CN105180245A - 一种煤矿双热源热能利用系统及其运行方式 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤矿双热源热能利用系统及其运行方式，它包括设置在矿井通风扩散塔顶部的矿井回风换热器、回风换热蓄水池、回风换热循环水池、矿井水池、在线水处理设备、板式换热器、热泵机组单元、用户设备；所述矿井回风换热器与所述热泵机组单元的能量提取侧形成回风换热循环管路，所述矿井水池与所述板式换热器的热源侧形成矿井水一次换热循环管路，所述板式换热器的冷源侧与所述热泵机组单元的能量提取侧形成矿井水二次换热循环管路，所述热泵机组单元通过循环泵连接所述用户设备。本发明可实现矿井回风、矿井水两种余热资源的同时回收利用，可取代传统低效率的燃煤锅炉，为煤矿生产生活提供所需热源，节能减排效益明显。

Description

一种煤矿双热源热能利用系统及其运行方式

技术领域

本发明涉及一种热能利用系统及其运行方式，特别是关于一种针对矿井回风与矿井排水双热源进行回收利用的系统及其运行方式。

背景技术

煤矿建筑采暖、井筒防冻及职工浴室的洗浴热水需要大量热能，大多数煤矿均采用燃煤锅炉供热，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。如何能使这些潜在的能源加以利用，以减少锅炉煤耗或完全替代锅炉，是广大工程技术人员需要思考的一个问题。

矿井通风是矿井生产中最基本的环节，当地面风流送入进风井筒，供给新鲜空气的同时也吸收来自围岩、机械设备、人员等方面的散热，因此，矿井回风风量大、温度较高，矿井回风中低温热能资源丰富；煤矿矿井水是指煤炭开采过程中产生的地下涌水，煤矿矿井水在开采过程中排放量较大，且相对稳定，矿井排水水温一年四季变化不大，一般在18～20℃左右，可见，矿井水中蕴藏着丰富的低温热能。

目前我国已开展单一的矿井回风废热资源利用技术或矿井排水废热资源的利用技术的研究，且有一定的应用实例，但存在有一定局限性：缺乏矿井回风、矿井排水双热源热泵技术工艺开发及应用研究，即利用一套系统实现矿井回风与矿井排水综合利用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可以回收矿井回风、矿井排水中热源的热能回收利用系统及其运行方式。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种煤矿双热源热能利用系统，其特征在于：它包括设置在矿井通风扩散塔顶部的矿井回风换热器、回风换热蓄水池、回风换热循环水池、矿井水池、在线水处理设备、板式换热器、热泵机组单元、用户设备；

所述热泵机组单元可以为一个或一个以上并联的热泵机组；

所述矿井通风扩散塔内部弯道处设置若干弧形导流板，所述导流板与矿井通风扩散塔内壁两侧连接；

所述矿井回风换热器底部设置所述回风换热蓄水池，所述回风换热蓄水池管道连接所述回风换热循环水池，所述回风换热循环水池通过回风换热输出、输回管道连接所述热泵机组单元的能量提取侧，所述回风换热蓄水池还通过喷淋循环泵连接所述矿井回风换热器，形成回风换热循环管路；

所述矿井水池中设置矿井水一次换热循环泵和排水泵，所述矿井水池通过矿井水一次换热输出、输回管道连接所述板式换热器的热源侧，形成矿井水一次换热循环管路；所述板式换热器的冷源侧通过矿井水二次换热输出、输回管道连接所述热泵机组单元的能量提取侧，形成矿井水二次换热循环管路；

所述热泵机组单元通过循环泵连接所述用户设备。

优选地，所述导流板由水平导流段和弧形导流段组成，所述导流板长度由内而外依次增大，所述弧形导流段的弧度与所述矿井通风扩散塔外弧度一致。

优选地，所述矿井通风扩散塔底部在所述回风换热蓄水池之前设置挡水装置。

优选地，所述热泵机组单元包括两个并联的第一热泵机组和第二热泵机组；所述第一热泵机组能量提取侧的输入端、输出端分别连接第一管道，第二管道，所述第二热泵机组能量提取侧的输入端、输出端分别连接第三管道，第四管道。

