CN113294195A - 一种用于煤矿井口防冻的乏风取热系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用于煤矿井口防冻的乏风取热系统及方法，包括吸热回路和放热回路，吸热回路和放热回路通过水源热泵机组连接，吸热回路包括高压水泵、沉降组件和水力反冲装置，循环水从水源热泵机组流出，依次经过高压水泵、水力反冲装置和沉降组件后返回水源热泵机组。本发明产生的有益效果是：水力反冲装置通过喷嘴喷出循环水的水压为叶轮转动动提供动力，叶轮转动从主通风道内吸取乏风到旁通风道内，不会产生风阻；通过沉降组件的作用可以保证环路不受乏风粉尘的影响；并且旁通风道内不用进行接电，且旁通风道上部设有开口，使系统无防爆要求；整套系统投资小，效率高，节能潜力大。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿节能技术领域，特别是指一种用于煤矿井口防冻的乏风取热系统及方法。
背景技术
井口防冻是煤矿冬季安全生产的重要前提，如果不对井口送风进行加热会使矿井各处结冰，影响矿井内生产设备的正常运行，严重时甚至会造成卡罐、矿井停产等重大事故。因此，井口防冻是保证矿井安全生产的必要措施。2018年原煤占国内一次能源生产总量的69.2%、占能源消费总量的59%，煤炭资源仍然占据了我国能源市场的主导位置。我国煤炭资源分布广泛，但大部分分布在北方地区，华北地区保有储量占全国的49.25%，西北地区保有储量占全国的30.39%。我国大部分煤矿因地理位置原因在冬季时日最低温度低于零度，时间长达3-4个月，因此需要进行井口送风加热。
目前我国矿井中的井口送风加热主要通过在井口处安装电加热器实现，耗电量大，并且乏风中含有部分甲烷，用电加热器接电时危险性较大。井口乏风余热回收装置采用闭式换热回收余热，大量潜热无法回收且增大排风井风阻。
发明内容
本发明提出一种用于煤矿井口防冻的乏风取热系统及方法，解决了现有技术中危险性较大，排风井风阻较大的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于煤矿井口防冻的乏风取热系统，包括吸热回路和放热回路，吸热回路和放热回路通过水源热泵机组连接，吸热回路包括高压水泵、沉降组件和水力反冲装置，循环水从水源热泵机组流出，依次经过高压水泵、水力反冲装置和沉降组件后返回水源热泵机组，取热系统在吸热回路进行吸热，并将热量传递至水源热泵机组，放热回路将水源热泵机组的热量传递至井口进行放热，提高井口温度，起到防冻效果。高压水泵将循环水从水源热泵机组输送至水力反冲装置，水力反冲装置将循环水喷出并进行吸热，吸热后的循环水经沉降组件处理后输送至水源热泵机组。
所述水力反冲装置竖向设置在旁通风道内，且旁通风道上部设有开口，水力反冲装置喷出的循环水在旁通风道内吸收乏风的潜热。所述旁通风道与主通风道连通，叶轮转动从主通风道内抽取乏风到旁通风道内。
所述水力反冲装置包括支管和叶轮，支管送水管转动连接，叶轮与支管一体连接，支管上同向设有若干个均匀布置的喷嘴，循环水从喷嘴喷出形成水雾进行吸热，并产生反向的力，使支管在送水管上反向转动，支管旋转带动一体连接的叶轮转动，叶轮转动抽取乏风。水力反冲装置的转动不需要接电，无防爆要求，提高取热系统使用安全性。
所述支管通过旋转接头与送水管连接，使支管可绕送水管转动。所述支管的数量至少有两个，支管呈圆周阵列布置，圆周阵列布置的支管使喷嘴喷出的水雾更加均匀。
所述沉降组件包括集水槽、沉淀池和除垢装置，集水槽设置在旁通风道内部，循环水依次经过集水槽、沉淀池和除垢装置，除垢装置与水源热泵机组连通，循环水与乏风换热过程中会吸附乏风中的粉尘，沉降组件可以去除循环水中的粉尘。
所述集水槽纵向设置在旁通风道底部，收集换热后的循环水，沉淀池顶部低于集水槽，使集水槽内收集的循环水持续进入沉淀池。
所述放热回路包括井口换热器和循环水泵，循环水从水源热泵机组流出，依次经过循环水泵和井口换热器后返回水源热泵机组，循环水泵将循环水从水源热泵机组输送至井口换热器，并在井口进行放热。
