CN109945291A - 空压机余热经太阳能再热洗浴和供热系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造涉及一种空压机余热经太阳能再热洗浴和供热系统，主要由余热回收系统、太阳能再热系统、补水系统和对外供热系统组成；在余热回收系统中，空压机热量通过换热器Ⅰ与冷水换热，并将换热后的水放入加热储水箱内；加热储水箱的外部出水管与太阳能再热系统换热连接，太阳能再热系统的出水管通过逆止阀Ⅰ连接对外供热系统的管路；补水系统出水管的一根管路与对外供热系统的入口连接，另一根管路与余热回收系统的循环管路出口连接。系统是将原有大型空压机冷却系统进行改造，把原本向大气释放的热量进行回收，经太阳能或备用的矿井废弃瓦斯气再热来制备洗浴或供热用热水，从而提高能源利用率、增加清洁能源组成种类、保护环境的目的。

Description

空压机余热经太阳能再热洗浴和供热系统及其控制方法

技术领域

本发明创造涉及一种空压机余热经太阳能再热洗浴和供热系统及其控制方法，属于煤矿产区余热回收及清洁能源梯级综合利用的新型能源系统。

背景技术

我国是全球煤炭产量和使用大国，煤矿分布众多，尤其集中在内蒙古、山西、黑龙江及辽宁等地。煤矿产区因生产工艺需要，均会设有大型空压机站，全年运行制备压缩空气向矿井下输送，以维持煤矿矿区的正常生产和安全要求。而空压机是电力驱动的转动设备，通过做功将电能转化为机械能，这个过程会产生大量热量，其内部的冷却介质从空压机转动部分吸热后使其冷却，冷却介质再通过其他方式向大气中排放掉这部分热量，长年累月如此往复循环，实属浪费能源。

同样也是由于煤矿生产企业的特殊性，下矿井的生产工人是三班倒，全年生产，基本都是井下开采作业，而井下开采时粉尘大、环境潮湿，为了一线生产工人清洁和预防长时间井下作业后容易得风湿病的需要，井下一线生产工人回到地上后，需要及时的进行洗浴或泡澡。因煤矿企业本身就是生产煤炭的，而煤矿开采又大都在偏远、荒凉地区，故现有煤矿企业采矿生产厂区基本还保留着依靠燃煤小锅炉来制备工人洗浴用热水和办公室区供热，每年用于洗浴及供热所消耗的煤量也不可小觑。

而在当前环保排放要求的重压下，现有燃煤小锅炉房基本不可能达到环保的排放要求，但是一线生产工人的洗浴和办公区供热又不能停，因此急需一套清洁、环保和经济的洗浴和供热系统。

发明内容

本发明创造要解决的技术问题是提供一种空压机余热经太阳能再热洗浴和供热系统及其控制方法，系统是将原有大型空压机冷却系统进行改造，把原本向大气释放的热量进行回收，经太阳能或备用的矿井废弃瓦斯气再热来制备洗浴或供热用热水，从而达到空压机余热回收、提高能源利用率、增加清洁能源组成种类、保护环境及减轻雾霾的目的。

为解决以上问题，本发明创造的具体技术方案如下：一种空压机余热经太阳能再热洗浴和供热系统，主要由余热回收系统、太阳能再热系统、补水系统和对外供热系统组成；在余热回收系统中，设有数量与空压机数量对应的换热器Ⅰ，换热器Ⅰ的一组换热管与空压机的冷却系统相连，另一组闭换热管与加热储水箱的出入管路连通，加热储水箱的出水管处安装加热水泵和电动阀门A；加热储水箱的外部出水管与太阳能再热系统换热连接，太阳能再热系统的出水管通过逆止阀Ⅰ连接对外供热系统的管路；补水系统出水管的一根管路与对外供热系统的入口连接，另一根管路与余热回收系统的循环管路出口连接。

