CN102410665A - 一种煤矿空气压缩机废热回收利用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种煤矿空气压缩机废热回收利用系统，它包括一设置在空气压缩机排风风道顶部的热管换热器，热管换热器通过换热循环出水管道和换热循环回水管道与壳管式蒸发器的壳体之间构成换热循环管路；壳管式蒸发器的蒸发换热管道与壳管式冷凝器的壳体之间通过压缩机和膨胀阀构成制冷工质循环管路；壳管式冷凝器的冷凝换热管道与板式换热器的热水管道之间构成生活热水一次循环管路；板式换热器的冷水管道与生活热水箱之间构成生活热水二次循环管路；用户设备与壳管式冷凝器的冷凝换热管道之间构成冬季用户供热循环供水管路；用户设备与壳管式蒸发器的壳体之间构成夏季用户制冷循环供水管路。采用本发明可以为煤矿建筑实现冬季采暖、夏季制冷以及全年提供生活热水。
Description
技术领域
本发明涉及一种废热回收利用系统，特别是关于一种对煤矿空气压缩机排风中的废热进行回收利用的系统。
背景技术
目前，国内大部分煤矿工业场所的建筑采暖、井筒防冻及职工浴室的洗浴热水的热能均由燃煤锅炉提供。这种供热方式不仅消耗大量的不可再生能源，同时还会排放大量的温室气体等不利于环境保护的污染物。为响应我国改善能源结构，提高能源利用率和加强环境保护的号召，如何对传统供热方式中产生的废热进行高效回收利用成为一个重要的课题。空气压缩机是煤矿生产生活的一种重要大型固定设备，为煤矿风动机械提供可靠的动力源。一般情况下，空气压缩机废热排风量充足，且其温度、湿度一年四季基本保持恒定，排风中蕴藏着的大量低温热能，但目前由于排风直接排到大气中，因此这部分热能未被回收利用，造成了能源的浪费。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够对煤矿空气压缩机排风中的废热进行回收利用，从而为煤矿建筑冬季供热、夏季制冷，以及全年提供生活热水的煤矿空气压缩机废热回收利用系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种煤矿空气压缩机废热回收利用系统，其特征在于：它包括一设置在空气压缩机排风风道顶部的热管换热器、一板式换热器、一热泵机组、一生活热水箱和一用户设备；热管换热器分为蒸发段和冷凝段，蒸发段的排风口处设置一引风机，冷凝段的两端分别设置一换热循环出水管道和一换热循环回水管道；板式换热器内设置热水管道和冷水管道；热泵机组内设置一壳管式蒸发器、一壳管式冷凝器、一压缩机和一膨胀阀；热管换热器通过换热循环出水管道和换热循环回水管道与壳管式蒸发器的壳体之间构成一换热循环管路；壳管式蒸发器的蒸发换热管道与壳管式冷凝器的壳体之间通过压缩机和膨胀阀构成一制冷工质循环管路；壳管式冷凝器的冷凝换热管道与板式换热器的热水管道之间构成一生活热水一次循环管路；板式换热器的冷水管道与生活热水箱之间构成一生活热水二次循环管路；用户设备与壳管式冷凝器的冷凝换热管道之间构成一冬季用户供热循环供水管路；用户设备与壳管式蒸发器的壳体之间构成一夏季用户制冷循环供水管路。
上述冬季用户供热循环供水管路上设置冬季用供热循环泵、冬季用供水阀门和冬季用回水阀门；夏季用户制冷循环供水管路上设置夏季用制冷循环泵、夏季用供水阀门和夏季用回水阀门。
上述热管换热器的蒸发段和冷凝段，由内部挡板隔开；空气压缩机排风流经蒸发段，用于回收空气压缩机排风废热的换热循环水流经冷凝段，空气压缩机排风与换热循环水在热管换热器内逆流换热。
上述压缩机为涡旋压缩机。
上述压缩机为螺杆压缩机。
