CN102410036B - 一种高速矿井回风换热器及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高速矿井回风换热器及其使用方法，它包括一壳体，在壳体内设置有一喷雾装置，在壳体上方出口位置设置有一排挡水板；其特征在于：喷雾装置包括一给水干管、若干给水主支管、若干副支管，在每一副支管上安装有喷嘴；高速矿井回风换热器设置在扩散塔顶部，在扩散塔左侧的下部安装一矿井主通风机，在通风机的前部扩散塔底部设置一汇水池，汇水池水通过管路收集到集水池再通过过滤后流到热泵机组，热泵机组通过回风换热回水管路连接回到高速矿井回风换热器，进而形成一水雾循环回路；同时热泵机组通过两条管路连接一组用户设备，进而形成一用户设备循环系统。本发明可以广泛用于各煤矿业的热能利用中。
Description
技术领域
本发明涉及一种换热器及其使用方法，特别是关于一种用于回收煤矿矿井总回风中低温热量或冷量的高速矿井回风换热器及其使用方法。
背景技术
一般在煤矿工业广场建筑中包括行政福利建筑、工业建筑等的冬季供暖、井筒防冻和全年职工的洗浴用的热水，其热量均由燃煤锅炉来提供。因此可以看出，煤矿供暖要消耗大量煤炭，同时煤炭燃烧会造成环境污染，影响矿区大气环境，不利于企业的节能减排。在煤矿生产环节中，产生的废热资源却未得到有效利用，如矿井总回风。对于大部分矿井来说，通风线路长，在矿井通风过程中，由于井下围岩散热，机电设备散热等使得风流的温度升高。从风井排出的风流温度相对恒定，受季节性因素影响较小，同时矿井回风量大，回风流相对湿度也大，一般为90％左右，故而矿井总回风中蕴含了大量的低温热能。这部分热能随着风流排入大气而被白白的浪费。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于回收煤矿矿井总回风中低温热量或冷量的高速矿井回风换热器及其使用方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种高速矿井回风换热器，它包括一壳体，在所述壳体内设置有一喷雾装置，在所述壳体上方出口位置设置有一排挡水板；其特征在于：所述喷雾装置包括一给水干管，所述给水干管设置有若干给水主支管，每根所述给水主支管上均设置有若干副支管，在每一所述副支管上安装有喷嘴；所述高速矿井回风换热器设置在扩散塔顶部，所述扩散塔左侧的下部设置一矿井主通风机，所述通风机的前部所述扩散塔底部设置一汇水池，所述汇水池通过管路连接一集水池的顶部，所述集水池的下部通过管路连接一热泵机组，所述集水池与所述热泵机组相连的回风换热供水管路上设置一全自动过滤器，所述热泵机组再通过回风换热回水管路连接所述高速矿井回风换热器，进而形成一水雾循环回路；同时所述热泵机组通过两条管路连接一组用户设备，进而形成一用户设备循环系统。
所述水雾循环系统中的所述回风换热供水管路出口和所述回风换热回水管路的进口连接在所述热泵机组中的冷凝器的换热管两端；所述用户循环系统中的进口管的进口和回路管的出口连接所述热泵机组中蒸发器的壳体两端。
所述水雾循环系统中的所述回风换热供水管路出口和所述回风换热回水管路的进口连接在所述热泵机组中蒸发器的壳体两端，所述用户循环系统中的进口管的进口和回路管的出口连接所述热泵机组中冷凝器的换热管两端。
所述挡水板呈S形竖直安装，采用镀锌薄钢板或塑料板加工制成，或采用玻璃钢、不锈钢、铝合金、PVC或ABS材质。
所述高速矿井回风换热器内风流的流速度达6～7m/s。