所述的太阳能再热系统中设有换热器Ⅱ，若干个太阳能集热器分组并联与换热器Ⅱ内换热管形成闭合管路，闭合管路上连接太阳能泵；余热回收系统的出水管依次连接电动阀门K和再热泵后，与换热器Ⅱ另一组换热管路入口连接，出口管路即为太阳能再热系统的出水口。

余热回收系统外还设有备用矿井废弃瓦斯气直热系统，其内设有矿井废弃瓦斯燃烧炉；加热储水箱的出水管路连接电动阀门C的入口，电动阀门C的出口通过循环水泵与矿井废弃瓦斯燃烧炉内的管路入口连接，矿井废弃瓦斯燃烧炉内的管路出口通过逆止阀Ⅱ与对外供热系统的入口连接。

所述的对外供热系统内设有高温热水保温水箱，高温热水保温水箱的进水口为对外供热系统的入水口，高温热水保温水箱出水口通过送水泵分出三根分支管路，一支管路连接电动阀门D向采暖管路供水，一支管路连接电动阀门E向澡池提供热水，一支管路连接电动阀门F向淋浴管路提供热水，补水系统的一根出水管路连接电动阀门G后，与电动阀门F的出口处并联连接。

所述的补水系统内设有补水箱，补水箱入水口一端通过电动阀门H与补水水源连接；补水箱出水口的一支管路依次连接冷水泵和电动阀门G，电动阀门G的出口与电动阀门F的出口处并联连接；补水箱出水口的另一支管路连接电动阀门J，电动阀门J的出口与加热水泵和电动阀门A之间的管路连接。

外界的采暖管路的回水通过除污器后连接冷却水箱的入口，冷却水箱的出口依次连接冷却水泵和电动阀门I后，与补水箱的另一个入口连接。

余热回收系统的出水口与备用矿井废弃瓦斯气直热系统的入水口之间安装有电控阀门L，电控阀门L的出水口端设有分支管路，分支管路的末端连接点位于电动阀门G与电动阀门F之间。

所述的分支管路上安装电动阀门M，电动阀门M的入口端连接紧急事故排水管路，在紧急事故排水管路上设置电动阀门N。

空压机余热经太阳能再热洗浴和供热系统的控制方法，包括以下步骤：

1）正常运行工况：来自补水水源的冷水经电动阀门H进入补水箱，由加热水泵循环水源，水源通过换热器Ⅰ吸收空压机冷却介质的余热；

2）当加热水箱内的水温到达40℃时，电动阀门K打开，启动再热水泵，40℃的热水在换热器换热Ⅱ内再次进行热量吸收，水温进一步得到提升；

3）达到50℃后通过逆止阀Ⅰ送至高温热水保温水箱，启动送水泵后，依次打开电动阀门F、电动阀门G和启动冷水泵，可将50℃的热水与补水箱内的冷水混合成淋浴区所需要温度的热水洗浴用水；打开电动阀门E，可将50℃的热水送至澡池作为洗浴用水；

4）打开电动阀门D，可将50℃的热水送至办公区采暖系统运行，经过循环散热后，回到除污器除污后送至冷却水箱进行冷却，再由冷却水泵将冷却水净电动阀门I送至补水箱内，进入下一次的循环吸热；

5）当太阳能再热系统事故时，关闭电动阀门K，断开太阳能再热系统；打开电动阀门L和电动阀门C，启动矿井废弃瓦斯气燃烧炉和循环水泵，备用矿井废弃瓦斯气直热系统投入运行，为余热回收系统的水源进一步提高温度，跳转步骤3）继续运行；

6）当太阳能再热系统和备用矿井废弃瓦斯气直热系统同时事故时，关闭电动阀门K使太阳能再热系统关闭；关闭电动阀门F、电动阀门E、电动阀门D使澡池送水系统和供热循环系统关闭；关闭电动阀门I使采暖回水关闭；关闭电动阀门G使淋浴用水的冷水关闭；打开电动阀门L和电动阀门M，可以维持淋浴区洗浴用热水的制备；

7）对外供热系统事故状态不能对外供热时，在步骤6）的基础上关闭电动阀门M，打开电动阀门N，执行紧急事故排水状态，将加热水箱内40℃的热水排往室外降温池处理，以免空压机冷却不良，跳机停运。