优选地，所述第一热泵机组能量提取侧的输入端通过所述第一管道分别连接所述回风换热输出管道、所述矿井水二次换热输出管道；所述第一热泵机组能量提取侧的输出端通过所述第二管道分别连接所述回风换热输回管道、所述矿井水二次换热输回管道；

所述第二热泵机组能量提取侧的输入端通过所述第三管道分别连接所述回风换热输出管道、所述矿井水二次换热输出管道；所述第二热泵机组能量提取侧的输出端通过所述第四管道分别连接所述回风换热输回管道、所述矿井水二次换热输回管道。

优选地，所述回风换热输出、输回管道，所述矿井水二次换热输出、输回管道上分别设置第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀。

优选地，所述矿井水一次换热管路上设置有并联的所述在线水处理设备。

一种煤矿双热源热能利用系统的运行方式，其运行步骤为：

1)开启第一截止阀、第二截止阀，矿井通风扩散塔排出的矿井回风通过矿井回风换热器将热量传递给喷淋水，携带热能的喷淋水汇集到扩散塔下方设置的回风换热蓄水池，并通过管道输送到回风换热循环水池，回风换热循环泵将循环水输送到热泵机组单元，经热泵机组提热后输回到回风换热循环水池，喷淋循环泵将提热后的循环水输送到矿井回风换热器继续与矿井回风接触换热，从而实现矿井回风侧热能的提取；

2)开启第三截止阀、第四截止阀，井下涌出的矿井排水输入到矿井水池，矿井水一次换热循环泵将矿井水送入在线水处理设备，经在线过滤后进入板式换热器，经板式换热器提热后返回矿井水池，从而实现矿井水一次换热；板式换热器冷源侧循环水吸收热源侧的热能后进入热泵机组单元，经热泵机组提热后输回到板式换热器，从而实现矿井水二次换热；经提热后的矿井水通过矿井水池中设置的排水泵定期排出到水处理厂或作它用；

3)热泵机组单元吸收矿井回风、矿井水侧循环换热中提取的热能，通过机组内部制冷工质循环，将热能不断传递给用户设备，从而满足用户热需求。

此外，可以根据实际热需求和热源特点，切换第一、第二、第三、第四截截止阀，实现矿井回风、矿井排水中单一热源供热或矿井回风、矿井排水双热源供热，保障了煤矿供热系统的稳定性、可靠性。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明设置矿井回风、矿井排水双热源，可以根据实际热需求和热源特点，通过截止阀切换，实现矿井回风、矿井排水中单一热源供热或矿井回风、矿井排水双热源供热，保障了煤矿供热系统的稳定性、可靠性。2、本发明设置板式换热器，经二次换热提取污水处理厂处理前的矿井排水中的热能，避免了矿井水质对热泵机组的换热影响。本发明可实现矿井回风、矿井水两种余热资源的同时回收利用，可取代传统低效率的燃煤锅炉，为煤矿生产生活提供所需热源，节能减排效益明显。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细的描述。

如图1，本发明主要包括设置在矿井通风扩散塔01顶部的矿井回风换热器1，回风换热蓄水池2，回风换热循环水池3，矿井水池4，在线水处理设备5，板式换热器6，热泵机组单元7，用户设备8。热泵机组单元7可以为一个或一个以上并联的热泵机组。

矿井通风扩散塔01内部弯道处设置若干弧形导流板02，导流板02与矿井通风扩散塔01内壁两侧连接。

矿井回风换热器1底部设置回风换热蓄水池2，回风换热蓄水池2通过管道连接回风换热循环水池3，回风换热循环水池3中设置回风换热循环泵31，回风换热循环泵31通过回风换热输出管道32连接热泵机组单元7能量提取侧的输入端，热泵机组单元7能量提取侧的输出端通过回风换热输回管道33连接回风换热循环水池3,回风换热蓄水池3中还设置喷淋循环泵34，喷淋循环泵34通过管道连接矿井回风换热器1进水口，从而在矿井回风换热器1与热源机组单元7之间形成矿井回风换热循环管路。

