CN111237849B - 一种用于废弃矿井的间接取暖装置及采用该装置进行取暖的方法 - Google Patents

一种用于废弃矿井的间接取暖装置及采用该装置进行取暖的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于废弃矿井的间接取暖装置及采用该装置进行取暖的方法，包括由回流用隔热内管及导热外管构成的取暖管道，该取暖管道尾端的导热外管为球形状，并与回流用隔热内管相连通，该取暖管道的顶端与热交换器相连接；回流用隔热内管的外壁上及导热外管的内壁上均设有扰流板，导热外管的外壁设置成凸槽或凹槽状，并同时沿轴向设有导热板；取暖时将铺设完成的取暖管道的连接端与热交换器相连，并在连接处安装循环水泵，将调配好的循环导热液注入取暖管道中并促进循环导热液的流动。该间接取暖装置不仅有效提高了热能采集的效率，且将废弃矿井再利用，对地下环境的影响较小，地下热能的储量相对平衡；同时，模块化施工，具有较快的施工效率。

Description

一种用于废弃矿井的间接取暖装置及采用该装置进行取暖的 方法
技术领域
本发明属于取暖装置领域，尤其涉及一种用于废弃矿井的间接取暖装置及采用该装置进行取暖的方法。
背景技术
随着矿产资源的深入开采以及各国因生态环境问题而选择逐步淘汰传统化石能源，大量的地下巷道、硐室被废弃。据统计，世界范围内废弃矿井的数量超过100万座。废弃矿井引起资源浪费的同时带来严重的环境与社会问题，因此如何科学开发利用废弃矿井资源，促进资源枯竭型矿区转型，成为当今世界能源环境领域的重要议题。由于矿井的深度较深，其中蕴含的地热能资源也是丰富的，因此，如何合理的、可靠的、长久的利用这些地热资源是一个问题。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的是提供一种有效提高热能采集效率，且对地下环境影响小、地下热能储量相对平衡的用于废弃矿井的间接取暖装置；
本发明的第二目的是提供采用该装置进行取暖的方法。
技术方案：本发明用于废弃矿井的间接取暖装置，包括由回流用隔热内管及导热外管构成的取暖管道，该取暖管道尾端的导热外管为球形状，并与回流内管相连通，该取暖管道的顶端与热交换器相连接；回流用隔热内管的外壁上及导热外管的内壁上均设有将水体由层流模式转变成絮流模式的若干扰流板，导热外管的外壁设置成凸槽或凹槽状，并同时沿轴向设有若干呈放射状分布的、用于将热量传导至导管外管内的导热板。
进一步说，本发明装置还包括用于对取暖管道进行防护和支撑的、径向截面呈U型或三角型的管道固定件。优选的，该管道固定件可包括第一固定架、第二固定架及固定底座，各固定架之间通过凹凸配合槽首尾相连。设于管道固定件与取暖管道之间的柔性防护件，该柔性防护件包括底部柔性垫层和顶部柔性垫层，所述底部柔性垫层置于所述固定底座上，其顶端中部设置有凹坑，该凹坑贴合取暖导管的底部侧壁，所述顶部柔性垫层摊铺在取暖导管的顶部侧壁上，其顶部贴附在管道固定件的内腔侧壁上。设于导热外管外壁上、对其管体进行保护的防锈蚀组件。
再进一步说，本发明取暖管道的中间端可由若干段导热外管拼接而成，相邻两段导热外管的外壁上延伸设有连接件，该连接件包括法兰、紧固螺栓及密封垫圈，所述相连接的法兰上分别设有凹凸配合槽。
更进一步说，本发明导热外管的外侧壁上设有U型槽口，导热板呈单层或多层的板状，其上设有与该U型槽相配合的T型块。
本发明采用上述取暖装置进行取暖的方法，包括如下步骤：
(1)依据废弃矿井的尺寸和热容量，确定合适的回流用隔热内管、导热外管和导热板尺寸，并设计对应导热效率的循环导热液的配合比，将取暖管道安放在待铺设管道的路线上；
(2)向废弃的矿井中注入水体，淹没取暖管道和导热板；
(3)将铺设完成的取暖管道的连接端与热交换器相连，并在连接处安装循环水泵，将调配好的循环导热液注入取暖管道中并促进循环导热液的流动。
有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：该间接取暖装置不仅有效提高了热能采集的效率，且将废弃矿井再利用，对地下环境的影响较小，冬天从地下采暖，夏天热量补充回地下，地下热能的储量相对平衡；同时，通过多套部件的组合使用，模块化施工，具有较快的施工效率。
附图说明
图1为本发明装置的整体应用场景示意图；
图2为本发明装置的整体平面结构示意图；
图3为本发明装置的取暖管道连接结构示意图；
图4为本发明装置的取暖管道剖面结构示意图；
图5为本发明装置的管道连接件结构示意图；
图6为本发明装置的管道固定件结构示意图；
图7为本发明装置的柔性防护件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。
本发明用于废弃矿井的间接取暖装置，包括取暖管道，对该取暖管道进行防护和支撑的管道固定件8，设于管道固定件8与取暖管道之间、进一步对取暖管道进行防护的柔性防护件12，以及设于导热外管2外壁上、对其管体进行保护的防锈蚀组件15，如图1所示。
