CN107606820A - 一种矿井回风余热直接回收利用的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿井回风余热直接回收利用的系统，包括回风井筒、进风井筒、导流机构、换热机构和储能机构，所述的回风井筒与进风井筒之间依次设置有导流机构、换热机构和储能机构。不增加矿井主扇的通风阻力，能耗低，热效率高，造价低，可节约大量能源，并且运行费用低，对环境友好，可有效减少对环境的污染，推广使用的经济效益和社会效益都极其突出。

Description

一种矿井回风余热直接回收利用的系统

技术领域

本发明涉及空气与空气热回收换热技术，尤其是一种矿井回风余热直接回收利用的系统。

背景技术

煤矿是个巨大的蓄热体，蕴藏丰富的地热资源。进入煤矿的空气不断与煤矿的巷道、机电设备、淋水等进行热交换，最终，空气温度与煤矿的地温达到平衡。煤矿的地温基本恒定，致使煤矿回风的温度全年基本恒定，受外界气温的影响很小。另一面井下机电设备散热(一般机电设备功率的20％)、煤尘氧化散热、地下水散热、人员散热等均进入矿井回风中。故而，煤矿回风是一种稳定的较优质的余热资源。冬季矿井回风温度为18℃左右。

目前常规的利用技术为结合热泵技术提取矿井回风的热量，从热泵机组的蒸发器出水约4℃左右进入回风换热扩散塔的入回风热交换器中，在回风热交换器中形成雾状的水滴与18℃左右的矿井回风进行热交换，水温升高至12～15℃，换热后的水一部分自由落体进入下部汇水槽，另一部分经挡水板后形成水流自由落体流入汇水槽，汇水槽中的水通过水沟进入换热循环水池，由换热循环水池中的循环水泵送入蒸发器，完成一个完整的回风换热侧的循环。热泵机组通过压缩机驱动将蒸发侧的能量提取后供暖，冷凝侧的供水温度为45～60℃。该技术路线系统复杂投资高，系统需要消耗相当于供热能力1/4～1/3的电能，运行费用高，且在寒冷或严寒地区，由于系统需要水循环携带热能，经常会由于系统水流暂停或水流不畅导致系统管道、设备结冰冻裂管道设备导致井筒防冻效果不能保证。

国家知识产权局公开的矿井乏风余热混合式取热热泵系统(CN201310703758.7)，采用蒸发器直接膨胀式热泵提取回风的热能，冷凝侧采用水循环供暖，同样具有系统复杂、冷凝侧冻管、运行费用高、蒸发侧积灰严重且风阻大等问题。

国家知识产权局公开的一种基于热管换热的乏风源热泵井筒防冻系统(CN201710319043.X)，采用热管换热结合采用蒸发器直接膨胀式热泵提取回风的热能，实际项目中发现因回风换热侧大量采用翅片管导致积灰严重，通风阻力大，热泵补充换热蒸发温度低结霜严重，由于热管换热在吸热侧和放热侧均需要一定的传热温差，传热效率较低。

煤矿企业的供热具有自身的特点，矿井井筒防冻负荷一般占总矿井热负荷40％-60％，井筒防冻最大负荷的持续时间短，一般在极端天气凌晨3点至早晨8点出现井筒防冻最大负荷。目前的设计方案一般为加大系统供热能力的配置，以满足极端天气井筒防冻负荷的需求。

有鉴于此，本发明人针对现有现有利用矿井回风供暖的项目设计及实际运行中存在的问题进行了深入研究及试验，本方案由此产生。

发明内容

为了克服现有的回风余热利用系统的投资大、运行费用高、换热效率低、换热器表面积灰严重且难以清理、井筒防冻效果稳定性差等问题，本发明提供一种矿井回风余热直接回收利用的系统。实现高效稳定且低运行成本的直接利用矿井回风余热用于井筒防冻，同时在极端天气下结合蓄热储能措施，进一步保证极端天气下的井口防冻效果。本发明提供一种矿井回风余热直接回收利用的系统，本发明的技术方案是：

一种矿井回风余热直接回收利用的系统，包括回风井筒、进风井筒、导流机构、换热机构和储能机构，所述的回风井筒与进风井筒之间依次设置有导流机构、换热机构和储能机构。

所述的导流机构包括地面回风风道、回风扩散器和回风引入风道，所述地面回风风道的一端与回风井筒连通，另一端与回风扩散器的进风口连通，该回风扩散器的第一出风口与回风引入风道的进风口连通，所述回风引入风道的出风口接入换热机构，该回风扩散器的第二出风口与外界相通；在所述的地面回风风道内安装有主扇风机，回风引入风道内安装有回风引入风阀。

