CN110094224A - 一种矿井回风余热利用系统及控制方法 - Google Patents

一种矿井回风余热利用系统及控制方法 Download PDF

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孟国营
刘峰
胡兆春
吕向阳
赵旭
王新忠
史树军
张晓南
鲍玲玲
牛毓慧
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Abstract

本发明公开了一种矿井回风余热利用系统及控制方法,系统包括回风扩散塔、回风风道、换热器、蓄热装置及井口换热器,回风换热塔内依次设置回风风机、并排换热器。蓄热装置与分水器通过供热管道相连,同时与井口换热器通过输热管路相连,管道设置温度传感器、电动三通阀及循环泵。换热器内的乙二醇溶液与矿井回风间接传热,吸收回风的热量后,进入热泵系统,回风温度降低排出,热泵吸收热量制取热水供建筑采暖及井口防冻。分水器中热水通过水泵将热水输送至蓄热装置,释放热量后进入至分水器。回水管路温度设定值进行比较,自动控制阀门开度,完成系统蓄热和放热。本系统换热效率高,保证供热的同时,可以有效的防止井口加热器故障结冰冻裂。

Description

一种矿井回风余热利用系统及控制方法
技术领域:
本发明涉及一种矿井回风余热利用系统及控制方法
背景技术:
矿井回风流温度、湿度常年基本恒定,温度一般在10-25℃,湿度在90%左右。矿井回风具有恒温、高湿、粉尘大、风量大的特点,同时矿井通风是保证井口正常作业的基础,然而冬季室外空气较低,若直接通入会造成严重的结冰现象,因此需对新风进行加热,目前矿井回风余热利用供暖技术并不成熟。矿井回风虽然余热资源较大,但仍存在许多地区回风温度不足15℃,矿井回风余热利用项目仍存在许多需要解决的问题,例如:喷淋换热耦合热泵技术,在回风温度较低时,该技术在取热能力上严重受限,并且存在喷淋水部分结冰、水漂等现象。在热泵井口加热系统运行系统发生故障时,由于热负荷量较大,很短时间内井口加热器就会发生冻裂现象,仍未找到合理的解决途径。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题,本发明提供一种矿井回风余热利用系统及控制方法。
一种矿井回风余热利用系统及控制方法系统包括两个部分,矿井回风余热利用装置和系统故障自动保护装置,矿井回风余热利用装置包括回风立井、引风道、1号回风扩散塔、2号回风扩散塔以及回风换热塔。系统故障自动保护装置包括热泵、分水器、集水器、蓄热装置、井口换热器和自动控制装置。
优选的,引风道内设两支路,设1号回风风机、2号回风风机,与回风立井和相连接、1号回风扩散塔、2号回风扩散塔相连接。1号回风扩散塔、2号回风扩散塔与回风风道相连接,1号回风扩散塔与回风风道设有风阀及软连接,2号回风扩散塔与回风风道设有风阀及软连接。优选的,回风风道设有自动平移式密封保温盖板。
优选的,回风风道与回风换热塔相连接,回风换热塔内设有乙二醇溶液换热器。优选的,回风风道做保温处理,乙二醇溶液换热器为耐腐蚀性强且导热性好的金属材质。优选的,乙二醇溶液换热器为设置自动清洗功能。
优选的,所述的系统故障自动保护装置,热泵与分水器、集水器(17)相连接,供水管路设有供水循环泵。优选的,分水器与蓄热装置通过供水管相连接。蓄热装置与井口换热器通过输热管相连,并设置控制系统。
优选的一种矿井回风余热利用系统及控制方法,包括以下步骤,1)矿井回风通过回风风机进入扩散塔,扩散塔和回风风道间设风阀,回风经过风阀进入回风管路,风机开启随之相应的风阀打开,风阀可以实现风机开启或关闭的自动切换。2)回风换热塔内设置乙二醇换热器,与回风通过间壁式换热吸收回风的热量,之后回风排除室外。回风风道内设有自动平移式密封保温盖板,当系统故障、换热量过大、供暖期外时可开启,以减少对主风机的影响。3)分水器中热水通过水泵将热水输送至蓄热装置,通过间壁式传热方式释放热量后进入至分水器。当回水管路温度高于设定值时,阀门关闭,蓄热系统不再蓄热。4)当系统出现故障时,检测到的井口防冻回水温度低于设定值时,关闭热泵供热水阀门,蓄热装置通过三通阀进入井口换热器,系统完成故障修理工作,重新开启热泵供热水阀门。
本发明由于采用以上技术方案,其优点如下:
1、由于本系统取热方式为乙二醇溶液间壁式换热,较喷淋换热系统而言,系统结构简单,而且由于乙二醇溶液凝结点较低,因此不会发生取热介质结冰现象。较喷淋水吸收回风热量而言,喷淋水系统在低温状态极易发生结冰现象,而乙二醇溶液换热器可吸收回风温度降至0℃甚至以下。
2、蓄热装置可根据负荷需求进行自动取热,在系统发生故障开时可以有效提供热量,在保证供热的同时可以有效的解决井口加热器故障结冰冻裂现象。
附图说明:
图1矿井回风余热利用装置俯视图
图2矿井回风余热利用装置剖面图
图3矿井回风余热利用系统流程图
图4矿井余热回收自动保护系统控制图
