CN111720998A - 矿井新风综合加热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明专利是一种矿井新风综合加热系统，矿井新风首先与矿井井口排风进行热交换，然后新风风管分成两路，第一路与电加热模块进行热交换，第二路与固体蓄热模块进行热交换；谷电时段第一路风管提供热风，非谷电时段第二路风管提供热风；固体蓄热设备蓄热量按照非谷电时段日总需求热量设计；第一风‑风型热管式换热器的换热量按照谷电时段小时最大需求热量设计；第二风‑风型热管式换热器的换热量按照非谷电时段小时最大需求热量设计；电加热模块加热功率按照谷电时段小时最大需求热量设计。减少了固体蓄热设备蓄热砖的用量，减小了设备体积，降低了热风加热系统的投资费用，同时对矿井排风的热量进行了回收利用，解决了排风口区域热污染问题。

Description

矿井新风综合加热系统
技术领域
本发明涉及一种加热系统。具体涉及一种利用矿井排风余热、电加热式固体蓄热设备对矿井所用新风进行加热的综合系统。本发明还涉及一种矿井新风综合加热方法。
背景技术
我国北方地区冬季时间长，室外温度低，比如我国偏北地区，一般冬季室外温度在零下十几度，极寒天气室温达到零下二十几度甚至更低。因此矿井通风加热系统热负荷大，能源消耗量大。另一方面，矿井排风的全年温度据不完全统计在18-30℃左右，排风量大，直接排放不但造成热能的巨大浪费，同时在排风区域形成热污染。随着全国煤改电政策的逐步推进，传统矿井通风加热系统所采用的燃煤锅炉受到越来越多的限制，相应地，采用蓄热系统对矿井进行通风加热系统改造越来越受重视。
蓄热系统的做法是利用谷电对蓄热设备加热，在非谷电阶段蓄热设备对矿井所用新风进行加热，从而降低用电成本。现行的做法是单独采用蓄热系统对矿井进行通风加热系统改造，所面临的问题是蓄热设备装机容量大，体积大，占地面积大，投资高等问题，实际推广过程中遇到很大阻力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：通过提供一种矿井新风综合加热方法以及一种矿井新风综合加热系统，对矿井排风热量、电热能以及蓄热设备的热能进行优化利用，以减少蓄热设备的装机容量，进而降低热风加热系统的占地面积和投资费用。
本发明技术方案如下：
一种矿井新风综合加热方法，利用矿井井口排风余热、电加热模块以及固体蓄热模块对矿井新风进行加热，其特征在于：矿井新风首先与矿井井口排风进行热交换，然后新风风管分成两路，其中第一路风管通过第一风-风型热管式换热器连接实现新风与电加热模块进行热交换，第二路风管与第二风-风型热管式换热器连接实现新风与固体蓄热模块进行热交换；谷电时段利用第一路风管提供井口所需热风，非谷电时段利用第二路风管提供井口所需热风；设备选型时，固体蓄热设备蓄热量按照非谷电时段日总需求热量设计；第一风-风型热管式换热器的换热量按照谷电时段小时最大需求热量设计；第二风-风型热管式换热器的换热量按照非谷电时段小时最大需求热量设计；电加热模块加热功率按照谷电时段小时最大需求热量设计；所述的总需求热量为矿井热风总热能减去矿井新风与矿井井口排风热交换吸收的热量。
如遇极端寒冷天气，将两路热风合并提供热风。
一种矿井新风综合加热系统，其特征在于它包括作为余热回收装置的转轮式余热回收装置、电加热模块和固体蓄热设备，还包括第一风-风型热管式换热器和第二风-风型热管式换热器；所述余热回收装置的高温进风端连接矿井井口排风管，排风端连接室外排风管，新风进风端连接第一风管，新风出风端带有第二风管；所述的第二风管通过第一电动风阀连接第一风-风型热管式换热器的新风进风口，通过第二电动风阀连接第二风-风型热管式换热器的新风进风口，第一风-风型热管式换热器的新风出风口通过第三风管连接用风管，第二风-风型热管式换热器的新风出风口通过第四风管连接用风管；第一风-风型热管式换热器的热风进风口通过第五风管连接电加热模块的出风口，第一风-风型热管式换热器的热风出风口通过第六风管连接电加热模块的进风口；第二风-风型热管式换热器的热风进风口通过第七风管连接固体蓄热设备的出风口，第二风-风型热管式换热器的热风出风口通过第八风管连接固体蓄热设备的进风口。