所述的一种高速矿井回风换热器，其特征在于：所述喷雾装置的喷淋形式为给水干管设置的四根，其设置为每层两根，能实现上层给水干管的喷嘴朝下喷淋，下层给水干管的喷嘴朝上喷淋，进而形成上、下相对的喷射水雾；也能实现两层喷嘴均逆气流方向同时朝下逆喷；所述给水干管若设置为六根，每层设置两根可以分三层，均能实现两层喷嘴朝下、一层喷嘴朝上的两逆一顺形式喷淋或两层喷嘴朝上、一层喷嘴朝下的两顺一逆的形式喷淋；或者设置成两排喷嘴对喷、逆喷，或者三排喷嘴两顺一逆或两逆一顺的形式进行喷淋；所述喷嘴为梅花形布置，类型为PY-1型离心式喷嘴。
所述的一种高速矿井回风换热器，其特征在于：所述高速矿井回风换热器采用模块化设计。每个扩散塔顶部装有若干个结构相同的高速矿井回风换热器。
上述一种高速矿井回风换热器的使用方法，其包括以下步骤：1)首先将每一个高速矿井回风换热器分别安装在各扩散塔的顶部；2)根据夏季制冷和冬季供暖的需求，将水雾循环回路和用户设备循环系统连接在热泵机组上；3)设备启动后，高速矿井回风换热器内的喷雾装置中的水依次分配给水干管、给水主支管、给水副支管进入喷嘴形成雾化水滴，雾化水滴与矿井主通风机从井下抽出的矿井总回风在扩散塔中进行换热，换热后雾化水滴依次经过汇水池收集进入集水池、过滤器过滤后进入热泵机组内进行换热，换热后再通过回风换热回水管路返回每一高速矿井回风换热器继续循环换热，而热泵机组换热后得到的冷量或热量，则通过路管输送给连接热泵机组的用户循环系统；4)循环进行步骤3)，不断通过热泵机组提取水雾循环回路中的冷量或热量，满足用户设备的制冷或供热需求。
上述一种高速矿井回风换热器的使用方法，其特征在于：所述步骤2)中，夏季制冷时，将水雾循环回路的回风换热供水管路出口和回风换热回水管路的进口连接在热泵机组中冷凝器的换热管两端；将用户设备循环系统中进口管的进口和回路管的出口连接在热泵机组中蒸发器的壳体两端。
上述一种高速矿井回风换热器的使用方法，其特征在于：所述步骤2)中，冬季供热时，将水雾循环回路的回风换热供水管路出口和回风换热回水管路的进口连接在热泵机组中蒸发器的壳体两端；将用户设备循环系统中进口管的进口和回路管的出口连接在热泵机组中冷凝器的换热管两端。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明在高速矿井回风换热器内设置有喷雾装置，通过喷雾装置喷洒水雾，水雾与矿井回风直接进行气-水换热，换热效率高，不仅可以回收矿井回风显热热量，还可以回收潜热热量。2、本发明采用高速矿井回风换热器的热交换单元无任何电气装置，在热交换过程中不会引起瓦斯积聚，无需防爆，安全性高。3、本发明采用高速矿井回风换热器在矿井反风时，反风风量可以正常通过，不影响矿井反风。4、本发明采用高速矿井回风换热器通风阻力小于50Pa，对矿井主通风机影响较小。5、本发明采用高速矿井回风换热器喷淋水雾，水雾吸收矿井回风中的粉尘颗粒，可降低回风中的粉尘浓度，减少空气污染，同时还可以起到很好的降噪作用，可降低主扇噪音为≤30dB。6、本发明采用高速矿井回风换热器的模块化设计、便于能量的调节和维修。它可广泛用于煤矿中需要冷、热能的地方。
附图说明
图1是本发明的立面结构示意图
图2是本发明的内部结构示意图
图3是本发明的喷嘴与支管连接示意图
图4是矿井回风源热泵系统工艺流程示意图
图5是热泵机组冬季供热工况循环示意图