井下矿井排水通过管道连接矿井水池4，矿井水池4中设置矿井水一次换热循环泵41和排水泵42，矿井水一次换热循环泵41通过矿井水一次换热输出管道43连接板式换热器6热源侧输入端，板式换热器6热源侧输出端通过矿井水一次换热输回管道44连接矿井水池4，从而在矿井水池4与板式换热器6之间形成矿井水一次换热循环管路；同时，板式换热器6的另一侧还设有冷源侧输入端和冷源侧输出端，板式换热器6的冷源侧输出端通过矿井水二次换热输出管道62连接热泵机组单元7能量提取侧的输入端，矿井水二次输出管道62上设置矿井水二次换热循环泵61，板式换热器6的冷源侧输入端通过矿井水二次换热输回管道63连接热泵机组单元7能量提取侧的输出端，从而在板式换热器6与热泵机组单元7形成矿井水二次换热循环管路。

热泵机组单元7通过用户供热循环泵81连接用户设备8。

优选地，上述导流板02由水平导流段和弧形导流段组成，导流板02长度由内而外依次增大，弧形导流段的弧度可与矿井通风扩散塔外弧度一致，导流板的设置可均匀分配进风口气流，减少了流体经过矿井通风扩散塔，在矿井通风扩散塔拐角产生的涡旋，提高了矿井回风-喷淋水热湿交换效率。

优选地，矿井通风扩散塔01底部在回风换热蓄水池2之前设置挡水装置03。

优选地，热泵机组单元7包括两个并联的热泵机组，分别为第一热泵机组71和第二热泵机组72。第一热泵机组71能量提取侧的输入端、输出端分别连接第一管道11，第二管道12，第二热泵机组72能量提取侧的输入端、输出端分别连接第三管道13，第四管道14。

第一热泵机组71能量提取侧的输入端通过第一管道11分别连接回风换热输出管道32、矿井水二次换热输出管道62；第一热泵机组71能量提取侧的输出端通过第二管道12分别连接回风换热输回管道33、矿井水二次换热输回管道63。

第二热泵机组72能量提取侧的输入端通过第三管道13分别连接回风换热输出管道32、矿井水二次换热输出管道62；第二热泵机组72能量提取侧的输出端通过第四管道14分别连接回风换热输回管道33、矿井水二次换热输回管道63。

回风换热输出、输回管道32、33，矿井水二次换热输出、输回管道62、63上分别设置第一截止阀91、第二截止阀92、第三截止阀93、第四截止阀94。

矿井水一次换热输出管道43上设置并联的在线水处理设备5。

本发明的具体运行方式如下：

1)开启第一截止阀91、第二截止阀92，矿井通风扩散塔01均匀排出的矿井回风通过矿井回风换热器1将热量传递给喷淋水，携带热能的喷淋水汇集到矿井通风扩散塔01下方设置的回风换热蓄水池2，并通过管道输送到回风换热循环水池3，回风换热循环泵31将循环水输送到热泵机组单元7，经热泵机组提热后输回到回风换热循环水池3，喷淋循环泵34将提热后的循环水输送到矿井回风换热器1继续与矿井回风接触换热，从而实现矿井回风侧热能的提取。

2)开启第三截止阀93、第四截止阀94，井下涌出的矿井排水输入到矿井水池4，矿井水一次换热循环泵41将矿井水送入在线水处理设备5，经在线过滤后进入板式换热器6，经板式换热器6提热后返回矿井水池，从而实现矿井水一次换热；板式换热器6冷源侧循环水吸收热源侧的热能后进入热泵机组单元7，经热泵机组提热后输回到板式换热器6，从而实现矿井水二次换热；经提热后的矿井水通过矿井水池4中设置的排水泵42定期排出到水处理厂或做它用。

3)热泵机组单元7吸收矿井回风、矿井水侧循环换热中提取的热能，通过机组内部制冷工质循环，将热能不断传递给用户设备8，从而满足用户热需求。

本发明设置矿井回风、矿井排水双热源，可以根据实际热需求和热源特点，通过截止阀切换，实现矿井回风、矿井排水中单一热源供热或矿井回风、矿井排水双热源供热，保障了煤矿供热系统的稳定性、可靠性。

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)

1.一种煤矿双热源热能利用系统，其特征在于：它包括设置在矿井通风扩散塔顶部的矿井回风换热器、回风换热蓄水池、回风换热循环水池、矿井水池、在线水处理设备、板式换热器、热泵机组单元、用户设备；