优选地，所述的余热回收装置为转轮式余热回收装置。
相对于现有技术，本发明具有以下积极效果：
1.本发明的优化设计能够有效减少固体蓄热设备蓄热砖的用量，减少了固体蓄热设备装机容量，减小固体蓄热设备体积，减少设备机房占地面积，降低系统投资，有效降低系统运行费用。本发明的设计能够保证非谷电时段蓄热模块释放热量时热风不通过不工作的电加热模块，避免新风短路，并且能够保证谷电时段电加热模块释放热量时，热风不通过蓄热模块，以避免影响蓄热模块蓄热。
2.电加热式固体蓄热设备的风-风换热器采用热管式换热器，依靠热管内注入介质的相变完成热量的交换，具有传热系数高的优势，传热系数比列管式换热器可高出5-10倍；传热温差大，热管换热器可以实现纯粹的逆流换热，具有较大的传热温差。在传递相同热量的情况下，热管换热器所需要的传热面积小，具有良好的紧凑性，使其占地面积和金属消耗量减少；热管元件彼此独立，因此热管元件具有良好的可拆换性，便于维护和检修；热管的加热段和冷却段的面积可以人为调节，管壁温度也可相应得到调节，因而具有较强的抗露点腐蚀能力，即使一支或几支热管腐蚀漏液，也不会造成冷热两种流体的掺混；冷热两流体的换热，全部为热管外部换热，表面上的积灰容易清洗。。
3.通过北方地区历年冬季最冷日逐时温度分布曲线可知，井口热风加热系统每日所需最大热负荷出现时段一般在22：00-8：00，此时段正处于谷价电时段，因此电加模块开启时段在谷电时段，能够有效降低系统运行费用。
4.本发明通过转轮式余热回收系统对矿井排风进行热回收，回收的用热用于预热井口新风，新风在通过电加热模块或（和）电蓄热系统加热后送入新风井口，不但回收利用了热能，而且减轻了排风区域的热污染。
附图说明
图1为本发明实施例工作原理及工作流程示意图；
图2为本发明实施例中固体蓄热设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明发明。
本发明一种矿井新风综合加热方法的实施例，利用矿井井口排风余热、电加热模块以及固体蓄热模块对矿井新风进行加热，矿井新风首先与矿井井口排风进行热交换，然后新风风管分成两路，其中第一路风管通过第一风-风型热管式换热器连接实现新风与电加热模块进行热交换，第二路风管与第二风-风型热管式换热器连接实现新风与固体蓄热模块进行热交换；谷电时段利用第一路风管提供井口所需热风，非谷电时段利用第二路风管提供井口所需热风；设备选型时，固体蓄热设备蓄热量按照非谷电时段日总需求热量设计；第一风-风型热管式换热器的换热量按照谷电时段小时最大需求热量设计；第二风-风型热管式换热器的换热量按照非谷电时段小时最大需求热量设计；电加热模块加热功率按照谷电时段小时最大需求热量设计；所述的总需求热量为矿井热风总热能减去矿井新风与矿井井口排风热交换吸收的热量。如遇极端寒冷天气，将两路热风合并提供热风。
以下是本发明矿井新风综合加热系统的实施例。
如图1，本实施例包括作为余热回收装置的转轮式余热回收装置1、电加热模块3和固体蓄热设备5。
所述转轮式余热回收装置1的高温进风端连接矿井井口排风管1-1，排风端连接室外排风管1-2，新风进风端连接第一风管1-3，新风出风端带有第二风管1-4。
本实施例还包括第一风-风型热管式换热器2和第二风-风型热管式换热器4。
所述的第二风管1-4通过第一电动风阀1-4-1连接第一风-风型热管式换热器2的新风进风口，通过第二电动风阀1-4-2连接第二风-风型热管式换热器4的新风进风口，第一风-风型热管式换热器2的新风出风口通过第三风管2-3连接用风管6，第二风-风型热管式换热器4的新风出风口通过第四风管4-3连接用风管6。
