CN108224536A - 一种矿井井口预热供暖系统及其预热供暖方法 - Google Patents
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Abstract
井口预热供暖系统及其预热供暖方法，系统包括矿山排水热能回收模块、矿井提升机电机热能回收模块、空调、主循环回水管道和主循环进水管道，矿山排水热能回收模块的第一热泵机组热源侧进水口与矿山排水管道连通，热源侧出水口与矿山生产水管路连通，与第一热泵机组用户侧进水口连通的第一分支循环回水管道、与风‑水换热器进水口连通的第二分支循环回水管道均通过主循环回水管道与空调回水管路连通，与第一热泵机组用户侧出水口连通的第一分支循环进水管道、与风‑水换热器出水口连通的第二分支循环进水管道均通过主循环进水管道与空调的进水管路连通，空调出风口输出热风向井口供应。实现分别或联合使用矿山排水中低温热能和电机释放热能。
Description
技术领域
本发明涉及矿山机械领域，尤其涉及一种矿井井口预热供暖系统及其预热供暖方法。
背景技术
副井是相对主井而言的，是整个矿山生产工艺流程中的一个重要环节，在地下开采矿山生产过程中主要承担人员、废石、设备及材料等的提升及下放任务，兼做进风井和安全出口；同时，副井井筒内敷设排水管道，作为地下开采矿山的排水通道。
在北方或高海拔地区，为防止冬季井口结冰，威胁提升系统的安全，根据矿山安全规程要求，须对进入副井井口的空气进行预热，以确保井口温度不低于2℃。在实际生产中，由于副井是矿山的主要进风通道，通风量相当大，在冬季若要长时间稳定地保证将进入井口的大量冷空气加热到不低于安全规程要求的最低温度，热负荷是相当大的。矿山企业以往多采用燃煤锅炉向井口暖气片提供蒸汽或者高温热水(70～130℃)方式来保证井口温度，但由于冬季只有不足5％的时段处于最低气温状态，而只有处于最低气温状态下才需要供热系统的满负荷运行，因此，在大多数时段里系统均处在低负荷、低效率的运行状态。同时，燃煤锅炉还对周围环境造成排烟、粉尘、废渣污染。
随着工业的快速发展，近年来，有部分矿山企业已经尝试采用矿山排水中蕴藏的低温热能作为热源，对进入副井井口的冷空气进行预热；但每座矿山的排水温度以及排水量均有所不同，许多矿山排水量少，或排水温度不高，许多矿山若单独依靠回收利用矿山排水热能是无法满足副井井口预热的供热需求的。
随着矿井生产能力的提高，提升设备也向大型化发展，提升机电机的功率大，运行过程中将产生大量的热量，电机表面温度能够达到150℃甚至以上。为保证副井提升系统的稳定运行，需要采取强制通风的方式对提升机电机进行冷却，从而使电机内的温度不超过80℃，以保证电机和提升系统的正常运行。电机产生的热量大部分(90％～92.5％)由强制通风系统带走，小部分(7.5％～10％)由对流和辐射作用经电机外壳直接散至提升机房室内。目前，随电机的冷却风一起带走的大量的热量均被排放至室外的空气之中，白白地浪费掉了，同时也造成了大气的废热污染。
发明内容
一种矿井井口预热供暖系统，包括矿山排水热能回收模块(1)、矿井提升机电机热能回收模块(2)、空调机组(3)、主循环回水管道(4)和主循环进水管道(5)，其中，所述矿山排水热能回收模块(1)包括第一热泵机组，所述第一热泵机组的热源侧进水口与敷设于副井井筒内的矿山排水管道(6)连通，热源侧出水口与矿山生产水管路连通，其中，所述矿井提升机电机热能回收模块(2)包括矿井提升机电机、通风机组、风-水换热器，所述矿井提升机电机(21)的冷却风进口通过冷却风进风管道(211)与通风机组(22)的出风口连通，矿井提升机电机(21)的冷却风出口通过冷却风出风管道(212)与风-水换热器(23)的进风口连通，并且，所述风-水换热器的出风口通过冷却风