该空压机余热经太阳能再热洗浴和供热系统将原有大型空压机冷却系统进行改造，把原本向大气释放的热量进行回收，并利用太阳能进行再热，对能源进行了回收及梯级利用，避免了空压机冷却系统热量的浪费，和燃煤小锅炉常年制备洗浴热水及采暖期供热所消耗的煤量相比，既节省了大量煤炭，也保护了环境，同时新的能源系统运行还很经济。

太阳能采用若干组集热器分组并联的结构，并采用换热器Ⅱ进行换热，一方面保证了换热效率，另一方面便于事故时设备及管路维修。

系统还设置备用矿井废弃瓦斯气直热系统，当太阳能再热系统无法进行再热加热时，断开太阳能再热系统，启动备用矿井废弃瓦斯气直热系统，采用直接燃烧矿井废弃瓦斯气进行再热加热，对余热回收系统中加热储水箱所排出的水进行二次提温。

具体公开对外供热系统包括淋浴用热水、澡池用热水和采暖供热用热水，为企业全方位提供制备热水的解决方案，节省大量制备热水的开支。

补水系统内设置补水箱，有效保证补水系统平稳运行。

将采暖供热系统内的回水经冷却后接入补水箱内，循环利用，节省水资源，并保证余热回收系统的冷却效果。

在系统中安装电控阀门L、电动阀门M和分支管路，当余热回收系统中加热储水箱所排出的水不能被再热时，可以保证淋浴系统的正常用水。

分支管路上安装电动阀门N，保证对外供热系统事故状态不能对外供热时，空压机仍然正常运行，不会影响到矿井下生产作业，余热回收系统中加热储水箱所排出的水直接从电动阀门N排出。

本申请的控制方法为系统不同位置的电控阀门的开闭组合动作，实现被加热的冷水在不同工况下的不同运行方式，且保证空压机余热得到全部回收再利用。

附图说明

图1为本申请实施例一示意图。

图2为本申请实施例二示意图。

图3为本申请实施例三示意图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，一种空压机余热经太阳能再热洗浴和供热系统，主要由余热回收系统10、太阳能再热系统20、补水系统30和对外供热系统40组成；在余热回收系统中，设有数量与空压机1数量对应的换热器Ⅰ2，换热器Ⅰ2的一组换热管与空压机1的冷却系统相连，另一组换热管与加热储水箱4的出入管路连通，加热储水箱4的出水管处安装加热水泵3和电动阀门A18；加热储水箱4的外部出水管与太阳能再热系统20换热连接，太阳能再热系统20的出水管通过逆止阀Ⅰ31连接对外供热系统40的管路；补水系统出水管的一根管路与对外供热系统40的入口连接，另一根管路与余热回收系统10的循环管路出口连接。

其中太阳能再热系统20中设有换热器Ⅱ6，若干个太阳能集热器5分组并联与换热器Ⅱ6内换热管形成闭合管路，闭合管路上连接太阳能泵7；余热回收系统10的出水管依次连接电动阀门K19和再热泵8后，与换热器Ⅱ6另一组换热管路入口连接，出口管路即为太阳能再热系统20的出水口。

所述的对外供热系统40内设有高温热水保温水箱9，高温热水保温水箱9的进水口为对外供热系统40的入水口，高温热水保温水箱9出水口通过送水泵33分出三根分支管路，一支管路连接电动阀门D25向采暖管路供水，一支管路连接电动阀门E24向澡池提供热水，一支管路连接电动阀门F22向淋浴管路提供热水，补水系统30的一根出水管路连接电动阀门G29后，与电动阀门F22的出口处并联连接。

该实施例已经能够实现空压机的余热利用，使加热储水箱4内的水温达到40℃左右，然后在利用太阳能再热系统的太阳能热量对水进一步补充加热，使水温达到50℃左右。其中换热器Ⅰ2和换热器Ⅱ6均采用油水换热器，换热器Ⅰ2的油管路与空压机的冷却系统连接，换热器Ⅱ6的油管路与若干个太阳能集热器分组并联后的母管连接，从而实现利用冷水作为介质，将空压机余热回收及利用太阳能梯级加热的过程。

