CN107314702B - 一种矿井乏风取热装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿井乏风取热装置，乏风风道包括相互连接的竖直段和水平段，淋水填料、冲洗布水装置、雾化喷淋装置、挡液板依次设置在竖直段内；冲洗布水装置通过冲洗喷淋供水管道与冲洗水泵连接，冲洗水泵与沉淀池连接，沉淀池通过连通管渠与集水池连接，集水池设置在水平段；雾化喷淋装置通过雾化喷淋供水管道分别连接热泵机组蒸发器和旁通阀，热泵机组蒸发器和旁通阀均连接自动反冲洗过滤器，自动反冲洗过滤器连接循环水泵，循环水泵连接沉淀池。本发明还提供了矿井乏风取热装置的控制方法。本发明提高了乏风取热换热效果，能够判断雾化喷嘴是否堵塞，淋水填料是否堵塞，实现雾化喷嘴及淋水填料的冲洗，实现装置自清洁，维持高效换热效率。

Description

一种矿井乏风取热装置及控制方法

技术领域

本发明属于煤矿余热利用技术领域，具体涉及一种矿井乏风取热装置及控制方法。

背景技术

随着国家对中小型燃煤锅炉的控制和淘汰，生产、生活用热逐渐成为制约煤矿安全生产的主要问题。矿井水是优质低品位热源。所以矿井水丰富的煤矿，采用水源热泵系统便可满足燃煤锅炉关停后的矿区用热问题。但对于无矿井水、少矿井水的煤矿，矿井乏风成为仅存大容量余热资源。

关于提取矿井乏风余热，用于矿区生活、生产，目前已有很多研究。在已完成的工程项目中使用最多、最成熟的乏风取热方式，仍属喷淋换热方式。但是，喷淋取热方式仍存在不足，一是乏风含有大量灰尘，多次循环后很容易造成喷嘴堵塞；二是雾化液滴过小，会造成飞水，雾化液滴过大，又造成换热不充分。因此喷淋取热必须严格控制水质、喷嘴规格、喷水压力。

发明内容

针对上述喷淋取热系统存在的不足，本发明提供了一种矿井乏风取热装置及其控制方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种矿井乏风取热装置，包括淋水填料，冲洗布水装置，雾化喷淋装置，挡液板，冲洗喷淋供水管道、冲洗水泵、沉淀池、连通管渠、集水池、雾化喷淋供水管道、热泵机组蒸发器、旁通阀、自动反冲洗过滤器、循环水泵；

乏风风道包括相互连接的竖直段和水平段，淋水填料，冲洗布水装置，雾化喷淋装置，挡液板依次设置在竖直段内；冲洗布水装置通过冲洗喷淋供水管道与冲洗水泵连接，冲洗水泵与沉淀池连接，沉淀池通过连通管渠与集水池连接，集水池设置在水平段；

雾化喷淋装置通过雾化喷淋供水管道分别连接热泵机组蒸发器和旁通阀，热泵机组蒸发器和旁通阀均连接自动反冲洗过滤器，自动反冲洗过滤器连接循环水泵，循环水泵连接沉淀池。

作为本发明的进一步改进，沉淀池上设有溢水管道，排水管渠设置在溢水管道下方。

沉淀池上设有补水管道。

沉淀池为2个，1个处于备用状态，1个处于工作状态。

循环水泵为2台，1台处于备用状态，1台处于工作状态。

自动反冲洗过滤器为2套，1套处于备用状态，1套处于工作状态。

所述雾化喷淋供水管道上设有雾化喷淋供水压力传感器、雾化喷淋供水流量计和雾化喷淋供水温度传感器。

所述连通管渠上设有连通管道温度传感器。

所述乏风风道的水平段内设有乏风风道温度传感器。

所述乏风风道的竖直段顶端乏风排气口温度传感器。

所述补水管道上装有补水流量计。

补水管道和沉淀池之间设有液位控制阀门。

所述雾化喷淋装置采用上喷方式，喷淋口向上。

冲洗水泵从沉淀池中取水，经冲洗喷淋供水管道供给冲洗布水装置；循环水泵从沉淀池取水，经自动反冲洗过滤器，进入热泵机组蒸发器，或是进入旁通阀，然后再经雾化喷淋供水管道，送至雾化喷淋装置。

控制雾化喷淋装置，获得当量直径0.5～2.5mm液滴。由于喷嘴雾化液滴直径在一定范围内分布，对于喷出的较大直径的液滴，以及小液滴运动过程中相互碰撞汇集成的大直径液滴，因阻力不足将快速下降，致使喷淋换热不足。此时，利用淋水填料，接收下降的水滴，利用填料间隙形成水膜，再次增加水与乏风的接触换热时间，从而提高换热效果。