回用管道(233)与通风机组(22)的进风口连通，并且，第一热泵机组的用户侧进水口与第一分支循环回水管道(18)连通，风-水换热器的进水口与第二分支循环回水管道(28)连通，并且，第一分支循环回水管道(18)、第二分支循环回水管道(28)均通过主循环回水管道(4)与空调机组的回水管路连通，第一热泵机组的用户侧出水口与第一分支循环进水管道(19)连通，风-水换热器的出水口与第二分支循环进水管道(29)连通，并且，第一分支循环进水管道(19)、第二分支循环进水管道(29)均通过主循环进水管道(5)与空调机组(3)的进水管路连通，空调机组(3)的进风口与外部空气连接，空调机组(3)的出风口输出热风向井口供应。
优选地，所述第一热泵机组通过地表沉淀池(11)、第一供水泵(12)、除砂过滤装置(13)与所述矿山排水管道(6)连通，其中，所述地表沉淀池(11)的进水口与所述矿山排水管道(6)连通，地表沉淀池(11)的出水口通过第一供水泵(12)、第一供水管道(16)与除砂过滤装置(13)的进水口连通，所述除砂过滤装置(13)的出水口通过第二供水管道(17)与第一热泵机组(14)的热源侧进水口连通。
优选地，第一热泵机组(14)的热源侧出水口还通过冷水回用连接管道(141)与风-水换热器的进水口连通。
优选地，风-水换热器与第二分支循环回水管道(28)、第二分支循环进水管道(29)之间还设置有第二热泵机组，其中，第二热泵机组(25)的热源侧进水口通过热水连接管道(232)与风-水换热器的出水口连通，第二热泵机组(25)的热源侧出水口通过冷水连接管道(231)与风-水换热器的进水口连通；第二热泵机组的用户侧进水口与第二分支循环回水管道(28)连通，第二热泵机组的用户侧出水口与第二分支循环进水管道(29)连通。
优选地，第二分支循环进水管道(29)上设置有缓冲保温水箱。
优选地，还包括控制单元，所述控制单元分别与主循环回水管道(4)、主循环进水管道(5)、第一分支循环回水管道(18)、第一分支循环进水管道(19)、第二分支循环回水管道(28)、第二分支循环进水管道(29)、第一供水管道(16)、第二供水管道(17)、冷水连接管道(231)、热水连接管道(232)、冷水回用连接管道(141)、冷却风进风管道(211)、冷却风出风管道(212)和冷却风回用管道(233)中的一个或多个管道连接，用于监测各管路中的风、水的压力、流量、温度数据。
优选地，所述的主循环回水管道(4)、主循环进水管道(5)、第一分支循环回水管道(18)、第一分支循环进水管道(19)、第二分支循环回水管道(28)、第二分支循环进水管道(29)、第一供水管道(16)、第二供水管道(17)、冷水连接管道(231)、热水连接管道(232)和冷水回用连接管道(141)中的一个或多个管道上均设有流量计、压力传感器和温度传感器，并与控制单元连接，用于监测管道中的水的流量、压力和温度。
优选地，所述的冷却风进风管道(211)、冷却风出风管道(212)和冷却风回用管道(233)中至少一个上设有风速变送器、风量变送器、风压变送器和温度传感器，并与控制单元连接，用于监测管道中的风速、风量、风压和温度。
优选地，所述的第一分支循环回水管道(18)、第一分支循环进水管道(19)、第二分支循环回水管道(28)、第二分支循环进水管道(29)以及冷水回用连接管道(141)中至少一个管道上设置有控制对应管道开闭的阀门。
一种使用以上所述的矿井井口预热供暖系统进行矿井井口预热供暖的方法，关闭第二分支循环回水管道(28)、第二分支循环进水管道(29)，打开第一分支循环回水管道(18)、第一分支循环进水管道(19)，利用矿山排水回收热能来预热井口空气；或关闭第一分支循环回水管道(18)、第一分支循环进水管道(19)，打开第二分支循环回水管道(28)、第二分支循环进水管道(29)，利用矿井提升机电机回收热能来预热井口空气；或打开第一分支循环回水管道(18)、第一分支循环进水管道(19)、第二分支循环回水管道(28)和第二分支循环进水管道(29)，使用矿山排水回收热能和矿井提升机电机回收热能预热井口空气。
