜法。
逆向除霜是一种传统的除霜方法,即将四通换向阀旋至除霜位置,?#20302;?#30001;制热运转模式切换至制冷运转模式,制冷剂在冷凝器吸收热量,经压缩机压缩后,高温制冷剂在流经蒸发器时放热,此时?#27425;?#38500;霜过程;除霜结束后,将四通换向阀?#27425;唬低郴指?#21046;热运转模式。
逆向除霜法的缺点是:频繁化霜,化霜不尽。空气能热泵在化霜过程中,其运转模式与制热运转模式相反,化霜过程不仅不能制热水,同时还需要吸收冷凝器中热水的热量,造成水温进一步下降。
2.空气能热泵的除霜方法
要彻底解决空气能热泵的结霜问题,关键是要提高空气能热泵工作的环境温度。在煤矿,空压机(风冷式)是使用频?#24335;?#39640;的动力设备,通常情况下空压机工作时产生的大量热能?#38469;?#22312;经过风冷后直?#20248;欧牛?#22240;此这部分的热能(是由电能转化而来)就?#35013;?#28010;?#35757;?#20102;。如何并利用这部分废弃热能,使其为空气能热泵服务。
为此提出了解决问题的思路——建立废弃热能回收利用?#20302;常?#21363;在空压机房的合适位置设置热风集中排放口,用风管与在此安装的一台引风机连接,在引风机的排风口安装风管,并将其接到空气能热泵风机进风口位置附近,利用引风机的动力将空压机房的热风送到空气能热泵风机的进风口,供空气能热泵用,以提高空气能热泵工作的环境温度,解决空气能热泵的结霜问题。
空压机经风冷却后,产生了热空气,此时热空气的温度和风量是多少?能否满足空气能热泵的工作要求?
小牛煤矿基建时期,安装了2台LGJ-20/7风冷式螺杆空压机,一台工作,一台备用。在空压机工作时,测得有关?#38382;?/span>
1).环境温度是:5℃,
2).空压机的排风窗口面积是:S=1.200×0.860=1.032m2;
3).空压机的排风温度:用温度表在排风窗口上测量5点,5点的温度分别是42℃、44℃、41℃、45℃、41℃,平均温度是:42.6℃;
4).空压机的排风速度:用测速仪在排风窗口上测量3点,3点的转速分别是r/min、343r/min、369r/min;平均风速是:V=348r/min
空压机的热风量是:
Q=[(V÷60×0.89)+0.07]×60×S×k
=[(348÷60×0.89)+0.07]×60×1.032×0.9=290 m3/h
? ? 式中:k——不均?#35748;?#25968;,取0.9;
由空气能热泵?#24471;?#20070;可知,两台空气能热泵的所需的循环风量约为300 m3/h;现有风?#35838;?90 m3/h、温?#20219;?2.6℃的热空气,可以满足改变空气能热泵工作环境温度对风量和温度的要求。
3).引风机的选择
用150 m3/h的风量,温?#20219;?2.6℃的热空气,与150 m3/h的风量,温?#20219;?℃的冷空气混合,供空气能热泵用,使得空气能热泵在约20℃的环境温度下工作,?#28304;?#25552;高能效?#21462;?/span>
据此选择了HTFC-6C型离心管道风机,其?#38382;毫髁课?000m3/h,压力为400Pa,功率为2.2kW,转速为1000 r/min,工作温度范围-40~100℃。将风机安装在支架上,通过D500的风筒将热空气送到空气能热泵的循环风入口,供空气能热泵用。
方案实施后,效果良好,可以满足要求。
五,结束语
煤矿在确定供热方案,选择热源设备时,应考虑热负荷的使用情况以及在工作中产生的废弃热能利用问题,要?#20005;?#20851;的厂房设施按照工艺要求合理布局,统筹安?#29275;?#24314;立废弃热能循环利用?#20302;常?#20351;废弃的热能得到利用。?
同时要从建设投资、运行成?#23613;?#25805;作维修、环境保护和节能减排等方面对备选方案进行评估、?#29616;ぃ?#24182;考虑应对政府质监和环保部门的监督管理以及检查检测所发生的费?#29028;?#20225;业管理工作的?#35759;取?/span>
最后,选择的热源设备还要符合政府关于节能减排的政策规定。


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