乏风含有大量灰尘。为防止灰尘对整个换热过程造成严重影响，本发明采取了如下措施：

1、通过添加絮凝剂，沉淀池利用重力使大部分灰尘颗粒沉淀，根据泥灰汇集情况定期人工清理沉淀池。

2、为了防止大颗粒灰尘堵塞雾化喷嘴，循环水泵出口配置2套以上过滤等级不大于200μm的自动反冲洗过滤器。

3、配置冲洗布水装置、冲洗供水管道及冲洗水泵等设备，用于邻水填料的冲洗，防止灰尘在填料间隙表面汇集、结垢。

4、设置旁通阀，当雾化喷淋装置喷嘴发生堵塞时，停止反冲洗的自动反冲洗过滤器，启动备用状态的循环水泵及自动反冲洗过滤器，打开旁通阀，通过增加雾化喷淋供水压力及流量，冲洗雾化喷嘴。

本发明还提供了一种矿井乏风取热装置的控制方法，具体为雾化喷淋装置堵塞判断及冲洗方法，步骤包括：

根据喷嘴参数及额定喷淋水量，计算标准工况下的C₀值。

其中，P₀为喷嘴的额定压降(Pa)，F₀为喷嘴的额定流量(m³/h)，n为喷嘴数量。

设定参考值C₁，C₂，取C₁＝1.01～1.1C₀，C₂＝1.4～1.6C₀；

检测雾化喷淋供水管道压力P(表压)及流量F₁，并按下式计算

当实时检测得到的C>C₂，说明雾化喷淋喷嘴堵塞，实施喷嘴冲洗；

启动备用状态的循环水泵，关闭热泵机组，打开旁通阀。通过增加循环水量的方式，冲洗雾化喷淋喷嘴堵塞。

冲洗过程中，如果检测到C₁>C，说明喷嘴堵塞基本清除，结束冲洗。

本发明还提供了一种矿井乏风取热装置的控制方法，具体为淋水填料脏堵判断及冲洗方法，步骤包括：

根据乏风取热的设计工况，计算标准状态下的k₀，

其中，

t₁₀为设计工况下连通管道内喷淋汇集水温度，

t₂₀为设计工况下雾化喷淋供水温度，

T₁₀为设计工况下乏风初始温度，

T₂₀为设计工况下乏风排气口温度。

设定参考值k₁，取k₁＝0.7～0.9k₀。

运行过程中，检测雾化喷淋供水温度t₂、乏风初始温度T₁，连通管道内喷淋汇集水温度t₁，乏风排气口温度T₂；并按下式计算k值：

当实时检测得到的k≤k₁，说明淋水填料脏堵，启动冲洗水泵进行冲洗；冲洗10～30分钟后，冲洗水泵停止。

本发明还提供了一种矿井乏风取热装置的控制方法，具体为雾化飞水损失判断及控制方法，控制雾化喷淋装置，获得当量直径0.5～2.5mm液滴。如果出现直径小于0.5mm的液滴占比过大，将会引起雾化飞水损失。

步骤包括：一旦沉淀池液位偏低，液位控制阀门即可打开进行补水，补水管道上装有补水流量计；如果检测补水流量计存在持续流量且维持10分钟以上，说明存在大量雾化飞水损失，通过关小循环水泵出口阀门开度进行调节。

本发明还提供了一种矿井乏风取热装置的控制方法，具体为凝水排放方法，乏风初始相对湿度较高，一般在90％以上。所以取热过程中，随着乏风温度降低，会有大量冷凝水析出并汇入喷淋水使喷淋水增加；在沉淀池上安装溢水管，排放过多的喷淋水。

本发明的有益效果是，该装置通过增加淋水填料，提高乏风取热换热效果，并通过雾化喷淋供水管道的压力、温度、流量，以及乏风的温度，喷淋水的温度，来判断雾化喷嘴是否堵塞，淋水填料是否被泥尘堵塞，并通过旁通阀、冲洗水泵等设备实现雾化喷嘴及淋水填料的冲洗，实现装置自清洁，维持高效换热效率。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明沉淀池结构示意图。