其中，如图2至图5所示，取暖管道的主体呈现空心圆柱状，由回流用隔热内管1及导热外管2构成，回流内管1延长循环导热液在取暖管道内流动路径，进而延长换热时间，提高了热能吸收的效果，其由绝热材料制成；导热外管2的主要材料为铜、铝等高导热性的材料，用于提高取暖管道的换热性能。取暖管道尾端的导热外管2为球形状，并与回流内管1相连通，不仅用来增大端部导热外管2的换热面积，且用于保持内部循环导热液的回流循环。取暖管道的顶端与热交换器3相连接。中间端可由若干段导热外管2拼接而成，相邻两段导热外管2的外壁上延伸设有连接件，该连接件包括法兰6、紧固螺栓7及密封垫圈，所述相连接的法兰6上分别设有凹凸配合槽，密封垫圈放置于法兰6之间，紧固螺栓贯穿法兰6侧壁上的螺纹孔进行固定。回流用隔热内管1的外壁上及导热外管2的内壁上均设有将水体由层流模式转变成絮流模式的若干扰流板4，增加了流体的换采热效率，同时增加了循环导热液的流动时间，从而提高了换热效果。导热外管2的外壁设置成均匀或非均匀分布的凸槽或凹槽状，以增大与外部水体的换热面积。导热外管2的外侧壁上沿轴向设有U型槽口，该U型槽口内设置呈放射状分布的、用于将热量传导至导管外管内导热板5，该导热板5呈单层或多层的板状，沿取暖管道的径向方向设置，其上设有与该U型槽相配合的T型块，间接增大导热外管2的导热面，用于将传导矿井巷道中的热量传导至导热外管2内，提高换热效果。
如图6所示，管道固定件8由混凝土材料制备，用于限定取暖管道的位置，并用于对取暖导管的防护和支撑。其径向截面呈U型或三角型，包括第一固定架9、第二固定架10及固定底座11，各固定架之间通过凹凸配合槽首尾相连，其中第一固定架9和第二固定架10主体结构相同，连接后构成支撑外框。
如图7所示，柔性防护件12用于进一步对取暖管道的防护，柔性防护件12呈三角状或开口向下的U型，包括底部柔性垫层13和顶部柔性垫层14，等间距分布在导热外管2的连接处。其中，底部柔性垫层13主要填充的材料为细沙或其他不溶于水的材料，顶端中设有凹坑，以适配导热外管2的底部侧壁；顶部柔性垫层14呈带状分布，摊铺在导热外管2的顶部，并被限制在第一固定架9和第二固定架10的内腔底部，在导热外管2与管道固定件8间起隔离的作用。
防锈蚀组件15设于取暖管道的外侧壁底部，采用活泼金属可以为锌，通过电化学的方式对管体材料中的铜或铝进行保护，即防锈蚀组件15为通过卡扣方式连接在导热管上的锌块，通过牺牲阳极的阴极保护法来保护导热外管(外管由铜制成)。循环导热液具有高导热的特性，可采用包含了纳米氧化铜或纳米氧化铝的去离子水溶液。
本发明采用上述取暖装置进行取暖的方法，包括如下步骤：
(1)管体尺寸设计：依据矿井16的尺寸和热容量，确定合适的回流用隔热内管1、导热外管2和导热板5尺寸，并设计对应导热效率的循环导热液的配合比；
(2)现场准备：在现场完成回流用隔热内管1、导热外管2、柔性防护件12、管道固定件8和防锈蚀组件15的安装，并在内外管道的接头处、管道固定件8的接头处涂抹对应胶水，同时完成循环导热液的调配；
(3)场地整平：废弃的矿井中如有大量的水体，需先将水体抽出，然后将需要铺设取暖管道的矿井底部进行整平，以方便管体的铺设；
(4)管体底座安放：将固定底座安放在待铺设管道的路线上；
(5)管体安放：依次将取暖管道铺设在固定底座上；
(6)管体组合：通过紧固螺栓使取暖管道可靠连接，同时安装导热板5和柔性防护件12；
(7)固定装置拼接：完成管道固定件的拼接，并在管道固定件的两脚处添加沙袋17等重物，提高其稳定性；
(8)循环液导入：先对取暖管道的完整性进行测试，如果存在缺陷，则更换对应处的管体，若完好，则将调配好的循环导热液注入取暖管道中，并进入下一步；
(9)矿井注水：向废弃的矿井中注入水体，充分与取暖管道和导热板5接触。
(10)热能利用：将铺设完成的取暖管道的连接端与热交换器相连，并在连接处安装循环水泵，促进循环导热液的流动，即通过在水泵加压的方式使得循环水在从外管流入，内管流出，当水体在导热外管流入时，通过外管与矿井水之间进行热交换，吸收热量，然后通过内管循环至地面热能提取装置，提取热量，且内管为隔热性，防止在热水运输过程中热量被外管中的冷水消耗。
本发明采用该装置进行取暖时，导热外管的尺寸设计需要依据矿井巷道的尺寸，以及矿井下能产生的热容量等因素，避免因材料浪费或换热不足而降低装置的工作效率。现场准备过程中，取暖管道按要求完成一段一段的装配，并在其内腔中设置能够回流用的内管，再将柔性防护件、管道固定件和防锈蚀组件装配成型，调配出合适比例的循环导热液；而后，在矿井巷道内进行场地平整，积水清除，在巷道内平整后的地面上安放固定底座，并在固定底座上放置底部柔性垫层，再依次将导热外管相邻安放在底部柔性垫层上，通过施工工具将导热外管依次相连，形成完整的取暖管道，再在导热外管的连接处摊铺底部柔性垫层，在导热外管的外侧壁上安装辅助导热板，完成后，将第一固定架、第二固定架与固定底座依次首位拼接相连，并在第一固定架和第二固定架的底部添加重物加固，提高稳定性。在向取暖管道中注入循环导热液之前，需要先进行密封性监测，也可以在步骤(6)管体组合完成即检测，确保密封性良好的情况下才注入调配好的循环导热液。矿井巷道中的部件装配完成后，再向矿井巷道中注水，以完全填充矿井巷道，本装置能够与矿井巷道内的水充分接触，巷道中的水逐渐从地下水中吸收热量而达到稳定，再通过取暖管道逐渐将热量传递至循环导热液内。