本发明利用矿山实际生产中副井自身产生的废热资源，以副井排出的矿山排水中蕴藏的低温热能和矿井提升机电机在运行过程中释放的热能作为热源，替代传统的燃煤锅炉和电加热方式，对副井井口冷空气进行加热，使进入副井的空气温度不低于2℃，防止冬季井口结冰，增强了提升系统的安全性。与传统的燃煤锅炉相比，没有燃烧，避免排烟污染，无废弃物，系统简单，效率高；与电加热相比，耗电量大幅降低。同时，弥补了矿山排水量少，或排水温度不高时，单一回收利用矿山排水热能而无法满足副井井口预热热负荷需求的情况，节能减排效果显著。并且，通过控制第一至第四阀门的开闭，可以实现分别或联合使用矿山排水中蕴藏的低温热能和矿井提升机电机在运行过程中释放的热能。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是本发明实施例涉及的矿井井口预热供暖系统的工艺流程图一；
图2是本发明实施例涉及的矿井井口预热供暖系统的工艺流程图二；
图3是本发明实施例涉及的矿井井口预热供暖系统的工艺流程图三。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的矿井井口预热供暖系统及其预热供暖方法的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
如图1所示，矿井井口预热供暖系统包括矿山排水热能回收模块1、矿井提升机电机热能回收模块2、空调机组3、主循环回水管道4和主循环进水管道5。为便于查看，矿山排水热能回收模块1和矿井提升机电机热能回收模块2都采用双点划线标示出来。其中，所述矿井提升机电机热能回收模块2包括矿井提升机电机21、通风机组22、风-水换热器23，其中，矿井提升机电机21为矿井提升机100的运转提供动力，在提供动力的同时，矿井提升机电机21会产生高温，持续高温显然是对矿井提升机电机21不利的。因此，如图1所示，采用通风机组22来冷却矿井提升机电机21。矿井提升机电机21的冷却风进口通过冷却风进风管道211与通风机组22的出风口连通，矿井提升机电机21的冷却风出口通过冷却风出风管道212与风-水换热器23的进风口连通，并且，风-水换热器的出风口通过冷却风回用管道233与通风机组22的进风口连通，循环利用冷却风。
矿山排水管道6作为地下开采矿山的排水通道，其中蕴藏着低温热能。矿山排水热能回收模块1包括第一热泵机组14，第一热泵机组14的热源侧进水口与敷设于副井井筒内的矿山排水管道6连通，第一热泵机组14的热源侧出水口与矿山生产水管路142连通，为矿山生产提供生产用水。
第一热泵机组14的用户侧进水口经过第一循环水泵15与第一分支循环回水管道18连通，风-水换热器23的进水口与第二分支循环回水管道28连通，并且，第一分支循环回水管道18、第二分支循环回水管道28均通过主循环回水管道4与空调机组3的回水管路连通。
第一热泵机组14的用户侧出水口与第一分支循环进水管道19连通，风-水换热器23的出水口与第二分支循环进水管道29连通，并且，第一分支循环进水管道19、第二分支循环进水管道29均通过主循环进水管道5与空调机组3的进水管路连通。空调机组3的进风口与外部空气连通，空调机组3的出风口输出热风向井口供应，热风与井口的空气混合，使进入井内的空气不低于2℃。
本实施例充分利用从副井排出的矿山排水中蕴藏的低温热能和矿井提升机电机在运行过程中释放的热能作为热源的井口预热供暖系统，以弥补矿山排水量少，或排水温度不高时，单一回收利用矿山排水回收热能无法满足副井井口预热热负荷需求的情况，对进入副井井口的冷空气进行预热。