图中，1、乏风风道，2、淋水填料，3、冲洗布水装置，4、乏风排气口温度传感器，5、雾化喷淋装置，6、挡液板，7、冲洗喷淋供水管道，8、雾化喷淋供水压力传感器，9、雾化喷淋供水流量计，10、雾化喷淋供水温度传感器，11、雾化喷淋供水管道，12、旁通阀，13、热泵机组蒸发器，14、自动反冲洗过滤器，15、循环水泵，16、冲洗水泵，17、溢水管道，18、排水管渠，19、沉淀池，20、补水流量计，21、补水管道，22、连通管道温度传感器，23、连通管渠，24、集水池，25、乏风风道温度传感器，26、液位控制阀。

具体实施方式

如图1-图2所示，一种矿井乏风取热装置，包括乏风风道1、淋水填料2、冲洗布水装置3、乏风排气口温度传感器4、雾化喷淋装置5、挡液板6、冲洗喷淋供水管道7、雾化喷淋供水压力传感器8、雾化喷淋供水流量计9、雾化喷淋供水温度传感器10、雾化喷淋供水管道11、旁通阀12、热泵机组蒸发器13、自动反冲洗过滤器14、循环水泵15、冲洗水泵16、溢水管道17、排水管渠18、沉淀池19、补水流量计20、补水管道21、连通管道温度传感器22、连通管渠23、集水池24、乏风风道温度传感器25、液位控制阀26。

乏风风道1包括相互连接的竖直段和水平段，淋水填料2，冲洗布水装置3，雾化喷淋装置5，挡液板6依次设置在竖直段内；冲洗布水装置3通过冲洗喷淋供水管道7与冲洗水泵16连接，冲洗水泵16与沉淀池19连接，沉淀池19通过连通管渠23与集水池24连接，集水池24设置在水平段。

雾化喷淋装置5通过雾化喷淋供水管道11分别连接热泵机组蒸发器13和旁通阀12，热泵机组蒸发器13和旁通阀12均连接自动反冲洗过滤器14，自动反冲洗过滤器14连接循环水泵15，循环水泵15连接沉淀池19。

沉淀池19上有补水管道21和溢水管道17，排水管渠18设置在溢水管道17下方。

沉淀池19为2个，1个处于备用状态，1个处于工作状态。

循环水泵15为2台，1台处于备用状态，1台处于工作状态。

自动反冲洗过滤器14为2套，1套处于备用状态，1套处于工作状态。

所述雾化喷淋供水管道11上设有雾化喷淋供水压力传感器8、雾化喷淋供水流量计9和雾化喷淋供水温度传感器10。

所述连通管渠23上设有连通管道温度传感器22。

所述乏风风道1的水平段内设有乏风风道温度传感器25。

所述乏风风道1的竖直段顶端乏风排气口温度传感器4。

所述补水管道21上装有补水流量计20。

补水管道21和沉淀池19之间设有液位控制阀门26。

下面列举一个示例，进一步说明本实施例的雾化喷淋装置堵塞判断及冲洗方法。

乏风取热装置，选用喷嘴的参数为：喷淋量：0.5m³/h，喷嘴压降：0.15MPa，喷嘴总数量为200个。

计算喷嘴标准工况下的C₀值：

设定参考值C₁，C₂，取C₁＝1.05·C₀＝15.75，C₂＝1.5·C₀＝22.5。

检测当前雾化喷淋供水管道压力P为300kPa，流量F₁为102m³/h。计算C

C＞C₂，所以需要冲洗。

启动备用状态的循环水泵，关闭热泵机组，打开旁通阀。系统稳定运行一段时间后，检测雾化喷淋供水管道压力P为400KPa，流量F₁为160m³/h，计算C，

C＜C₁，所以关闭备用状态的循环水泵，关闭旁通阀，启动热泵机组，系统喷嘴冲洗完毕。

下面列举一个示例，进一步说明本实施例淋水填料脏堵判断及冲洗方法。

设计工况下连通管道内喷淋汇集水温度t₁₀为15℃，雾化喷淋供水温度t₂₀为10℃，乏风初始温度T₁₀为25℃，乏风排气口温度T₂₀为16℃。

计算k₀,

设定参考值k₁，取k₁＝0.8k₀＝0.5108。

实际运行中，检测连通管道内喷淋汇集水温度t₁为13℃，雾化喷淋供水温度t₂为8℃，乏风初始温度T₁为25℃，乏风排气口温度T₂为16℃，则

检测得到的k≤k₁，说明淋水填料脏堵，启动冲洗水泵进行冲洗；冲洗10～30分钟后，冲洗水泵停止。

乏风流程：

乏风从乏风风道1进入乏风取热装置内部。控制乏风在取热装置内部的风速在3～8m/s。首先与淋水填料2淋下的水滴接触，然后进入淋水填料2内部，与淋水填料2间隙上的水膜接触继续换热。离开淋水填料2后，乏风与雾化喷淋装置5喷出的气雾液滴接触，深度热交换，然后进入挡液板6，过滤随风夹带的液滴后排到环境。