(1)回风立井;(2)引风道;(3)1号主通风机;(4)2号主通风机;(5)回风换热塔;(6)乙二醇换热器;(7)1号扩散塔;(8)2号扩散塔;(9)自动平移式密封保温盖板;(10)回风风道;(11)1号风阀;(12)1号风阀;(13)软连接;(14)扩散塔支架;(15)热泵;(16)分水器;(17)集水器;(18)蓄热装置;(19)井口换热器;(20)供水管路;(21)回水管路;(22)供水循环泵;(23)平衡装置;(24)供暖回水管路;(25)热用户管路;(26)井口;(27)取热循环泵;(28)供热循环泵;(29)井口防冻回水管;(30)井口防冻供水管;(31)井口防冻回水管温度传感器;(32)井口防冻供水管温度传感器;(33)取热供水管温度传感器;(34)取热水水管温度传感器;(35)自动控制装置;
本发明工作是这样实现的:
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图1-2所示:一种矿井回风余热利用系统及控制方法系统中,矿井回风余热利用装置包括回风立井(1)、引风道(2)、1号回风扩散塔(7)、2号回风扩散塔(8)以及回风换热塔(5)。引风道(2)内设两支路,设1号回风风机(3)、2号回风风机(4),引风道(2)与回风立井(1)和相连接、1号回风扩散塔(7)、2号回风扩散塔(8)相连接。扩散塔与回风风道间通过风阀和软连接相连,可以实现风机切换时,相应的关闭或开启风阀。回风风道(10)与回风换热塔(5)相连接,回风换热塔(5)内设有乙二醇溶液换热器(6)。换热器(6)吸收回风的热量,回风温度降低排出室外,乙二醇溶液吸收热量进入至热泵机组释放热量之后,乙二醇溶液温度降低进入换热器(6),往复循环完成热量交换。
如图3-4所示:一种矿井回风余热利用系统及控制方法系统中,系统故障自动保护装置包括热泵(15)、分水器(16)、集水器(17)、蓄热装置(18)、井口换热器(19)和自动控制装置(35)。热泵(15)通过供水管路(20)、回水管路(21)分别与分水器(16)、集水器(17)相连接,所述的供水管路设有供水循环泵。分水器(16)与蓄热装置(18)通过供水管相连接。分水器(16)和集水器(17)设有平衡装置(23),可以调节管路水力不平衡。蓄热装置(18)与井口换热器(19)通过输热管相连,并设置控制系统(28)。温度传感器、电动三通阀以及循环泵(27)、(28)与控制系统(35)相连接。蓄热装置(18)可有效的储存热量,并在系统故障时,实现自动切换,在为井口提供热量的同时保证井口加热器不会出现冻裂现象。
具体实施时可以分为:
第一阶段:回风立井(1)的回风经过引风道(2)在1号风机(3)的作用下进入1号扩散塔(7),此时1号风阀(11)开启,回风进入回风风道(10),当1号风机(3)切换至2号风机(4)时,2号风阀(12)开启,同时1号风阀(11)关闭。再非供暖期时,1号风阀(11)和2号风阀(12)全部打开,回风风道(10)侧的自动平移式密封保温盖板(9)全部打开,保证正常排风。
第二个阶段:回风通过回风道(10)进入回风换热塔(5),乙二醇溶液换热器(6)吸收回风的热量,回风温度降低排出室外,乙二醇溶液吸收热量进入至热泵机组释放热量之后,乙二醇溶液温度降低进入乙二醇溶液换热器(6),往复循环完成热量交换。
第三个阶段:热泵(15)吸收热量后,制取温度为50℃热水,供水循环泵(22)将热水通过供水管路(20)输送至分水器(16),由分水器(16)将热水分配给井口换热器(19)和热用户管路(25)。热水进入井口换热器(19)后,室外低温新风吸收热量温度升高输送至井口(29),循环水释放热量后温度降低,经过集水器一并进入热泵(15)。完成热量交换。
第四个阶段:分水器(16)中热水通过水泵(27)将热水输送至蓄热装置(18),通过间壁式传热方式释放热量后进入至分水器(16)。当回水管路(29)中温度传感器(31)值高于某一设定值同时温度传感器(34)值低于设定值时,水泵(27)开启系统自动蓄热。当回水管路(29)中温度传感器(31)和温度传感器(33)的值高于设定值时,水泵(27)关闭,蓄热系统不再蓄热。
第五个阶段:当系统出现故障时,回水管路(29)中温度传感器(31)值低于设定值,供热电动三通阀切换至蓄热装置(18)管路,蓄热装置(18)将乙二醇溶液通过三通阀进入井口换热器(19),同时发出警告,通知工作人员及时修理。系统完成故障修理工作,重新切换电动三通阀至热泵(15)管路。由于本系统取热方式为乙二醇溶液间壁式换热,较喷淋换热系统而言,系统结构简单,而且由于乙二醇溶液凝结点较低,因此不会发生取热介质结冰现象,同时系统蓄热装置,在保证供热的同时可以有效的解决井口加热器故障结冰冻裂现象。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,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 (8)