在一个可选实施例中，如图2所示，第一热泵机组14是通过地表沉淀池11、第一供水泵12、除砂过滤装置13与所述矿山排水管道6连通。具体说，地表沉淀池11的进水口与所述矿山排水管道6连通，地表沉淀池11的出水口通过第一供水泵12、第一供水管道16与除砂过滤装置13的进水口连通。所述除砂过滤装置13的出水口通过第二供水管道17与第一热泵机组14的热源侧进水口连通。地表沉淀池11使矿山排水中的大量杂质沉淀，除砂过滤装置13则进一步清除矿山排水中的杂质。
在一个可选实施例中，第一热泵机组14的热源侧出水口还通过冷水回用连接管道141与风-水换热器23的进水口连通，确保冷水充足。
在一个可选实施例中，如图3所示，风-水换热器23与第二分支循环回水管道28、第二分支循环进水管道29之间还设置有第二热泵机组25。具体说，第二热泵机组25的热源侧进水口通过第二供水泵24经热水连接管道232与风-水换热器23的出水口连通。在第二热泵机组25的热源侧出水口通过冷水连接管道231与风-水换热器的进水口连通。第二热泵机组的用户侧进水口通过第二循环水泵27与第二分支循环回水管道28连通，第二热泵机组的用户侧出水口与第二分支循环进水管道29连通。
在一个可选实施例中，第二分支循环进水管道29上设置有缓冲保温水箱26，具有储热缓冲作用，可以减少第二热泵机组25的频繁启停次数。
在一个可选实施例中，还包括控制单元，所述控制单元分别与主循环回水管道4、主循环进水管道5、第一分支循环回水管道18、第一分支循环进水管道19、第二分支循环回水管道28、第二分支循环进水管道29、第一供水管道16、第二供水管道17、冷水连接管道231、热水连接管道232、冷水回用连接管道141、冷却风进风管道211、冷却风出风管道212和冷却风回用管道233中的一个或多个管道连接，用于监测各管路中的风、水的压力、流量、温度数据。
在一个可选实施例中，主循环回水管道4、主循环进水管道5、第一分支循环回水管道18、第一分支循环进水管道19、第二分支循环回水管道28、第二分支循环进水管道29、第一供水管道16、第二供水管道17、冷水连接管道231、热水连接管道232和冷水回用连接管道141中的一个或多个管道上均设有流量计、压力传感器和温度传感器，并与控制单元连接，用于监测管道中的水的流量、压力和温度。
在一个可选实施例中，所述的冷却风进风管道211、冷却风出风管道212和冷却风回用管道233中至少一个上设有风速变送器、风量变送器、风压变送器和温度传感器，并与控制单元连接，用于监测管道中的风速、风量、风压和温度。
在一个可选实施例中，所述的第一分支循环回水管道18、第一分支循环进水管道19、第二分支循环回水管道28、第二分支循环进水管道28以及冷水回用连接管道141中至少一个管道上设置有控制管道开闭的阀门。具体说，所述的第一分支循环回水管道18上设置有控制管道开闭的第一阀门180；所述的第一分支循环进水管道19上设置有控制管道开闭的第二阀门190；所述的第二分支循环回水管道28上设置有控制管道开闭的第三阀门280；所述的第二分支循环进水管道29上设置有控制管道开闭的第四阀门290；所述的冷水回用连接管道141上设置有控制管道开闭的第五阀门140。
通过控制第一至第四阀门的开闭，可以实现分别或联合使用矿山排水中蕴藏的低温热能和矿井提升机电机在运行过程中释放的热能。例如，当第一阀门180和第二阀门190关闭，第三阀门280、第四阀门290打开时，可以利用矿井提升机电机回收热能来预热井口空气。当第三阀门280、第四阀门290关闭，第一阀门180和第二阀门190打开，可以利用矿山排水回收热能来预热井口空气。或者，当第一至第四阀门都打开时，是同时使用矿山排水回收热能和矿井提升机电机回收热能来预热井口空气。