喷淋水流程：

循环水泵15从沉淀池19抽取净化后的喷淋汇集水，经自动反冲洗过滤器14二次净化，进入热泵机组蒸发器13。如果此时处于雾化喷淋装置喷嘴冲洗阶段，则打开旁通阀12。热泵蒸发器13提取喷淋水的热量，降温后的喷淋水进入雾化喷淋供水管道11，输送至雾化喷淋装置5。雾化喷淋装置5喷出0.5～2.5mm液滴。对于小于0.5mm的液滴，存在随风排出的可能，此时由挡液板6进行拦截，并在挡液板6底部形成大的液滴淋下。对于大于0.5mm的液滴，和乏风充分换热，最终在重力作用下淋入淋水填料2，在淋水填料2内形成新的水膜，继续和乏风换热。最后在淋水填料2底部，喷淋水汇流至集水池24，集水池24再通过连通管渠23将喷淋水送至沉淀池19沉淀净化。

冲洗水流程：

当判断淋水填料2泥尘较多时，启动冲洗水泵16。冲洗水泵16从沉淀池19中取水，经冲洗喷淋供水管道7进入冲洗布水装置3。因流经水流增大，淋水填料2粘附泥尘被冲刷至集水池24，最终在沉淀池19沉淀。

本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (3)

1.矿井乏风取热装置的控制方法，矿井乏风取热装置包括淋水填料，冲洗布水装置，雾化喷淋装置，挡液板，冲洗喷淋供水管道、冲洗水泵、沉淀池、连通管渠、集水池、雾化喷淋供水管道、热泵机组蒸发器、旁通阀、自动反冲洗过滤器、循环水泵；乏风风道包括相互连接的竖直段和水平段，淋水填料，冲洗布水装置，雾化喷淋装置，挡液板依次设置在竖直段内；冲洗布水装置通过冲洗喷淋供水管道与冲洗水泵连接，冲洗水泵与沉淀池连接，沉淀池通过连通管渠与集水池连接，集水池设置在水平段；雾化喷淋装置通过雾化喷淋供水管道分别连接热泵机组蒸发器和旁通阀，热泵机组蒸发器和旁通阀均连接自动反冲洗过滤器，自动反冲洗过滤器连接循环水泵，循环水泵连接沉淀池；

其特征是，步骤包括：

1)根据喷嘴参数及额定喷淋水量，计算标准工况下的C₀值；

其中，P₀为喷嘴的额定压降，F₀为喷嘴的额定流量，n为喷嘴数量；

2)设定参考值C₁，C₂，取C₁＝1.01～1.1C₀，C₂＝1.4～1.6C₀；

3)检测雾化喷淋供水管道压力P及流量F₁，并按下式计算

当实时检测得到的C>C₂，说明雾化喷淋喷嘴堵塞，实施喷嘴冲洗；

4)启动备用状态的循环水泵，关闭热泵机组，打开旁通阀；通过增加循环水量的方式，冲洗雾化喷淋喷嘴堵塞；

5)冲洗过程中，如果检测到C₁>C，说明喷嘴堵塞基本清除，结束冲洗。

2.如权利要求1所述矿井乏风取热装置的控制方法，其特征是，步骤包括：

1)根据乏风取热的设计工况，计算标准状态下的k₀，

其中，

t₁₀为设计工况下连通管道内喷淋汇集水温度，

t₂₀为设计工况下雾化喷淋供水温度，

T₁₀为设计工况下乏风初始温度，

T₂₀为设计工况下乏风排气口温度；

2)设定参考值k₁，取k₁＝0.7～0.9k₀；

3)运行过程中，检测雾化喷淋供水温度t₂、乏风初始温度T₁，连通管道内喷淋汇集水温度t₁，乏风排气口温度T₂；并按下式计算k值：

4)当实时检测得到的k≤k₁，说明淋水填料脏堵，启动冲洗水泵进行冲洗；冲洗10～30分钟后，冲洗水泵停止。

3.如权利要求1所述的矿井乏风取热装置的控制方法，其特征是，步骤包括：

一旦沉淀池液位偏低，液位控制阀门即可打开进行补水，补水管道上装有补水流量计；如果检测补水流量计存在持续流量且维持10分钟以上，说明存在大量雾化飞水损失，通过关小循环水泵出口阀门开度进行调节。

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