图6是热泵机组夏季制冷工况循环示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明的高速矿井回风换热器10包括一由1.5mm～2mm厚镀锌钢板加工制成的壳体11，在壳体11内设置有一喷雾装置12(如图中虚线部分)，在壳体11上方出口位置设置有一排呈S形竖直安装的挡水板13。挡水板13可以采用镀锌薄钢板或塑料板加工制成，也可是玻璃钢、不锈钢、铝合金、PVC或ABS等材质。挡水板13的设计既不影响通风，又可以防止细小的水滴被气流带走，对循环水起到很好的回收作用。
如图2所示，本发明的喷雾装置12包括一数量为四根或六根给水干管121，其水干管121分层布置为每层均设置为两根，每根给水干管121上均设置有若干给水主支管122，每根给水主支管122上均设置有若干副支管123，在每一副支管123上安装有喷嘴124，每一喷嘴124上水孔的分布呈梅花型布置，喷嘴124为PY-1型离心式喷嘴(如图3所示)。
如图4所示，本发明的高速矿井回风换热器10分别设置在各扩散塔1顶部，在扩散塔1左侧的下部设置一矿井主通风机2，在通风机2的前部扩散塔1底部设置一汇水池3，每一个汇水池3通过管路连接一集水池4的顶部，集水池4的下部通过管路连接一热泵机组(热泵循环系统)5进行换热，集水池4与热泵机组5相连的回风换热供水管路6上设置一全自动过滤器7，热泵机组5再通过回风换热回水管路8连接高速矿井回风换热器10，进而形成一组水雾循环回路。同时热泵机组5通过两条管路14、15连接一组用户设备16，进而形成一用户设备循环系统，用户设备可以是空调系统、热水加热系统、煤矿井口防冻系统等。
如图5所示，上述实施例中的热泵机组5为已有技术，其设置有一蒸发器51，蒸发器51内的换热管一端连接一压缩机52，另一端连接一膨胀阀53后，压缩机52和膨胀阀53的另一端连接在一冷凝器54的壳体两端。
本发明工作时分为两种情况：一种是在夏季利用高速矿井回风换热器为用户设备16制冷；另一种是在冬季利用高速矿井回风换热器为用户设备16供热，下面分别进行描述。
如图6所示，当夏季利用高速矿井回风换热器10为用户设备16制冷时，包括以下步骤：
1)将水雾循环系统的回风换热供水管路6出口和回风换热回水管路8的进口分别连接热泵机组5内的冷凝器54的换热管两端，将热泵机组5内蒸发器51的壳体两端分别连接用户循环系统的两条管路14、15。
2)启动设备后，高速矿井回风换热器10内的喷雾装置12中的水分别分配给水干管121，给水干管121分别流向给水主支管122，给水主支管122水流向给水副支管123进入喷嘴124形成雾化水滴，雾化水滴与矿井主通风机2从井下抽出的矿井总回风在扩散塔1中进行换热，换热后雾化水滴经汇水池3收集进入集水池4，集水池4中水经全自动过滤器7过滤后进入热泵机组5内冷凝器54的换热管进行换热后，再通过回风换热回水管路8返回每一高速矿井回风换热器10继续换热，完成水雾循环制冷过程。同时热泵机组5自身的循环过程，会将与水雾循环中提取的冷量，通过连接在蒸发器53壳体上的管路14、15传递给用户设备16，完成用户设备循环系统的运行；
3)高速矿井回风换热器的水经过步骤2)不断将冷媒通过热泵机组5传递给用户设备16。依次往复循环，便可以满足用户设备16用冷的需求。
如图5所示，当冬季利用高速矿井回风换热器10为用户设备16供热时，包括以下步骤：
1)将水雾循环系统的回风换热供水管路6出口和回风换热回水管路8的进口分别连接热泵机组5内的蒸发器51的壳体两端，将热泵机组5内冷凝器54的换热管两端分别连接用户循环系统的两条管路14、15。
