CN110017241A - 一种煤田矿井水力发电与换热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及煤田矿井技术领域，更具体而言，涉及一种煤田矿井水力发电与换热系统。该系统包括蓄水池、送水管道、水轮机、抽水管道、抽水泵、换热器和井下用水系统，采用防爆水力发电机代替煤田矿井中目前经常使用的减压阀并采用井下换热装置，同时实现减压、发电与换热，发出的电可以就地使用，用于水泵、矿井照明等。矿井用水通过换热器换出来的热能可以用来供暖制冷等。利用矿井用水循环发电的同时，将地热能通过矿井用水传递利用，有效地将浪费的地热能资源利用。本发明充分利用了现有的资源进行利用和生产，环保高效，实现了废弃矿井及其资源的重新利用。本发明主要应用在矿井发电及地热利用方面。

Description

一种煤田矿井水力发电与换热系统
技术领域
本发明涉及煤田矿井技术领域，更具体而言，涉及一种煤田矿井水力发电与换热系统。
背景技术
煤炭开采后，在地下形成巨大的、高落差地下采场空间，在地面的一些矿区因开采塌陷将形成大面积积水水体。地面塌陷区积水水体蕴含有丰富的势能，蓄水空间和水位落差已存在，只需做相应的改造，即可实现塌陷区水体水力发电。矿井水是煤炭生产过程中排量最多的废水，一般采用在井下设置水仓的方法将不同水平的矿井水收集起来，再通过泵站抽到地表，直接作为废水排掉，而忽略了矿井水中所蕴含的热能。矿井水温度常年在18°C至25°C之间，是非常好的低温热源。目前通过水源热泵技术，提取矿井水中的热量，为用户实现供暖和制冷，但提取热量后的矿井水并没有回灌到矿井中，未真正发挥矿井水中所蕴含的热能效益。
另外，目前大部分矿井每年使用大量的地面循环水，一般采用管道将地面的水输送到矿井，为了减少或者消除高水头的冲击，一般采用减压阀减压，这样做的结果是作为清洁能源的水动力（势能）被白白浪费掉了。
发明内容
一种煤田矿井水力发电与换热系统，包括蓄水池、换热器和井下用水系统；所述蓄水池通过送水管道与井下用水系统连通，所述蓄水池和井下用水系统分别通过地面管道和抽水管道与换热器连接，所述送水管道内设置有水轮机，所述水轮机连接有防爆发电机，所述抽水管道内设置有抽水泵。
所述防爆发电机连接有配电箱。
所述送水管道内设置有减压阀，所述减压阀安装在水轮机与井下用水系统之间。
所述抽水泵连接有防爆电机，所述防爆电机连接有发电设备。
所述抽水管道上部靠近地面部分安装保温隔热层进行保温。
所述换热器连接有进水管和出水管。
所述进水管连接有冷水源，所述出水管连接有用户终端。
所述换热器的出水管与用户终端之间设置有热泵。
所述热泵连接有发电设备。
所述发电设备为风力发电机或光伏发电板。
与现有技术相比本发明所具有的有益效果为：
针对采煤过程中地面循环水垂直输送到地下矿井时为了减少或者消除几百米高的水压冲击，一般使用减压阀减压造成大量势能损失的情况，采用防爆水力发电机代替煤田矿井中目前经常使用的减压阀，并采用井下换热装置或者利用已有矿井中的各种输水管道与管汇作为换热器，同时实现减压、发电与换热，发出的电可以就地使用，用于水泵、矿井照明等。换出来的热能可以用来供暖制冷等，利用矿井用水循环发电的同时，将地热能通过矿井用水传递利用，有效地将浪费的地热能资源利用，充分利用煤田矿井目前浪费的水力资源进行发电，用以节能减排、解决企业电力、供暖制冷需求部分紧缺和可持续发展问题，最终提高相关企业的经济效益。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1为蓄水池、2为送水管道、3为水轮机、4为防爆发电机、5为配电箱、6为减压阀、7为抽水管道、8为抽水泵、9为保温隔热层、10为出水管、11为进水管、12为换热器、13为用户终端、14为发电设备、15为地面管道、16为热泵、17为防爆电机、18为井下用水系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的