第一风-风型热管式换热器2的热风进风口通过第五风管2-1连接电加热模块3的的出风口，第一风-风型热管式换热器2的热风出风口通过第六风管2-2连接电加热模块3的进风口；第二风-风型热管式换热器4的热风进风口通过第七风管4-1连接固体蓄热设备5的出风口，第二风-风型热管式换热器4的热风出风口通过第八风管4-2连接固体蓄热设备5的进风口。
电加热模块3包括壳体和安装在壳体中的电加热丝，壳体中被电热丝加热的风循环流经第一风-风型热管式换热器2，释放热量后的高温热风通过第六风管2-2回到电加热模块继续被加热。高温热风循环动力来自高温变频风机。
如图1和图2，所述固体蓄热设备5包括壳体和安装在壳体内的若干个蓄热模块，本实施例为第一蓄热模块5-1、第二蓄热模块5-2、第三蓄热模块5-3。蓄热模块安装有电加热丝和蓄热砖。壳体一侧安装有高温变频风机7。
固体蓄热设备5的高温热风通过第七风管4-1进入第二风-风型热管式换热器4，释放热量后的高温热风通过第八风管4-2回到固体蓄热设备继续被加热。
固体蓄热设备5和电加热模块3释放热量的切换通过第一电动风阀1-4-1和第二电动风阀1-4-2的开启、关闭实现。谷电时间段，第一电动风阀1-4-1开启，第二电动风阀1-4-2关闭，电加热模块3通电加热，满足谷电时段矿井热风需求，蓄热模块则通电进行蓄热；非谷电时间段，第一电动风阀1-4-1关闭，第二电动风阀1-4-2开启，蓄热模块进行放热，满足非谷电时间段矿井热风需求。当出现极寒天气时，可以同时开启第一电动风阀1-4-1和第二电动风阀1-4-2。
所述矿井包括煤炭矿井、金属矿井和其他非金属矿井。

Claims (4)

1.一种矿井新风综合加热方法，利用矿井井口排风余热、电加热模块以及固体蓄热模块对矿井新风进行加热，其特征在于：矿井新风首先与矿井井口排风进行热交换，然后新风风管分成两路，其中第一路风管通过第一风-风型热管式换热器连接实现新风与电加热模块进行热交换，第二路风管与第二风-风型热管式换热器连接实现新风与固体蓄热模块进行热交换；谷电时段利用第一路风管提供井口所需热风，非谷电时段利用第二路风管提供井口所需热风；设备选型时，固体蓄热设备蓄热量按照非谷电时段日总需求热量设计；第一风-风型热管式换热器的换热量按照谷电时段小时最大需求热量设计；第二风-风型热管式换热器的换热量按照非谷电时段小时最大需求热量设计；电加热模块加热功率按照谷电时段小时最大需求热量设计；所述的总需求热量为矿井热风总热能减去矿井新风与矿井井口排风热交换吸收的热量。
2.如权利要求1所述的矿井新风综合加热方法，其特征在于：如遇极端寒冷天气，将两路热风合并提供热风。
3.一种实施权利要求1或2所述加热方法的矿井新风综合加热系统，其特征在于它包括作为余热回收装置的转轮式余热回收装置（1）、电加热模块（3）和固体蓄热设备（5），还包括第一风-风型热管式换热器（2）和第二风-风型热管式换热器（4）；所述余热回收装置（1）的高温进风端连接矿井井口排风管（1-1），排风端连接室外排风管（1-2），新风进风端连接第一风管（1-3），新风出风端带有第二风管（1-4）；所述的第二风管（1-4）通过第一电动风阀（1-4-1）连接第一风-风型热管式换热器（2）的新风进风口，通过第二电动风阀（1-4-2）连接第二风-风型热管式换热器（4）的新风进风口，第一风-风型热管式换热器（2）的新风出风口通过第三风管（2-3）连接用风管（6），第二风-风型热管式换热器（4）的新风出风口通过第四风管（4-3）连接用风管（6）；第一风-风型热管式换热器（2）的热风进风口通过第五风管（2-1）连接电加热模块（3）的出风口，第一风-风型热管式换热器（2）的热风出风口通过第六风管（2-2）连接电加热模块（3）的进风口；第二风-风型热管式换热器（4）的热风进风口通过第七风管（4-1）连接固体蓄热设备（5）的出风口，第二风-风型热管式换热器（4）的热风出风口通过第八风管（4-2）连接固体蓄热设备（5）的进风口。
4.如权利要求2或3所述的加热系统，其特征在于所述的余热回收装置为转轮式余热回收装置。
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