上述用户设备为具有制冷和制热功能的空调。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用热管换热器和热泵技术对空气压缩机的排风废热进行回收利用，为用户冬季供热、夏季制冷和提供洗浴等生活热水，同时将夏季用户设备的热量释放到洗浴热水中，因此有效地提高了能源利用率；且由于只消耗少量的电能，没有任何污染物的排放，因此满足环境保护的要求。2、本发明采用热管换热器、热泵机组和板式换热器组成能量采集系统，运行时，能量采集系统采集空气压缩机排风废热中的热量，通过水泵输配至热泵机组，经热泵机组换热后重新用于空气压缩机废热气体换热，因此可以循环利用换热工质，节约水源，降低能耗。3、本发明采用热管换热器提取空气压缩机排风废热中的热量，对易燃、易爆、腐蚀性强的流体换热场合具有很高的可靠性；且热管换热器换热时，冷、热流体由设置在热管换热器内部的挡板完全分开流动，可实现冷、热流体的逆流换热，传热效率高；热管换热器的蒸发段和冷凝段的传热面积可调，可实现不同负荷下的运行。4、本发明可以利用空气压缩机房的多余位置作为热泵机房，不仅可以节约建材、减少占地面积，还可以节约初期投资，具有经济可行的优点。本发明可以广泛应用于煤矿生活生产，替代燃煤锅炉和中央空调，实现煤矿建筑冬季供热、夏季制冷、提供生活热水和井口防冻等功能，具有节能减排的效果。
附图说明
图1是本发明的系统组成示意图
图2是本发明系统冬季供热示意图
图3是本发明系统夏季制冷示意图
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，本发明包括一设置在空气压缩机排风风道1顶部的热管换热器2、一板式换热器3、一热泵机组4、一生活热水箱5和一用户设备6。
其中，热管换热器2分为蒸发段和冷凝段，两段由内部挡板隔开(图中未示出)。空气压缩机排风流经蒸发段，用于回收空气压缩机排风废热的换热循环水流经冷凝段，空气压缩机排风和换热循环水在热管换热器2内逆流换热。蒸发段的排风口处设置有一引风机21，用于将回收过废热的排风引至大气中。冷凝段的两端分别设置一换热循环出水管道22和一换热循环回水管道23。
板式换热器3内设置有热水管道31和冷水管道32。
热泵机组4内设置有一壳管式蒸发器7、一壳管式冷凝器8、一压缩机9和一膨胀阀10。
如图1所示，热管换热器2内冷凝段的换热循环出水管道22连接至热泵机组4的壳管式蒸发器7的壳体71的输入管道72，壳体71上还设置一输出管道73，输出管道73连接有两分支管道，其中一分支管道为热管换热器2内冷凝段的换热循环回水管道23，换热循环回水管道23通过一循环泵24连接回热管换热器2冷凝段，进而在热管换热器2与壳管式蒸发器7的壳体71之间构成一换热循环管路。
壳管式蒸发器7的蒸发换热管道74内填充有制冷工质，其输出端连接一制冷工质输出管道75，制冷工质输出管道75通过压缩机9连接至壳管式冷凝器8的壳体81内，壳体81上还设置有一制冷工质输回管道82，制冷工质输回管道82通过膨胀阀10连接至壳管式蒸发器7的蒸发换热管道74的输入端，进而在壳管式蒸发器7的蒸发换热管道74与壳管式冷凝器8的壳体81之间构成一制冷工质循环管路。
壳管式冷凝器8内的冷凝换热管道83的输出端连接有两分支管道，其中一分支管道为生活热水一次循环供水管道33，生活热水一次循环供水管道33通过一生活热水一次循环泵34连接板式换热器3内的热水管道31的输入端，热水管道31的输出端连接一生活热水一次循环回水管道35，生活热水一次循环回水管道35连接回冷凝换热管道83的输入端，进而在壳管式冷凝器8的冷凝换热管道83与板式换热器3的热水管道31之间构成一生活热水一次循环管路。
板式换热器3内的冷水管道32的输出端连接一生活热水二次循环供水管道36，生活热水二次循环供水管道36通过一生活热水二次循环泵37连接生活热水箱5的输入端，生活热水箱5的输出端连接一生活热水二次循环回水管道38，生活热水二次循环回水管道38连接回冷水管道32的输入端，进而在板式换热器3的冷水管道32与生活热水箱5之间构成一生活热水二次循环管路。
如图2所示，壳管式冷凝器8冷凝换热管道83的输出端所连接的两个分支管道中的另一分支管道为一冬季用户供热循环供水管道01，冬季用户供热循环供水管道01通过一冬季用供热循环泵02和一冬季用供水阀门03连接至用户设备6的输入端，用户设备6的输出端连接一冬季用户供热循环回水管道04，冬季用户供热循环回水管道04通过一冬季用回水阀门05连接回壳管式冷凝器8内冷凝换热管道83的输入端，进而在用户设备6与壳管式冷凝器8的冷凝换热管道83之间构成一冬季用户供热循环供水管路。