所述热泵机组单元可以为一个或一个以上并联的热泵机组；

所述矿井通风扩散塔内部弯道处设置若干弧形导流板，所述导流板与所述矿井通风扩散塔内壁两侧连接；

所述矿井回风换热器底部设置所述回风换热蓄水池，所述回风换热蓄水池管道连接所述回风换热循环水池，所述回风换热循环水池通过回风换热输出、输回管道连接所述热泵机组单元的能量提取侧，所述回风换热蓄水池还通过喷淋循环泵连接所述矿井回风换热器，形成回风换热循环管路；

所述矿井水池中设置矿井水一次换热循环泵和排水泵，所述矿井水池通过矿井水一次换热输出、输回管道连接所述板式换热器的热源侧，形成矿井水一次换热循环管路；所述板式换热器的冷源侧通过矿井水二次换热输出、输回管道连接所述热泵机组单元的能量提取侧，形成矿井水二次换热循环管路；

所述热泵机组单元通过循环泵连接所述用户设备。

2.如权利要求1所述的一种煤矿双热源热能利用系统，其特征在于：所述导流板由水平导流段和弧形导流段组成，所述导流板长度由内而外依次增大，所述弧形导流段的弧度与所述矿井通风扩散塔外弧度一致。

3.如权利要求1所述的一种煤矿双热源热能利用系统，其特征在于：所述矿井通风扩散塔底部在所述回风换热蓄水池之前设置挡水装置。

4.如权利要求1或2或3所述的一种煤矿双热源热能利用系统，其特征在于：所述热泵机组单元包括两个并联的第一热泵机组和第二热泵机组；所述第一热泵机组能量提取侧的输入端、输出端分别连接第一管道，第二管道，所述第二热泵机组能量提取侧的输入端、输出端分别连接第三管道，第四管道。

5.如权利要求4所述的一种煤矿双热源热能利用系统，其特征在于：所述第一热泵机组能量提取侧的输入端通过所述第一管道分别连接所述回风换热输出管道、所述矿井水二次换热输出管道；所述第一热泵机组能量提取侧的输出端通过所述第二管道分别连接所述回风换热输回管道、所述矿井水二次换热输回管道；

所述第二热泵机组能量提取侧的输入端通过所述第三管道分别连接所述回风换热输出管道、所述矿井水二次换热输出管道；所述第二热泵机组能量提取侧的输出端通过所述第四管道分别连接所述回风换热输回管道、所述矿井水二次换热输回管道。

6.如权利要求5所述的一种煤矿双热源热能利用系统，其特征在于：所述回风换热输出、输回管道，所述矿井水二次换热输出、输回管道上分别设置第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀。

7.如权利要求1所述的一种煤矿双热源热能利用系统，其特征在于：所述矿井水一次换热管路上设置有并联的所述在线水处理设备。

8.一种煤矿双热源热能利用系统的运行方式，其运行步骤为：

1)开启第一截止阀、第二截止阀，矿井通风扩散塔排出的矿井回风通过矿井回风换热器将热量传递给喷淋水，携带热能的喷淋水汇集到扩散塔下方设置的回风换热蓄水池，并通过管道输送到回风换热循环水池，回风换热循环泵将循环水输送到热泵机组单元，经热泵机组提热后输回到回风换热循环水池，喷淋循环泵将提热后的循环水输送到矿井回风换热器继续与矿井回风接触换热，从而实现矿井回风侧热能的提取；

2)开启第三截止阀、第四截止阀，井下涌出的矿井排水输入到矿井水池，矿井水一次换热循环泵将矿井水送入在线水处理设备，经在线过滤后进入板式换热器，经板式换热器提热后返回矿井水池，从而实现矿井水一次换热；板式换热器冷源侧循环水吸收热源侧的热能后进入热泵机组单元，经热泵机组提热后输回到板式换热器，从而实现矿井水二次换热；经提热后的矿井水通过矿井水池中设置的排水泵定期排出到水处理厂或作它用；

3)热泵机组单元吸收矿井回风、矿井水侧循环换热中提取的热能，通过机组内部制冷工质循环，将热能不断传递给用户设备，从而满足用户热需求。

9.如权利要求8所述的一种煤矿双热源热能利用系统的运行方式，可以根据实际热需求和热源特点，切换第一、第二、第三、第四截截止阀，实现矿井回风、矿井排水中单一热源供热或矿井回风、矿井排水双热源供热，保障了煤矿供热系统的稳定性、可靠性。