本发明还提供一种矿井井口预热供暖方法，使用以上所述的矿井井口预热供暖系统对矿井井口空气进行预热。
通过控制第一至第四阀门的开闭，可以实现分别或联合使用矿山排水中蕴藏的低温热能和矿井提升机电机在运行过程中释放的热能。例如，当第一阀门180和第二阀门190关闭，第三阀门280、第四阀门290打开时，可以利用矿井提升机电机回收热能来预热井口空气。当第三阀门280、第四阀门290关闭，第一阀门180和第二阀门190打开，可以利用矿山排水回收热能来预热井口空气。或者，当第一至第四阀门都打开时，是同时使用矿山排水回收热能和矿井提升机电机回收热能来预热井口空气。
在一个可选实施例中，可以通过打开或关闭冷水回用连接管道141来平衡风-水换热器23与矿山生产水系统之间的用水量。例如，启用矿井提升机电机热能回收模块2初期，可以将第五阀门140打开，以便给风-水换热器23供应冷水。当运行一段时间后，风-水换热器23的冷水量充足的情况下，可以关闭第五阀门140，使第一热泵机组14的热源侧出水口只向矿山生产水系统供应冷水。
本发明利用矿山实际生产中副井自身产生的废热资源，以副井排出的矿山排水中蕴藏的低温热能和矿井提升机电机在运行过程中释放的热能作为热源，替代传统的燃煤锅炉和电加热方式，对副井井口冷空气进行加热，使进入副井的空气温度不低于2℃，防止冬季井口结冰，增强了提升系统的安全性。与传统的燃煤锅炉相比，没有燃烧，避免排烟污染，无废弃物，系统简单，效率高；与电加热相比，耗电量大幅降低。同时，弥补了矿山排水量少，或排水温度不高时，单一回收利用矿山排水热能而无法满足副井井口预热热负荷需求的情况，节能减排效果显著。并且，通过控制第一至第四阀门的开闭，可以实现分别或联合使用矿山排水中蕴藏的低温热能和矿井提升机电机在运行过程中释放的热能。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种矿井井口预热供暖系统，包括矿山排水热能回收模块(1)、矿井提升机电机热能回收模块(2)、空调机组(3)、主循环回水管道(4)和主循环进水管道(5)，
其中，所述矿山排水热能回收模块(1)包括第一热泵机组，所述第一热泵机组的热源侧进水口与敷设于副井井筒内的矿山排水管道(6)连通，热源侧出水口与矿山生产水管路连通，
其中，所述矿井提升机电机热能回收模块(2)包括矿井提升机电机、通风机组、风-水换热器，所述矿井提升机电机(21)的冷却风进口通过冷却风进风管道(211)与通风机组(22)的出风口连通，矿井提升机电机(21)的冷却风出口通过冷却风出风管道(212)与风-水换热器(23)的进风口连通，并且，所述风-水换热器的出风口通过冷却风回用管道(233)与通风机组(22)的进风口连通，并且，
第一热泵机组的用户侧进水口与第一分支循环回水管道(18)连通，风-水换热器的进水口与第二分支循环回水管道(28)连通，并且，第一分支循环回水管道(18)、第二分支循环回水管道(28)均通过主循环回水管道(4)与空调机组的回水管路连通，
第一热泵机组的用户侧出水口与第一分支循环进水管道(19)连通，风-水换热器的出水口与第二分支循环进水管道(29)连通，并且，第一分支循环进水管道(19)、第二分支循环进水管道(29)均通过主循环进水管道(5)与空调机组(3)的进水管路连通，
空调机组(3)的进风口与外部空气连接，空调机组(3)的出风口输出热风向井口供应。
2.根据权利要求1所述的矿井井口预热供暖系统，其特征在于，
所述第一热泵机组通过地表沉淀池(11)、第一供水泵(12)、除砂过滤装置(13)与所述矿山排水管道(6)连通，其中，