如图3所示，壳管式蒸发器7壳体71的输出管道73所连接的两个分支管道中的另一分支管道为一夏季用户制冷循环供水管道11，夏季用户制冷循环供水管道11通过一夏季用制冷循环泵12和一夏季用供水阀门13连接至用户设备6的输入端，用户设备6的输出端连接一夏季用户制冷循环回水管道14，夏季用户制冷循环回水管道14通过一夏季用回水阀门15连接回输入管道72，进而在用户设备6和壳管式蒸发器7的壳体71之间构成一夏季用户制冷循环供水管路。
本发明在冬、夏季具有不同的运行状态，其运行状态的改变是通过切换不同的冬、夏季节阀门和水泵来实现：
在冬季采用系统供热时，冬季用供热循环泵02、冬季用供水阀门03和冬季用回水阀门05开启；夏季用制冷循环泵12、夏季用供水阀门13和夏季用回水阀门15关闭；
在夏季采用系统制冷时，冬季用供热循环泵02、冬季用供水阀门03和冬季用回水阀门05关闭；夏季用制冷循环泵12、夏季用供水阀门13和夏季用回水阀门15开启。
上述实施例中，热泵机组4内的压缩机9可以采用涡旋压缩机或螺杆压缩机，压缩机9由电能驱动进而使热泵机组4启动运行。
上述实施例中，用户设备可以是为具有制冷和制热功能的空调等类似设备。
本发明可以为用户提供热能或冷量，其工作原理如下：
如图2所示，当系统在冬季运行时，空气压缩机排风首先进入空气压缩机排风风道1，然后进入热管换热器2内的蒸发段，在蒸发段换热后由引风机21排出。与此同时，热管换热器2内蒸发段的热管内工质吸收空气压缩机排风的热量汽化，汽化后蒸汽向热管换热器2内的冷凝段流动，此过程中热管内工质遇冷凝结向冷凝段放出潜热，冷凝液借毛细力和重力作用回流，从而实现热管内工质的往复循环。热管内工质在热管换热器2内的冷凝段放出的潜热由流经热管换热器2冷凝段的水吸热，通过换热循环出水管道22进入热泵机组4内的壳管式蒸发器7的壳体71内，壳管式蒸发器7中蒸发换热管道74内的制冷工质与进入壳管式蒸发器7壳体71中的水源换热获取热量后，通过压缩机9变成高温高压气体，进入冷凝器8的壳体81内，向需要加热的用水源释放热量，再经过膨胀阀10变成低温低压的液体返回进入壳管式蒸发器7的蒸发换热管道74内，继续和进入壳管式蒸发器7壳体71中的水源不断循环换热。壳管式冷凝器8的冷凝换热管道83中的水源获得热量后，一部分流经板式换热器3，通过板式换热器3为生活热水箱5的水加热；一部分流经冬季用户供热循环供水管路来满足对煤矿建筑供暖和井口防冻等用户设备6的热量需求。
如图3所示，当系统在夏季运行时，空气压缩机废热回收原理与冬季相似。夏季用户设备6的热量由流经的循环水吸收，通过夏季用户制冷循环回水管道14进入热泵机组4内的壳管式蒸发器7的壳体71中，壳管式蒸发器7的蒸发换热管道74中的制冷工质与进入壳管式蒸发器7的壳体71中的水源换热获取热量后，通过压缩机9变成高温高压气体，进入壳管式冷凝器8的壳体81内，向需要加热的用水源释放热量，再经过膨胀阀10变成低温低压的液体进入壳管式蒸发器7的蒸发换热管道74内，继续和进入壳管式蒸发器7的壳体71中的水源不断循环换热，壳管式蒸发器7内的用水源释放热量后温度降低，从而为如煤矿建筑空调等用户设备6提制冷量。壳管式冷凝器8的冷凝换热管道83中的水源获得热量后，流经板式换热器3，通过板式换热器3为生活热水箱5的水加热，从而将夏季用户设备的热量间接释放到洗浴热水中。
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 (9)
1.一种煤矿空气压缩机废热回收利用系统，其特征在于：它包括一设置在空气压缩机排风风道顶部的热管换热器、一板式换热器、一热泵机组、一生活热水箱和一用户设备；所述热管换热器分为蒸发段和冷凝段，所述蒸发段的排风口处设置一引风机，所述冷凝段的两端分别设置一换热循环出水管道和一换热循环回水管道；所述板式换热器内设置热水管道和冷水管道；所述热泵机组内设置一壳管式蒸发器、一壳管式冷凝器、一压缩机和一膨胀阀；所述热管换热器通过所述换热循环出水管道和所述换热循环回水管道与所述壳管式蒸发器的壳体之间构成一换热循环管路；所述壳管式蒸发器的蒸发换热管道与所述壳管式冷凝器的壳体之间通过所述压缩机和所述膨胀阀构成一制冷工质循环管路；所述壳管式冷凝器的冷凝换热管道与所述板式换热器的热水管道之间构成一生活热水一次循环管路；所述板式换热器的冷水管道与所述生活热水箱之间构成一生活热水二次循环管路；所述用户设备与所述壳管式冷凝器的冷凝换热管道之间构成一冬季用户供热循环供水管路；所述用户设备与所述壳管式蒸发器的壳体之间构成一夏季用户制冷循环供水管路。