2)启动设备后，高速矿井回风换热器10内的喷雾装置12中的水分别分配给水干管121，水干管121分别流向给水主支管122，水主支管122水流向给水副支管123进入喷嘴124形成雾化水滴，雾化水滴与矿井主通风机2从井下抽出的矿井总回风在扩散塔1中进行换热，换热后雾化水滴经汇水池3收集进入集水池4，集水池4中水经全自动过滤器7过滤后进入热泵机组5内蒸发器51壳体，与壳体内换热管内的制冷剂换热后，再通过回风换热回水管路8返回高速矿井回风换热器10继续换热，完成水雾循环供热过程；同时热泵机组5自身的循环过程，会将与水雾循环中提取的热量，通过连接在冷凝器54的换热管两端的管路14和15传递给用户设备16，完成用户设备循环系统的运行；
3)高速矿井回风换热器10的水经过步骤2)不断将热量通过热泵机组5传递给用户设备16；依次往复循环，便可以满足用户设备16用热的需求。
上述实施例中，本发明的给水干管121设置的四根，每层为两根，可实现上层给水干管121的喷嘴124朝下喷淋，下层给水干管121的喷嘴124朝上喷淋，进而形成上、下相对的喷射水雾；也可实现两层喷嘴124均逆气流方向同时朝下逆喷；若设置有六根给水干管121，每层设置两根可以分三层，均可实现两层喷嘴124朝下、一层喷嘴124朝上的两逆一顺形式喷淋或两层喷嘴124朝上、一层喷嘴124朝下的两顺一逆的形式喷淋。
上述实施例中，喷嘴124的形状为梅花形分布，喷嘴124为PY-1型离心式喷嘴，也可为其他形式的喷嘴。
上述实施例中，高速矿井回风换热器10采用模块化设计，便于能量调节和维修。
上述实施例中，高速矿井回风换热器内风流过流速度可达6～7m/s，具有很高的热湿交换效率，且在满足热湿交换效率的同时减少了占地面积。
上述实施例中，本发明在热交换的过程中，水雾吸收矿井回风中的粉尘颗粒，可降低回风中的粉尘浓度，同时还可以起到很好的降噪作用。
上述实施例中，矿井主通风机2排出的矿井总回风进入扩散塔1，在风流上升过程中与高速矿井回风换热器10内的喷雾装置12喷出的水雾相遇换热。在冬季回风温度高，温度较低的水吸收矿井总回风的湿热和潜热后温度升高，变成很好的热泵机组5的热源。在夏季回风温度较低，矿井总回风在扩散塔1中与温度较高的水进行热、湿交换，吸收热量后排向大气，水温度下降，又变成很好的热泵机组5的冷源。
上述实施例中，本发明所使用的热泵机组5可以是各种已有技术产品。比如矿用防垢涡旋热泵机组。一主通风机2和一全自动过滤器7都可以采用购买的现成产品。
上述实施例中，不同季节水雾循环系统和用户设备循环系统与热泵机组5的不同连接方式可以用热泵系统设置的换向阀实现，此为常规方式，在此不再赘述。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (7)
1.一种高速矿井回风换热器，它包括一壳体，在所述壳体内设置有一喷雾装置，在所述壳体上方出口位置设置有一排挡水板；其特征在于：所述喷雾装置包括四根或六根给水干管，每根所述给水干管对称设置有两排给水主支管，每根所述给水主支管上均交错设置有若干副支管，在每一所述副支管上安装有喷嘴，所述喷嘴为梅花形布置，类型为PY-1型离心式喷嘴；所述高速矿井回风换热器设置在扩散塔顶部，所述扩散塔左侧的下部设置一矿井主通风机，所述通风机的前部所述扩散塔底部设置一汇水池，所述汇水池通过管路连接一集水池的顶部，所述集水池的下部通过管路连接一热泵机组，所述集水池与所述热泵机组相连的回风换热供水管路上设置一全自动过滤器，所述热泵机组再通过回风换热回水管路连接所述高速矿井回风换热器，进而形成一水雾循环回路；同时所述热泵机组通过两条管路连接一组用户设备，进而形成一用户设备循环系统；
当所述给水干管为四根时，其设置为每层两根分两层，采用上层给水干管的喷嘴朝下喷淋，下层给水干管的喷嘴朝上喷淋，进而形成上、下相对的喷射水雾；或采用两层喷嘴均逆气流方向同时朝下逆喷；