一种用于煤矿井口防冻的乏风取热系统的取热方法，包括吸热过程和放热过程，其中吸热过程如下：高压水泵将循环水从水源热泵机组抽出并送至水力反冲装置，水力反冲装置将循环水雾化并喷出，雾化的循环水在旁通风道内进行吸热，吸热后的循环水经沉降组件返回水源热泵机组，完成吸热过程；
放热过程如下：循环水泵将循环水从水源热泵机组抽出并送至井口换热器，循环水在井口换热器处进行放热后返回水源热泵机组，完成放热过程。
本发明产生的有益效果是：水力反冲装置通过喷嘴喷出循环水的水压为叶轮转动动提供动力，叶轮转动从主通风道内吸取乏风到旁通风道内，不会产生风阻，并且喷嘴喷出的水雾可有效增强换热效率；通过沉降组件的作用可以保证环路不受乏风粉尘的影响；并且旁通风道内不用进行接电，且旁通风道上部设有开口，使系统无防爆要求；整套系统投资小，效率高，节能潜力大。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明用于煤矿井口防冻的乏风取热系统示意图。
图2为水力反冲装置俯视图。
图中：1-主通风道，2-旁通风道，3-集水槽，4-沉淀池，5-除垢装置，6-水源热泵机组，7-高压水泵，8-水力反冲装置，81-叶轮，82-支管，83-喷嘴，9-井口换热器，10-循环水泵。
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动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。
实施例1，如图1所示，一种用于煤矿井口防冻的乏风取热系统，包括吸热回路和放热回路，吸热回路在旁通风道2内与乏风进行吸热，放热回路在井口进行放热，吸热回路和放热回路通过水源热泵机组6连接，吸热回路吸收的热量通过水源热泵机组6进入放热回路中，吸热回路包括高压水泵7、沉降组件和水力反冲装置8，循环水从水源热泵机组6流出，依次经过高压水泵7、水力反冲装置8和沉降组件后返回水源热泵机组6，高压水泵7为吸热回路中的循环水流动提供动力，水力反冲装置8将循环水从喷嘴83中喷出并形成水雾，水雾吸收乏风中的潜热，沉降组件去除循环水吸附的粉尘，减小乏风中粉尘的影响。
进一步，水力反冲装置8竖向设置在旁通风道2内，使水雾均匀喷洒到旁通风道2内，且旁通风道2的上部设有开口，乏风运动不会产生风阻，旁通风道2上部加高，防止水力反冲装置8喷出的循环水从排风口逸出。旁通风道2与主通风道1连通，叶轮81转动会将主通风道1内乏风抽取至旁通风道2内。
进一步，如图2所示，水力反冲装置8包括支管82和叶轮81，支管82通过旋转接头与送水管连接，支管82的数量至少有两个，且支管82呈圆周阵列布置，支管82可沿送水管转动，叶轮81与支管82一体连接，支管82可带动叶轮81进行转动，支管82上同向设有若干个均匀布置的喷嘴83，喷嘴83喷出水雾，均匀布置的喷嘴83使产生的水压更均匀。喷嘴83喷出水雾产生反向水压带动支管82转动，支管82带动叶轮81转动，叶轮81转动抽取主通风道1内的乏风。
实施例2，沉降组件包括集水槽3、沉淀池4和除垢装置5，集水槽3设置在旁通风道2内部，集水槽3纵向设置在旁通风道2底部集水槽3贯穿旁通风道2底部，对吸热后的循环水进行收集，循环水依次经过集水槽3、沉淀池4和除垢装置5，沉淀池4顶部开口低于集水槽3，集水槽3收集的循环水进入沉淀池4，循环水经过沉淀池4和除垢装置5去除其中吸附的粉尘，除垢装置5与水源热泵机组6连通，除垢装置5将循环水通入水源热泵机组6。
进一步，放热回路包括井口换热器9和循环水泵10，循环水从水源热泵机组6流出，依次经过循环水泵10和井口换热器9后返回水源热泵机组6，循环水泵10为放热回路内循环水的流动提供动力，井口换热器9在井口进行放热提高井口温度。其他结构与实施例1相同。