1.一种矿井回风余热利用系统及控制方法系统包括两个部分,矿井回风余热利用装置和系统故障自动保护装置,矿井回风余热利用装置包括回风立井(1)、引风道(2)、1号回风扩散塔(7)、2号回风扩散塔(8)以及回风换热塔(5)。系统故障自动保护装置包括热泵(15)、分水器(16)、集水器(17)、蓄热装置(18)、井口换热器(19)和自动控制装置(35)。
2.根据权利要求1所述的一种矿井回风余热利用系统及控制方法系统,其特征在于:所述的引风道(2)内设两支路,设1号回风风机(3)、2号回风风机(4),所述的引风道(2)与回风立井(1)和相连接、1号回风扩散塔(7)、2号回风扩散塔(8)相连接。
3.根据权利要求1所述的一种矿井回风余热利用系统及控制方法系统,其特征在于:所述的1号回风扩散塔(7)、2号回风扩散塔(8)与回风风道(10)相连接,1号回风扩散塔(7)与回风风道(10)设有风阀(11)及软连接(13),2号回风扩散塔(8)与回风风道(10)设有风阀(12)及软连接(13)。所述的回风风道(10)设有自动平移式密封保温盖板(9)。
4.根据权利要求1所述的一种矿井回风余热利用系统及控制方法系统,其特征在于:所述的回风风道(10)与回风换热塔(5)相连接,所述的回风换热塔(5)内设有乙二醇溶液间壁式换热器(6)。
5.根据权利要求1所述的一种矿井回风余热利用系统及控制方法系统,所述的系统故障自动保护装置,其特征在于:热泵(15)通过供水管路(20)、回水管路(21)分别与分水器(16)、集水器(17)相连接,所述的供水管路设有供水循环泵。所述的分水器(16)与蓄热装置(18)通过供水管相连接。所述的分水器(16)和集水器(17)设有平衡装置(23)。
6.根据权利要求1所述的一种矿井回风余热利用系统及控制方法系统,所述的系统故障自动保护装置,其特征在于:蓄热装置(18)与井口换热器(19)通过输热管相连,并设置控制系统(28)。
7.根据权利要求5、6所述的一种矿井回风余热利用系统及控制方法系统,所述的系统故障自动保护装置,其特征在于:温度传感器、电动三通阀以及循环泵(27)、(28)与控制系统(35)相连接。
8.根据权利要求1所述的一种矿井回风余热利用系统及控制方法系统,所述的风道(10)做保温处理,所述的换热器(6)为耐腐蚀性强且导热性好的金属材质。所述的换热器(6)为设置自动清洗功能。
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