当所述给水干管为六根时，其设置为每层两根分三层，采用两层喷嘴朝下、一层喷嘴朝上的两逆一顺形式喷淋或两层喷嘴朝上、一层喷嘴朝下的两顺一逆的形式喷淋。
2.如权利要求1所述的一种高速矿井回风换热器，其特征在于：所述水雾循环回路中的所述回风换热供水管路出口和所述回风换热回水管路的进口连接在所述热泵机组中的冷凝器的换热管两端；所述用户设备循环系统中的进口管的进口和回路管的出口连接所述热泵机组中蒸发器的壳体两端。
3.如权利要求1所述的一种高速矿井回风换热器，其特征在于：所述水雾循环回路中的所述回风换热供水管路出口和所述回风换热回水管路的进口连接在所述热泵机组中蒸发器的壳体两端，所述用户设备循环系统中的进口管的进口和回路管的出口连接所述热泵机组中冷凝器的换热管两端。
4.如权利要求1所述的一种高速矿井回风换热器，其特征在于：所述挡水板呈S形竖直安装，采用镀锌薄钢板、塑料板、玻璃钢、不锈钢、铝合金或ABS材质加工制成。
5.如权利要求1所述的一种高速矿井回风换热器，其特征在于：所述高速矿井回风换热器内风流的流速度为6～7m/s。
6.如权利要求1或2或3或4或5所述的一种高速矿井回风换热器，其特征在于：所述高速矿井回风换热器采用模块化设计；每个扩散塔顶部装有若干个结构相同的高速矿井回风换热器。
7.如权利要求1～6任意一项所述高速矿井回风换热器的使用方法，其包括以下步骤：
1)首先将每一个高速矿井回风换热器分别安装在各扩散塔的顶部；
2)当夏季制冷时，将水雾循环回路的回风换热供水管路出口和回风换热回水管路的进口连接在热泵机组中冷凝器的换热管两端；将用户设备循环系统中进口管的进口和回路管的出口连接在热泵机组中蒸发器的壳体两端；
当冬季供热时，将水雾循环回路的回风换热供水管路出口和回风换热回水管路的进口连接在热泵机组中蒸发器的壳体两端；将用户设备循环系统中进口管的进口和回路管的出口连接在热泵机组中冷凝器的换热管两端；
3)设备启动后，高速矿井回风换热器内的喷雾装置中的水依次分配给水干管、给水主支管、给水副支管进入喷嘴形成雾化水滴，雾化水滴与矿井主通风机从井下抽出的矿井总回风在扩散塔中进行换热，换热后雾化水滴依次经过汇水池收集进入集水池、过滤器过滤后进入热泵机组内进行换热，换热后再通过回风换热回水管路返回每一高速矿井回风换热器继续循环换热，而热泵机组换热后得到的冷量或热量，则通过路管输送给连接热泵机组的用户循环系统；
4)循环进行步骤3)，不断通过热泵机组提取水雾循环回路中的冷量或热量，满足用户设备的制冷或供热需求。
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Denomination of invention: High-speed mine return-air heat exchanger and application method thereof Effective date of registration: 20151021 Granted publication date: 20130403 Pledgee: Beijing ustron Tongsheng financing Company limited by guarantee Pledgor: Beijing CUMT Energy Saving Technology Co., Ltd. Registration number: 2015990000891 |
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