Claims (5)

1.一种用于废弃矿井的间接取暖装置，其特征在于：该装置包括由回流用隔热内管(1)及导热外管(2)构成的取暖管道，该取暖管道尾端的导热外管(2)为球形状，并与回流用隔热内管(1)相连通，该取暖管道的顶端与热交换器(3)相连接；回流用隔热内管(1)的外壁上及导热外管(2)的内壁上均设有将水体由层流模式转变成絮流模式的若干扰流板(4)，导热外管(2)的外壁设置成凸槽或凹槽状，并同时沿轴向设有若干呈放射状分布的、用于将热量传导至导热外管(2)内的导热板(5)；
所述取暖管道的中间端由若干段导热外管(2)拼接而成，相邻两段导热外管(2)的外壁上延伸设有连接件，该连接件包括法兰(6)、紧固螺栓(7)及密封垫圈，所述相连接的法兰(6)上分别设有凹凸配合槽；
该装置还包括用于对取暖管道进行防护和支撑、径向截面呈U型或三角型的管道固定件(8)；
所述管道固定件(8)包括第一固定架(9)、第二固定架(10)及固定底座(11)，各固定架之间通过凹凸配合槽首尾相连。
2.根据权利要求1所述的用于废弃矿井的间接取暖装置，其特征在于：该装置还包括设于管道固定件(8)与取暖管道之间的柔性防护件(12)，该柔性防护件(12)包括底部柔性垫层(13)和顶部柔性垫层(14)，所述底部柔性垫层(13)置于所述固定底座(11)上，其顶端中部设置有凹坑，该凹坑贴合取暖导管的底部侧壁，所述顶部柔性垫层(14)摊铺在取暖导管的顶部侧壁上，其顶部贴附在管道固定件(8)的内腔侧壁上。
3.根据权利要求1所述的用于废弃矿井的间接取暖装置，其特征在于：所述导热外管(2)的外侧壁上设有U型槽口，导热板(5)呈单层或多层的板状，其上设有与该U型槽口相配合的T型块。
4.根据权利要求1所述的用于废弃矿井的间接取暖装置，其特征在于：该装置还包括设于导热外管(2)外壁上、对其管体进行保护的防锈蚀组件(15)。
5.采用权利要求1所述用于废弃矿井的间接取暖装置进行取暖的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)依据废弃矿井的尺寸和热容量，确定合适的回流用隔热内管(1)、导热外管(2)和导热板(5)尺寸，并设计对应导热效率的循环导热液的配合比，将取暖管道安放在待铺设管道的路线上；
(2)向废弃的矿井中注入水体，淹没取暖管道和导热板(5)；
(3)将铺设完成的取暖管道的连接端与热交换器(3)相连，并在连接处安装循环水泵，将调配好的循环导热液注入取暖管道中并促进循环导热液的流动。
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