所述地表沉淀池(11)的进水口与所述矿山排水管道(6)连通，地表沉淀池(11)的出水口通过第一供水泵(12)、第一供水管道(16)与除砂过滤装置(13)的进水口连通，所述除砂过滤装置(13)的出水口通过第二供水管道(17)与第一热泵机组(14)的热源侧进水口连通。
3.根据权利要求2所述的矿井井口预热供暖系统，其特征在于，
第一热泵机组(14)的热源侧出水口还通过冷水回用连接管道(141)与风-水换热器的进水口连通。
4.根据权利要求3所述的矿井井口预热供暖系统，其特征在于，
风-水换热器与第二分支循环回水管道(28)、第二分支循环进水管道(29)之间还设置有第二热泵机组，其中，
第二热泵机组(25)的热源侧进水口通过热水连接管道(232)与风-水换热器的出水口连通，第二热泵机组(25)的热源侧出水口通过冷水连接管道(231)与风-水换热器的进水口连通；
第二热泵机组的用户侧进水口与第二分支循环回水管道(28)连通，第二热泵机组的用户侧出水口与第二分支循环进水管道(29)连通。
5.根据权利要求1所述的矿井井口预热供暖系统，其特征在于，
第二分支循环进水管道(29)上设置有缓冲保温水箱。
6.根据权利要求4所述的矿井井口预热供暖系统，其特征在于，
还包括控制单元，所述控制单元分别与主循环回水管道(4)、主循环进水管道(5)、第一分支循环回水管道(18)、第一分支循环进水管道(19)、第二分支循环回水管道(28)、第二分支循环进水管道(29)、第一供水管道(16)、第二供水管道(17)、冷水连接管道(231)、热水连接管道(232)、冷水回用连接管道(141)、冷却风进风管道(211)、冷却风出风管道(212)和冷却风回用管道(233)中的一个或多个管道连接，用于监测各管路中的风、水的压力、流量、温度数据。
7.根据权利要求6所述的矿井井口预热供暖系统，其特征在于，所述的主循环回水管道(4)、主循环进水管道(5)、第一分支循环回水管道(18)、第一分支循环进水管道(19)、第二分支循环回水管道(28)、第二分支循环进水管道(29)、第一供水管道(16)、第二供水管道(17)、冷水连接管道(231)、热水连接管道(232)和冷水回用连接管道(141)中的一个或多个管道上均设有流量计、压力传感器和温度传感器，并与控制单元连接，用于监测管道中的水的流量、压力和温度。
8.根据权利要求6所述的矿井井口预热供暖系统，其特征在于，所述的冷却风进风管道(211)、冷却风出风管道(212)和冷却风回用管道(233)中至少一个上设有风速变送器、风量变送器、风压变送器和温度传感器，并与控制单元连接，用于监测管道中的风速、风量、风压和温度。
9.根据权利要求3所述的矿井井口预热供暖系统，其特征在于，所述的第一分支循环回水管道(18)、第一分支循环进水管道(19)、第二分支循环回水管道(28)、第二分支循环进水管道(29)以及冷水回用连接管道(141)中至少一个管道上设置有控制对应管道开闭的阀门。
10.一种使用权利要求9所述的矿井井口预热供暖系统进行矿井井口预热供暖的方法，其特征在于，
关闭第二分支循环回水管道(28)、第二分支循环进水管道(29)，打开第一分支循环回水管道(18)、第一分支循环进水管道(19)，利用矿山排水回收热能来预热井口空气；或
关闭第一分支循环回水管道(18)、第一分支循环进水管道(19)，打开第二分支循环回水管道(28)、第二分支循环进水管道(29)，利用矿井提升机电机回收热能来预热井口空气；或
打开第一分支循环回水管道(18)、第一分支循环进水管道(19)、第二分支循环回水管道(28)和第二分支循环进水管道(29)，使用矿山排水回收热能和矿井提升机电机回收热能预热井口空气。
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