实施例二

如图2所示，在实施例一技术方案的基础上，余热回收系统10外还设有备用矿井废弃瓦斯气直热系统50，其内设有矿井废弃瓦斯燃烧炉13；加热储水箱4的出水管路经电动阀门L35连接电动阀门C26的入口，电动阀门C26的出口通过循环水泵14与矿井废弃瓦斯燃烧炉13内的管路入口连接，矿井废弃瓦斯燃烧炉3内的管路出口通过逆止阀Ⅱ32与对外供热系统40的入口连接。

该实施例可以将备用矿井废弃瓦斯气直热系统50作为太阳能再热系统的备用补充热源。当天气连续无太阳直射时，太阳能集热器5无法收集热量对水再热时，应及时开启矿井废弃瓦斯燃烧炉13，将加热储水箱4流过来的水加热到50℃，以保证对外的供热和供水要求。

实施例三

如图3所示，在实施例二的技术方案的基础上，所述的补水系统30内设有补水箱11，补水箱11入水口一端通过电动阀门H27与补水水源连接；补水箱11出水口的一支管路依次连接冷水泵12和电动阀门G29，电动阀门G29的出口与电动阀门F22的出口处并联连接；补水箱11出水口的另一支管路连接电动阀门J28，电动阀门J28的出口与加热水泵3和电动阀门A18之间的管路连接。外界的采暖管路的回水通过除污器16后连接冷却水箱15的入口，冷却水箱15的出口依次连接冷却水泵17和电动阀门I34后，与补水箱11的另一个入口连接。该结构利用了采暖回水的水源进入补充水源，节省水资源。

余热回收系统10的出水口与备用矿井废弃瓦斯气直热系统50的入水口之间安装有电控阀门L35，电控阀门L35的出水口端设有分支管路36，分支管路36的末端连接点位于电动阀门G29与电动阀门F22之间。当电动阀门C26关闭后，40℃的热水可以不使用太阳能再热系统20和备用矿井废弃瓦斯气直热系统50直接提供给淋浴用水。

在分支管路36上安装电动阀门M21，电动阀门M21的入口端连接紧急事故排水管路，在紧急事故排水管路上设置电动阀门N23。

上述空压机余热经太阳能再热洗浴和供热系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1）正常运行工况：来自补水水源的冷水经电动阀门H27进入补水箱11，由加热水泵3循环水源，水通过换热器Ⅰ2吸收空压机1冷却介质的余热；

2）当加热水箱内的水温到达40℃时，电动阀门K19打开，启动再热水泵8，40℃的热水在换热器换热Ⅱ6内再次进行热量吸收，水温进一步得到提升；

3）达到50℃后通过逆止阀Ⅰ31送至高温热水保温水箱9，启动送水泵33后，依次打开电动阀门F22、电动阀门G29和启动冷水泵12，可将50℃的热水与补水箱11内的冷水混合成淋浴区所需要温度的热水洗浴用水；打开电动阀门E24，可将50℃的热水送至澡池作为洗浴用水；

4）打开电动阀门D25，可将50℃的热水送至办公区采暖系统运行，经过循环散热后，回到除污器16除污后送至冷却水箱15进行冷却，再由冷却水泵17将冷却水净电动阀门I34送至补水箱11内，进入下一次的循环吸热；

5）当太阳能再热系统20事故时，关闭电动阀门K19，断开太阳能再热系统20；打开电动阀门L35和电动阀门C26，启动矿井废弃瓦斯气燃烧炉13和循环水泵14，备用矿井废弃瓦斯气直热系统50投入运行，为余热回收系统10的水进一步提高温度，跳转步骤3继续运行；