2.如权利要求1所述的一种煤矿空气压缩机废热回收利用系统，其特征在于：所述冬季用户供热循环供水管路上设置冬季用供热循环泵、冬季用供水阀门和冬季用回水阀门；所述夏季用户制冷循环供水管路上设置夏季用制冷循环泵、夏季用供水阀门和夏季用回水阀门。
3.如权利要求1所述的一种煤矿空气压缩机废热回收利用系统，其特征在于：所述热管换热器的蒸发段和冷凝段，由内部挡板隔开；空气压缩机排风流经所述蒸发段，用于回收空气压缩机排风废热的换热循环水流经所述冷凝段，空气压缩机排风与换热循环水在所述热管换热器内逆流换热。
4.如权利要求2所述的一种煤矿空气压缩机废热回收利用系统，其特征在于：所述热管换热器的蒸发段和冷凝段，由内部挡板隔开；空气压缩机排风流经所述蒸发段，用于回收空气压缩机排风废热的换热循环水流经所述冷凝段，空气压缩机排风与换热循环水在所述热管换热器内逆流换热。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种煤矿空气压缩机废热回收利用系统，其特征在于：所述压缩机为涡旋压缩机。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种煤矿空气压缩机废热回收利用系统，其特征在于：所述压缩机为螺杆压缩机。
7.如权利要求1或2或3或4所述的所述的一种煤矿空气压缩机废热回收利用系统，其特征在于：所述用户设备为具有制冷和制热功能的空调。
8.如权利要求5所述的所述的一种煤矿空气压缩机废热回收利用系统，其特征在于：所述用户设备为具有制冷和制热功能的空调。
9.如权利要求6所述的所述的一种煤矿空气压缩机废热回收利用系统，其特征在于：所述用户设备为具有制冷和制热功能的空调。
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Denomination of invention: Waste heat recovery and utilization system for coal mine air compressor Effective date of registration: 20140917 Granted publication date: 20130206 Pledgee: Beijing ustron Tongsheng financing Company limited by guarantee Pledgor: BEIJING CUMT ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: 2014990000762 |
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Denomination of invention: Waste heat recovery and utilization system for coal mine air compressor Effective date of registration: 20151021 Granted publication date: 20130206 Pledgee: Beijing ustron Tongsheng financing Company limited by guarantee Pledgor: BEIJING CUMT ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: 2015990000891 |
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Effective date of registration: 20221228 Granted publication date: 20130206 |