所述的换热机构包括换热机组、回风风机、新风压入风道、新风送出主风道和新风送出旁风道，所述换热机组内设置有间壁式换热器，该间壁式换热器为壳管式，间壁式换热器管程进口连通回风引入风道，该间壁式换热器的管程出口经设置在换热机组上的回风风机与外界连通，所述间壁式换热器的壳程进口连通新风压入风道，间壁式换热器的壳程出口连接新风送出主风道的一端，该新风送出主风道的另一端与送风井筒连通；在该新风送出主风道上设置有新风送出旁风道，在所述的新风送出旁风道上依次安装有新风旁通风阀和蒸发器，在所述的间壁式换热器管程进口和管程出口均设置有压差传感器，在所述的新风压入风道内依次安装有新风风机和辅助电加热器，所述的压差传感器和辅助电加热器均接入控制箱。

所述的储能机构包括空气压缩机、蓄热储能水箱、闭式盘管加热器、冷凝器、空压机热能回收器、储能循环水泵和储能放热水泵，所述的冷凝器、节流阀、蒸发器和压缩机依次连通形成一循环回路，所述的空压机热能回收器与冷凝器并联设置，该空压机热能回收器用于吸收空气压缩机的热能，所述的闭式盘管加热器位于蓄热储能水箱内，该闭式盘管加热器的一端接入冷凝器与空压机热能回收器之间的第一管道上，另一端接入储能循环水泵的入口，该储能循环水泵出口接入冷凝器和空气压缩机热能回收器之间的第二管道上，在所述的新风送出风道上还设置有新风补充机构。

所述的新风补充机构包括新风补充风道以及依次设置在新风补充风道内的新风补充加热风机、放热空气加热器和新风补充风阀，储能放热水泵的入口与蓄热储能水箱连通，出口通过管路接入放热空气加热器。

本发明的优点是：采用间壁式换热器加热新风，回风在间壁式换热器管程换热，容易清理；通过压差传感器控制辅助电加热器工作除霜。在平时供暖负荷不高的时候利用热泵结合空压机热能回收器向储能机构放热，储能机构吸热，在极端天气，储能机构放热补充新风加热负荷，平时储能机构也可以为地面建筑供暖或提供洗浴热水加热需求。本发明系统组成简单可靠运行自带风机克服通风阻力，不增加矿井主扇的通风阻力，能耗低，热效率高，造价低，可节约大量能源，并且运行费用低，对环境友好，可有效减少对环境的污染，推广使用的经济效益和社会效益都极其突出。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是图1的A—A剖面示意图。

图3是图1的B—B剖面示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

参见图1至图3，本发明涉及一种矿井回风余热直接回收利用的系统，包括回风井筒1、进风井筒15、导流机构、换热机构和储能机构，所述的回风井筒1与进风井筒15之间依次设置有导流机构、换热机构和储能机构。

所述的导流机构包括地面回风风道2、回风扩散器4和回风引入风道6，所述地面回风风道2的一端与回风井筒1连通，另一端与回风扩散器4的进风口连通，该回风扩散器4的第一出风口与回风引入风道6的进风口连通，所述回风引入风道6的出风口接入换热机构，该回风扩散器4的第二出风口与外界相通；在所述的地面回风风道2内安装有主扇风机3，回风引入风道6内安装有回风引入风阀5。

所述的换热机构包括换热机组7、回风风机12、新风压入风道9、新风送出主风道13和新风送出旁风道14，所述换热机组7内设置有间壁式换热器8，所述间壁式换热器8为壳管式，间壁式换热器壳体5-3位于间壁式换热器管程和间壁式换热器壳程的外部，间壁式换热器管程5-1进口连通回风引入风道6，该间壁式换热器的管程出口经设置在换热机组7上的回风风机12与外界连通，所述间壁式换热器的壳程5-2进口连通新风压入风道9，间壁式换热器的壳程出口连接新风送出主风道13的一端，该新风送出主风道13的另一端与送风井筒15连通；在该新风送出主风道13上设置有新风送出旁风道14，在所述的新风送出旁风道14上依次安装有新风旁通风阀23和蒸发器16，在所述的间壁式换热器管程进口和管程出口均设置有压差传感器30，在所述的新风压入风道9内依次安装有新风风机10和辅助电加热器11，所述的压差传感器30和辅助电加热器11均接入控制箱。

所述的储能机构包括空气压缩机20、蓄热储能水箱21、闭式盘管加热器22、冷凝器17、空压机热能回收器28、储能循环水泵26和储能放热水泵27，所述的冷凝器17、节流阀19、蒸发器16和压缩机18依次连通形成一循环回路，所述的空压机热能回收器28与冷凝器17并联设置，该空压机热能回收器28用于吸收空气压缩机20的热能，所述的闭式盘管加热器22位于蓄热储能水箱21内，该闭式盘管加热器22的一端接入冷凝器17与空压机热能回收器28之间的第一管道上，另一端接入储能循环水泵26的入口，该储能循环水泵26出口接入冷凝器17和空气压缩机热能回收器28之间的第二管道上，在所述的新风送出风道13上还设置有新风补充机构。