6）当太阳能再热系统20和备用矿井废弃瓦斯气直热系统50同时事故时，关闭电动阀门K19使太阳能再热系统20关闭；关闭电动阀门F22、电动阀门E24、电动阀门D25使澡池送水系统和供热循环系统关闭；关闭电动阀门I34使采暖回水关闭；关闭电动阀门G29使淋浴用水的冷水关闭；打开电动阀门L35和电动阀门M21，可以维持淋浴区洗浴用热水的制备；

7）对外供热系统事故状态不能对外供热时，在步骤6的基础上关闭电动阀门M21，打开电动阀门N23，执行紧急事故排水状态，将加热水箱4内40℃的热水排往室外降温池处理，以免空压机冷却不良，跳机停运。

与现有技术相比本发明有益效果如下：

1.空压机余热回收、太阳能及矿井废弃瓦斯气有效结合的综合梯级利用，可使本系统拥有充沛的制热量达到全年运行；

2.在解决生产工人洗浴的问题基础上，也解决了办公区的采暖问题；

3.通过清洁能源系统前端加热方式的合理配置，高温热水恒温水箱内的热水温度可以根据外部使用条件进行适度调整，以满足外部用水点对水温需求；

4.通过切换热水管路上不同电动阀门，本系统可以实现冬季和夏季的多个工况下运行；

5.当洗浴和供热同时不具备运行条件时，本系统也可以通过操作适当的电动阀门，直接将空压机余热回收系统的加热水紧急排放到室外降温池，同时补入新的冷水，从而保证空压机冷却系统的正常工作；

6.实施本系统投资少，经济效益和环保效益都巨大。

Claims (9)

1.一种空压机余热经太阳能再热洗浴和供热系统，其特征在于：主要由余热回收系统（10）、太阳能再热系统（20）、补水系统（30）和对外供热系统（40）组成；在余热回收系统中，设有数量与空压机（1）数量对应的换热器Ⅰ（2），换热器Ⅰ（2）的一组换热管与空压机（1）的冷却系统相连，另一组闭换热管与加热储水箱（4）的出入管路连通，加热储水箱（4）的出水管处安装加热水泵（3）和电动阀门A（18）；加热储水箱（4）的外部出水管与太阳能再热系统（20）换热连接，太阳能再热系统（20）的出水管通过逆止阀Ⅰ（31）连接对外供热系统（40）的管路；补水系统出水管的一根管路与对外供热系统（40）的入口连接，另一根管路与余热回收系统（10）的循环管路出口连接。

2.如权利要求1所述的空压机余热经太阳能再热洗浴和供热系统，其特征在于：所述的太阳能再热系统（20）中设有换热器Ⅱ（6），若干个太阳能集热器（5）分组并联与换热器Ⅱ（6）内换热管形成闭合管路，闭合管路上连接太阳能泵（7）；余热回收系统（10）的出水管依次连接电动阀门K（19）和再热泵（8）后，与换热器Ⅱ（6）另一组换热管路入口连接，出口管路即为太阳能再热系统（20）的出水口。

3.如权利要求1所述的空压机余热经太阳能再热洗浴和供热系统，其特征在于：余热回收系统（10）外还设有备用矿井废弃瓦斯气直热系统（50），其内设有矿井废弃瓦斯燃烧炉（13）；加热储水箱（4）的出水管路连接电动阀门C（26）的入口，电动阀门C（26）的出口通过循环水泵（14）与矿井废弃瓦斯燃烧炉（13）内的管路入口连接，矿井废弃瓦斯燃烧炉（3）内的管路出口通过逆止阀Ⅱ（32）与对外供热系统（40）的入口连接。

4.如权利要求2或3所述的空压机余热经太阳能再热洗浴和供热系统，其特征在于：所述的对外供热系统（40）内设有高温热水保温水箱（9），高温热水保温水箱（9）的进水口为对外供热系统（40）的入水口，高温热水保温水箱（9）出水口通过送水泵（33）分出三根分支管路，一支管路连接电动阀门D（25）向采暖管路供水，一支管路连接电动阀门E（24）向澡池提供热水，一支管路连接电动阀门F（22）向淋浴管路提供热水，补水系统（30）的一根出水管路连接电动阀门G（29）后，与电动阀门F（22）的出口处并联连接。

