文_霍海紅 司瑞江 關小枝

1 北京中礦賽力貝特節(jié)能科技有限公司 2 晉能控股煤業(yè)集團趙莊煤業(yè)有限責任公司

1 噴淋換熱系統(tǒng)阻力分析

噴水室是一種直接接觸式的熱、濕處理設備。冷凍水由噴水室的噴嘴噴出,使噴水室中充滿噴霧，與礦井回風的空氣進行熱濕交換?？照{系統(tǒng)中主要目的為對空氣進行降溫、除濕處理，同時對空氣起一定的凈化作用，而應用于礦井回風余熱利用系統(tǒng)時主要目的為對冷凍水的溫度進行提升，從而達到回收回風熱量的目的。噴水室由噴嘴、噴嘴排管、前、后擋水板、外殼、底池、水泵、循環(huán)水系統(tǒng)及附屬設備組成。通常的噴淋換熱系統(tǒng)的阻力主要由以下部分組成：

水苗阻力

噴嘴管排阻力

式中Z-管排數(shù)；v-噴水室斷面風速，m/s。

擋水板阻力

式中 -擋水板阻力系數(shù)。

目前噴淋換熱系統(tǒng)的配置，b取值0.075，噴水系數(shù)通常為1.0，噴嘴壓力0.1MPa，管排數(shù)為2，擋水板阻力系數(shù)10，空氣密度取值1.28。將上式帶入數(shù)據(jù)進行計算整理得到公式（4），根據(jù)公式（4）計算噴淋換熱系統(tǒng)阻力如圖1所示，可以得知，噴淋系統(tǒng)的阻力主要和過風風速有關，只要控制噴淋換熱區(qū)域風速在3.0m/s以下，則噴淋系統(tǒng)的阻力附加值80Pa以下。

圖1 噴淋換熱系統(tǒng)阻力圖

2 間壁式換熱器阻力分析

2.1 間壁式換熱器的技術原理

間壁式取熱器通常是充分利用乙二醇溶液在低溫下不易凝固，仍然具備很好的流動性能，因此采用乙二醇溶液作為取熱載體，礦井回風專用乙二醇間壁式溶液換熱器與礦井回風相連，低溫乙二醇溶液通過間壁式換熱吸取礦井回風余熱，之后進入熱泵機組，熱泵機組制取40～50℃熱水供采暖。

2.2 技術特點

不同乙二醇溶液濃度不同其冰點也不同，30%乙二醇溶液-14.1℃；在低溫運行取熱工況下，乙二醇溶液溫度低于0℃，本身不會凍結凝固，加大了取熱溫差，礦井回風冷凝釋放潛熱；乙二醇溶液在低溫運行過程中，對礦井回風進行了冷凝除濕過程，回收了礦井回風顯熱的同時也回收了潛熱。對于回風溫度較高時也可以直接通水進行換熱，此時設計工況要求供水溫度大于0℃，不可使得系統(tǒng)結冰。

間壁式換熱器的流動阻力可以根據(jù)下式（5）進行計算。

式中 P2—間壁式阻力，Pa；Re—雷諾數(shù)，2000～50000; S1—縱間距，50mm；S2—橫間距，50mm；db—基管直徑，25mm；N—管排數(shù)，6～8；qm—質量流量，6～8 kg/s。

通過分析數(shù)據(jù)計算，間壁式換熱系統(tǒng)的阻力主要取決于管排數(shù)和過風流道的質量流速，通?？刂乒芘艛?shù)為6～8排，質量流速處于8 kg/s以下，則系統(tǒng)附加阻力在200 Pa左右。

3 熱管換熱器阻力分析

3.1 熱管工作過程

蒸發(fā)段的液態(tài)工質吸收熱源的熱量后在氣液分界面上迅速蒸發(fā)汽化；汽態(tài)工質在微小的壓差下經(jīng)絕熱段迅速到達冷凝段；冷凝段的氣態(tài)工質向被加熱介質放出熱量后迅速冷凝成液態(tài)；液態(tài)工質經(jīng)吸液芯回流至蒸發(fā)段，再次在蒸發(fā)段吸熱汽化，如此循環(huán)不已，熱量便從一端傳到了另一端。

3.2 熱管特性

很高的導熱性；優(yōu)良的等溫性；熱流密度可變性；熱流方向的可逆性；熱二極管與熱開關性能；恒溫特性（可控熱管）。

3.3 熱管換熱器阻力計算

熱管換熱的本體也是翅片管式換熱器，因此其阻力計算可以參考間壁式翅片式換熱進行計算，但是由于熱管換熱器通常是蒸發(fā)段和冷凝段的過風流量不相同，因此需要對蒸發(fā)段和冷凝段進行分開計算。根據(jù)熱管定型尺寸進行計算后得出圖2及圖3所示的阻力曲線圖。從兩圖可以得知，熱管換熱器的主要阻力和過風風量密切相關，冷凝段的阻力在額定工況其阻力可以控制在200Pa以下，蒸發(fā)段的阻力在額定工況其阻力可以控制在150Pa以下。

圖2 冷凝段阻力圖

圖3 蒸發(fā)段阻力圖

4 結語

通過上述分析證明噴淋式換熱系統(tǒng)的阻力在噴淋換熱系統(tǒng)裝置內(nèi)部設備定型時，主要取決于噴淋斷面的過風風速，控制噴淋換熱區(qū)域風速在3.0m/s以下，則噴淋系統(tǒng)的阻力附加值可以有效控制在80Pa以下。間壁式換熱器和熱管換熱器都是翅片式換熱器組成形式，兩者阻力附加值和眾多因素相關，對附加阻力起決定性作用的參數(shù)為管排數(shù)和過風風速，其中間壁式換熱器的附加阻力通常控制管排數(shù)為6～8排，質量流速處于8kg/s以下，則系統(tǒng)附加阻力在200Pa左右。熱管換熱器的附件阻力需要分蒸發(fā)段和冷凝段分別分析，在熱管換熱器的額定過分風速下，冷凝段附加阻力可以控制在200Pa以下，蒸發(fā)段的附加阻力不超過150Pa。因此，在設計噴淋換熱系統(tǒng)和間壁式換熱系統(tǒng)時，間壁式系統(tǒng)的附加阻力相對較大需要針對性分析其對原有礦井通風主扇的影響并采取一定的措施。設計熱管式換熱器時其附加阻力介于噴淋系統(tǒng)與間壁式系統(tǒng)之間，相對而言冷凝段的附加阻力稍大，可以設置局部送風機進行正壓送風，蒸發(fā)段的附加阻力不大設計時可考慮由通風主扇克服不再另行配置局扇。

本文主要對現(xiàn)有余熱回收系統(tǒng)中三種不同取熱方式對礦井通風系統(tǒng)阻力起決定性影響因子進行了分析討論，熱回收系統(tǒng)對于礦井通風系統(tǒng)形成附加阻力尚有眾多限制因素與附加影響，尚需進一步分析論證。