所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种煤田矿井水力发电与换热系统，包括蓄水池1、换热器12和井下用水系统18；所述蓄水池1通过送水管道2与井下用水系统18连通，所述蓄水池1和井下用水系统18分别通过地面管道15和抽水管道7与换热器12连接。蓄水池1中的水流入送水管道2，带动水轮机3转动，使得与其连接的防爆发电机4发电，减压发电后的水流入各个井下用水系统18中利用，用后的水温度升高，由抽水泵8抽到换热器中，换热后，经过抽水管道7提升至地面的水回流至地面蓄水池1，在此过程中，井下用水系统18充当了井下换热器的作用。
优选的，防爆发电机4连接有配电箱5，配电箱5能将防爆发电机4发出的电能合理的分配，可以就地使用，用于水泵、矿井照明等井下设施。
优选的，减压阀6安装在送水管道2内，位于水轮机3与井下用水系统18之间，减压阀6可以对水压冲击起到减压作用，可以根据水压冲击的大小调节减压阀6的打开程度。
优选的，经井下用水系统18升温后的水由抽水泵8抽入换热器12中，换热器12连接有进水管11和出水管10，进水管11与冷水端连接，冷水流入换热器12，经过换热器12的冷水换热后温度升高，由出水管10输送至用户终端13，用来供暖制冷或者其它用途，可以在井下用水系统18的前后以及靠近煤层的表面加装换热系统以增强换热效果。
优选的，抽水管道7上部靠近地面部分安装保温隔热层9，抽水泵8在将井下的水往地面抽取的过程中，必然会散失一些热量，在靠近换热器12的抽水管道7的部分加装保温隔热层9减少了热量传输过程中的损失，保证了换热效率。
优选的，换热器12的出水管10与用户终端13之间设置有热泵16，流入换热器12的冷水经换热后可供用户终端13使用，当用户终端13所需水温较高时可以通过热泵16加热换热后的水，为用户终端13提供符合温度要求的水。
优选的，抽水泵8连接有防爆电机17，带动水泵8工作，防爆电机17和热泵16连接有发电设备14，发电设备14可以为风力发电机和光伏发电板中的一种或两种。
矿井用水经换热器12换热后由地面管道15流到蓄水池1中，实现水的循环利用。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的指示范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种煤田矿井水力发电与换热系统，其特征在于：包括蓄水池（1）、换热器（12）和井下用水系统（18）；所述蓄水池（1）通过送水管道（2）与井下用水系统（18）连通，所述蓄水池（1）和井下用水系统（18）分别通过地面管道（15）和抽水管道（7）与换热器（12）连接，所述送水管道（2）内设置有水轮机（3），所述水轮机（3）连接有防爆发电机（4），所述抽水管道（7）内设置有抽水泵（8）。
2.根据权利要求1所述的一种煤田矿井水力发电与换热系统，其特征在于：所述防爆发电机（4）连接有配电箱（5）。
3.根据权利要求1所述的一种煤田矿井水力发电与换热系统，其特征在于：所述送水管道（2）内设置有减压阀（6），所述减压阀（6）安装在水轮机（3）与井下用水系统（18）之间。
4.根据权利要求1所述的一种煤田矿井水力发电与换热系统，其特征在于：所述抽水泵（8）连接有防爆电机（17），所述防爆电机（17）连接有发电设备（14）。
5.根据权利要求1所述的一种煤田矿井水力发电与换热系统，其特征在于：所述抽水管道（7）上部靠近地面部分安装保温隔热层（9）进行保温。
6.根据权利要求1所述的一种煤田矿井水力发电与换热系统，其特征在于：所述换热器（12）连接有进水管（11）和出水管（10）。
7.根据权利要求6所述的一种煤田矿井水力发电与换热系统，其特征在于：所述进水管（11）连接有冷水源，所述出水管（10）连接有用户终端（13）。
8.根据权利要求7所述的一种煤田矿井水力发电与换热系统，其特征在于：所述换热器（12）的出水管（10）与用户终端（13）之间设置有热泵（16）。
9.根据权利要求8所述的一种煤田矿井水力发电与换热系统，其特征在于：所述热泵（16）连接有发电设备（14）。
10.根据权利要求4或9所述的一种煤田矿井水力发电与换热系统，其特征在于：所述发电设备（14）为风力发电机或光伏发电板。
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