5.如权利要求4所述的空压机余热经太阳能再热洗浴和供热系统，其特征在于：所述的补水系统（30）内设有补水箱（11），补水箱（11）入水口一端通过电动阀门H（27）与补水水源连接；补水箱（11）出水口的一支管路依次连接冷水泵（12）和电动阀门G（29），电动阀门G（29）的出口与电动阀门F（22）的出口处并联连接；补水箱（11）出水口的另一支管路连接电动阀门J（28），电动阀门J（28）的出口与加热水泵（3）和电动阀门A（18）之间的管路连接。

6.如权利要求5所述的空压机余热经太阳能再热洗浴和供热系统，其特征在于：外界的采暖管路的回水通过除污器（16）后连接冷却水箱（15）的入口，冷却水箱（15）的出口依次连接冷却水泵（17）和电动阀门I（34）后，与补水箱（11）的另一个入口连接。

7.如权利要求6所述的空压机余热经太阳能再热洗浴和供热系统，其特征在于：余热回收系统（10）的出水口与备用矿井废弃瓦斯气直热系统（50）的入水口之间安装有电控阀门L（35），电控阀门L（35）的出水口端设有分支管路（36），分支管路（36）的末端连接点位于电动阀门G（29）与电动阀门F（22）之间。

8.如权利要求7所述的空压机余热经太阳能再热洗浴和供热系统，其特征在于：所述的分支管路（36）上安装电动阀门M（21），电动阀门M（21）的入口端连接紧急事故排水管路，在紧急事故排水管路上设置电动阀门N（23）。

9.如权利要求8所述的洗浴和供热系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1)正常运行工况：来自补水水源的冷水经电动阀门H（27）进入补水箱（11），由加热水泵（3）循环水源，水源通过换热器Ⅰ（2）吸收空压机（1）冷却介质的余热；

2)当加热水箱内的水温到达40℃时，电动阀门K（19）打开，启动再热水泵（8），40℃的热水在换热器换热Ⅱ（6）内再次进行热量吸收，水温进一步得到提升；

3)达到50℃后通过逆止阀Ⅰ（31）送至高温热水保温水箱（9），启动送水泵（33）后，依次打开电动阀门F（22）、电动阀门G（29）和启动冷水泵（12），可将50℃的热水与补水箱（11）内的冷水混合成淋浴区所需要温度的热水洗浴用水；打开电动阀门E（24），可将50℃的热水送至澡池作为洗浴用水；

4)打开电动阀门D（25），可将50℃的热水送至办公区采暖系统运行，经过循环散热后，回到除污器（16）除污后送至冷却水箱（15）进行冷却，再由冷却水泵（17）将冷却水净电动阀门I（34）送至补水箱（11）内，进入下一次的循环吸热；

5)当太阳能再热系统（20）事故时，关闭电动阀门K（19），断开太阳能再热系统（20）；打开电动阀门L（35）和电动阀门C（26），启动矿井废弃瓦斯气燃烧炉（13）和循环水泵（14），备用矿井废弃瓦斯气直热系统（50）投入运行，为余热回收系统（10）的水源进一步提高温度，跳转步骤3）继续运行；

6)当太阳能再热系统（20）和备用矿井废弃瓦斯气直热系统（50）同时事故时，关闭电动阀门K（19）使太阳能再热系统（20）关闭；关闭电动阀门F（22）、电动阀门E（24）、电动阀门D（25）使澡池送水系统和供热循环系统关闭；关闭电动阀门I（34）使采暖回水关闭；关闭电动阀门G（29）使淋浴用水的冷水关闭；打开电动阀门L（35）和电动阀门M（21），可以维持淋浴区洗浴用热水的制备；

7)对外供热系统事故状态不能对外供热时，在步骤6）的基础上关闭电动阀门M（21），打开电动阀门N（23），执行紧急事故排水状态，将加热水箱（4）内40℃的热水排往室外降温池处理，以免空压机冷却不良，跳机停运。