实施例3，一种如实施例2所述的用于煤矿井口防冻的乏风取热方法，包括吸热过程和放热过程，其中吸热过程如下：高压水泵7将循环水从水源热泵机组6抽出并送至水力反冲装置8，水力反冲装置8的喷嘴83喷出循环水并将循环水雾化，喷嘴83喷出循环水产生反向水压使支管82转动，支管82转动带动叶轮81转动，叶轮81转动抽取主通风道1内乏风进入旁通风道2内，水雾随乏风不断上升过程中互相碰撞粒径不断变大，在到达旁通风道2最高处前受重力影响落下，同时雾化的循环水与乏风接触，循环水吸收乏风中的潜热，集水槽3对落下的循环水进行收集，集水槽3收集的循环水进入沉淀池4和除垢装置5去除吸热时从乏风中吸附的粉尘，消除粉尘的影响，循环水经过沉淀池4和除垢装置5后进入水源热泵机组6，完成吸热过程；
放热过程如下：水源热泵机组6将在乏风中吸收的热能转移至放热回路中，循环水泵10将循环水从水源热泵机组6抽出并送至井口换热器9，在井口换热器9处进行送风放热，将热量转移至井口，提高进口温度，进行井口防冻，循环水在井口换热器9处进行放热后返回水源热泵机组6，完成放热过程。
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 (10)
1.一种用于煤矿井口防冻的乏风取热系统，包括吸热回路和放热回路，其特征在于，吸热回路和放热回路通过水源热泵机组（6）连接，吸热回路包括高压水泵（7）、沉降组件和水力反冲装置（8），循环水从水源热泵机组（6）流出，依次经过高压水泵（7）、水力反冲装置（8）和沉降组件后返回水源热泵机组（6）。
2.根据权利要求1所述的用于煤矿井口防冻的乏风取热系统，其特征在于，水力反冲装置（8）竖向设置在旁通风道（2）内，且旁通风道（2）上部设有开口。
3.根据权利要求2所述的用于煤矿井口防冻的乏风取热系统，其特征在于，旁通风道（2）与主通风道（1）连通。
4.根据权利要求1或2或3所述的用于煤矿井口防冻的乏风取热系统，其特征在于，水力反冲装置（8）包括支管（82）和叶轮（81），支管（82）与送水管转动连接，叶轮（81）与支管（82）一体连接，支管（82）上同向设有若干个均匀布置的喷嘴（83）。
5.根据权利要求4所述的用于煤矿井口防冻的乏风取热系统，其特征在于，支管（82）通过旋转接头与送水管连接。
6.根据权利要求4所述的用于煤矿井口防冻的乏风取热系统，其特征在于，支管（82）的数量至少有两个，且支管（82）呈圆周阵列布置。
7.根据权利要求1~3、5、6任一项所述的用于煤矿井口防冻的乏风取热系统，其特征在于，沉降组件包括集水槽（3）、沉淀池（4）和除垢装置（5），集水槽（3）设置在旁通风道（2）内部，循环水依次经过集水槽（3）、沉淀池（4）和除垢装置（5），除垢装置（5）与水源热泵机组（6）连通。
8.根据权利要求7所述的用于煤矿井口防冻的乏风取热系统，其特征在于，集水槽（3）纵向设置在旁通风道（2）底部，沉淀池（4）顶部低于集水槽（3）。
9.根据权利要求1或5或6后8所述的用于煤矿井口防冻的乏风取热系统，其特征在于，放热回路包括井口换热器（9）和循环水泵（10），循环水从水源热泵机组（6）流出，依次经过循环水泵（10）和井口换热器（9）后返回水源热泵机组（6）。
10.一种如权利要求1~9任一项所述用于煤矿井口防冻的乏风取热系统的取热方法，其特征在于，包括吸热过程和放热过程，其中吸热过程如下：高压水泵（7）将循环水从水源热泵机组（6）抽出并送至水力反冲装置（8），水力反冲装置（8）将循环水雾化并喷出，雾化的循环水在旁通风道（2）内进行吸热，吸热后的循环水经沉降组件返回水源热泵机组（6），完成吸热过程；
放热过程如下：循环水泵（10）将循环水从水源热泵机组（6）抽出并送至井口换热器（9），循环水在井口换热器（9）处进行放热后返回水源热泵机组（6），完成放热过程。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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