所述的新风补充机构包括新风补充风道31以及依次设置在新风补充风道31内的新风补充加热风机25、放热空气加热器29和新风补充风阀24，储能放热水泵27的入口与蓄热储能水箱21连通，出口通过管路接入放热空气加热器29。

本发明的工作原理是：矿井回风由回风井筒1进入地面风道2，经过主扇风机3后进入回风扩散器4，一部分回风直接排入大气中，另一部分回风由于回风风机12产生的负压，通过回风引入风阀5及回风引入风道6进入换热机组7的间壁式换热器内，该间壁式换热器管程进口连接回风引入风道6，间壁式换热器8的管程出口经回风风机12连接室外大气，在换热机组7中，回风与室外-25℃至0℃的新风进行热交换后温度降低至2℃左右经过回风风机12排入大气中。室外新风经过辅助电加热器11后由新风风机10压入换热机组7的新风通道侧，吸收矿井回风中的热量后，进入新风送出风道13，一部分进入进风井筒15用于井筒防冻，保证进入井筒的空气温度不低于2℃，另一部分在非极端天气时进入新风旁通风道14进入储能用空气源热泵的蒸发器16，将能量提取后存储于蓄热储能水箱21中。空气压缩的压缩机20油中的热能通过空压气热能回收器28传递到储能循环水中，进而由闭式盘管加热器22将能量储存于蓄热储能水箱21中。在极端天气下由放热水泵将蓄热储能水箱21中的热水打入放热空气加热器29中，对新风进行补充加热。当两个压差传感器30检测到压差超过设定值时可以判断间壁式换热器8管程的换热器表面出现结霜现象，自动启动电辅助加热器11进行除霜工作，当压差传感器反馈压差值位于正常范围式停止电辅助加热器11的工作。

由于是采用连续、稳定的巨量矿井回风热能资源加热煤矿矿井进风干道的供风，不需要使用额外的能源。因此，本发明的一种矿井回风余热直接回收利用的系统可节约大量能源，并且运行费用低，对环境友好，可有效减少对环境的污染。

Claims (5)

1.一种矿井回风余热直接回收利用的系统，其特征在于，包括回风井筒、进风井筒、导流机构、换热机构和储能机构，所述的回风井筒与进风井筒之间依次设置有导流机构、换热机构和储能机构。

2.根据权利要求1所述的一种矿井回风余热直接回收利用的系统，其特征在于，所述的导流机构包括地面回风风道、回风扩散器和回风引入风道，所述地面回风风道的一端与回风井筒连通，另一端与回风扩散器的进风口连通，该回风扩散器的第一出风口与回风引入风道的进风口连通，所述回风引入风道的出风口接入换热机构，该回风扩散器的第二出风口与外界相通；在所述的地面回风风道内安装有主扇风机，回风引入风道内安装有回风引入风阀。

3.根据权利要求1或2所述的一种矿井回风余热直接回收利用的系统，其特征在于，所述的换热机构包括换热机组、回风风机、新风压入风道、新风送出主风道和新风送出旁风道，所述换热机组内设置有间壁式换热器，该间壁式换热器为壳管式，间壁式换热器管程进口连通回风引入风道，该间壁式换热器的管程出口经设置在换热机组上的回风风机与外界连通，所述间壁式换热器的壳程进口连通新风压入风道，间壁式换热器的壳程出口连接新风送出主风道的一端，该新风送出主风道的另一端与送风井筒连通；在该新风送出主风道上设置有新风送出旁风道，在所述的新风送出旁风道上依次安装有新风旁通风阀和蒸发器，在所述的间壁式换热器管程进口和管程出口均设置有压差传感器，在所述的新风压入风道内依次安装有新风风机和辅助电加热器，所述的压差传感器和辅助电加热器均接入控制箱。

4.根据权利要求3所述的一种矿井回风余热直接回收利用的系统，其特征在于，所述的储能机构包括空气压缩机、蓄热储能水箱、闭式盘管加热器、冷凝器、空压机热能回收器、储能循环水泵和储能放热水泵，所述的冷凝器、节流阀、蒸发器和压缩机依次连通形成一循环回路，所述的空压机热能回收器与冷凝器并联设置，该空压机热能回收器用于吸收空气压缩机的热能，所述的闭式盘管加热器位于蓄热储能水箱内，该闭式盘管加热器的一端接入冷凝器与空压机热能回收器之间的第一管道上，另一端接入储能循环水泵的入口，该储能循环水泵出口接入冷凝器和空气压缩机热能回收器之间的第二管道上，在所述的新风送出风道上还设置有新风补充机构。

5.根据权利要求4所述的一种矿井回风余热直接回收利用的系统，其特征在于，所述的新风补充机构包括新风补充风道以及依次设置在新风补充风道内的新风补充加热风机、放热空气加热器和新风补充风阀，储能放热水泵的入口与蓄热储能水箱连通，出口通过管路接入放热空气加热器。