CN114413519A - 一种矿井乏风热能综合利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及能源回收利用技术领域，提供了一种矿井乏风热能综合利用方法。包括以下步骤：对进入管道的乏风，在第一换热器中与流入其中的冷却媒介进行热交换；通过第一换热器的乏风中的水蒸气与第一换热器换热后冷凝成水；通过第一换热器的乏风通过引流进入到第二换热器，乏风使第二换热器中的冷却媒介升华产生气体，并通入压缩机中；对通入压缩机的气体进行压缩，使其成为高温高压气体；将高温高压气体与冷水进行热交换，得到热水。本发明的有益效果在于：乏风通过对第一换热器进行热交换，提取了乏风中少许的能量，同时使得乏风中大量的水蒸气冷凝下来，引入第二换热器的乏风使干冰迅速升华产生气体，压缩后进行热交换，能量利用率较高。
Description
技术领域
本发明涉及能源回收利用技术领域，具体涉及一种矿井乏风热能综合利用方法。
背景技术
为了有效地利用乏风中的热能，提高乏风热能的利用效率，国内一直进行着乏风余热利用装置的研制和使用。目前研制过程中的乏风利用技术大体可以分为三类：表焓取热技术、浅焓取热技术和直冷式乏风热泵技术。前两类技术对应的装置主要是喷淋式取热装置，最后一类技术对应的装置主要是直冷式深焓取热乏风热泵装置。这些装置中采用的换热方式，主要利用了四种技术，其一是：采用低温热管技术，只能用于中央并列式风井布置场地进风井的新风加热，进风井和出风井距离不能过大；通过回收矿井回风低温余热提供进风井井口防冻。其二是：采用风风换热技术，也只能用于中央并列式风井布置场地进风井的新风加热，进风井和出风井距离不能过大；通过回收矿井回风低温余热提供进风井井口防冻。其三是：采用喷淋式取热技术，其原理是在乏风通道中采用低温水“喷淋”方式，通过水与乏风直接接触的传热传质方式，从乏风中提取热量，提升水的温度，再利用水源热泵技术从水中提取热量，制取热水，同时使水温降低后循环使用。其四是：采用直冷式深焓取热乏风热泵技术，利用低温低压制冷剂液体在乏风取热换热中蒸发吸热，直接将乏风中热量提取出来，之后对蒸发的气体进行处理，得到其吸收的能量。
在现有的技术方法中，低温热管技术和风风换热技术效率太低，不太适用于乏风热量回收利用。喷淋式取热技术虽然能够很好地提取出热量，但是由于乏风中携带着大量的煤颗粒和粉尘，使回收装置经常堵塞损坏，清理不便。直冷式深焓取热乏风热泵技术虽然大大提高了回收的利用效率，但是在冬天，由于乏风中很大一部分能量蕴含在水蒸气中，过冷的制冷剂会使乏风中的水蒸气凝结成冰，导致很多水蒸气中的能量利用不上，造成能源的浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矿井乏风热能综合利用方法，以解决现有技术中存在的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种矿井乏风热能综合利用方法，包括以下步骤：S100：对进入管道的乏风，在第一换热器中与流入其中的冷却媒介进行热交换；S200：通过所述第一换热器的所述乏风中的水蒸气与所述第一换热器换热后冷凝成水，并汇集在所述第一换热器的底部；S300：通过所述第一换热器的所述乏风通过引流进入到第二换热器，所述乏风使所述第二换热器中的冷却媒介升华产生气体，并通入压缩机中；S400：对通入所述压缩机的气体进行压缩，使其成为高温高压气体；S500：将步骤S400中得到的所述高温高压气体与冷水进行热交换，得到热水。
可选实施例中，S200中，通过软件模拟得到最佳的所述乏风风速，使得所述乏风与所述第一换热器的热交换效率最高；S300中，通过软件模拟得到最佳的所述乏风风速，使得所述乏风与所述第二换热器的热交换效率最高。
可选实施例中，S100包括：S101：根据公式V1S1＝V2S2可知，所述乏风的风速可通过横截面积计算，其中，V1、V2表示乏风风速，S1、S2表示管道的横截面积；S102：通过已知的管道的横截面积，控制所述乏风进入所述第一换热器的风速。
可选实施例中，S200包括：S201：所述冷却媒介为冷水，所述乏风中携带热量的水蒸气遇到所述冷水所在的冷却管冷凝成的水滴入汇集到所述第一换热器下面的蓄水池中；S202：所述蓄水池与另一个蓄水池通过U型管连接，随着所述第一换热器产生的冷凝成的水的增加，所述第一换热器下面的蓄水池中的水会溢出至另一个蓄水池中；S203：对所述溢出的水进行过滤、吸附操作，使其达到自来水标准；S204：将处理之后达到自来水标准的水与所述第一换热器中升温的所述冷水相汇合，作为S500中的冷水与所述高温高压气体进行热交换；S205：通过模拟风速的大小，确定所述乏风的最佳风速，使得所述乏风与所述第一换热器的热交换效率最高。
可选实施例中，S300包括：S301：从所述第一换热器中出来的依然携带着大量热量的乏风进入所述第二个换热器，进行第二次能量提取；S302：通过软件对不同种类的冷却媒介进行模拟，选取在相同的条件下吸收热量最多的冷却媒介作为所述第二换热器中所述冷却媒介，所述冷却媒介选取为干冰；S303：所述乏风进入到所述第二换热器中，所述干冰与携带着大量热量的所述乏风进行热交换，所述干冰立刻吸收所述乏风中的热量，升温升华为气体；S304：通过模拟风速的大小，确定所述乏风的最佳风速，使得所述乏风与所述第二换热器的热交换效率最高。
可选实施例中，S400包括：S401：根据S302，升温升华产生的气体顺着管道流入到所述压缩机中；S402：通过所述压缩机的压缩，使所述升温升华产生的气体转化为易释放自身大量热量的高温高压气体。
可选实施例中，S500包括：S501：根据S402得到的所述高温高压气体，顺着管道进入换热室；S502：根据S204得到的冷水，使其与所述高温高压气体进行热交换；S503：所述冷水吸收所述高温高压气体释放的巨大能量成为热水；S504：所述热水用于井口防冻、建筑供暖或工人洗澡用水。
可选实施例中，所述第一换热器、第二换热器均为管壳式换热器。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的矿井乏风热能综合利用方法中，乏风通过对第一换热器进行热交换，提取了乏风中少许的能量，同时使得乏风中大量的水蒸气冷凝下来，避免了由于过冷使乏风中水蒸气在冷凝管上附着结冰的现象的问题，从而使得能量的利用效率达到最大。同时，引入第二换热器的乏风使干冰迅速升华产生气体，该气体进入压缩机后形成高温高压气体，该气体与冷水进行热交换的效率高，加热后的冷水可以用于井口防冻、建筑供暖或工人洗澡用水。
(2)本发明的矿井乏风热能综合利用方法中通过软件对进入乏风风速的模拟，确定了最佳进入风速，使得提取能量的效率达到最大。且使用了软件模拟对比冷却剂效果的方法，不仅能够寻找到换热较好的冷却剂，也给客户在选择冷却剂上提供了一种经济适用、节能减排的方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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它的附图。
图1为本发明一实施例提供的矿井乏风热能综合利用方法的流程图。
图2为本发明一实施例提供的矿井乏风热能综合利用方法中使用的装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅附图1-2，本实施例的目的在于提供了一种矿井乏风热能综合利用方法，包括以下步骤：
S100：对进入管道的乏风，在管壳式换热器1中与流入其中的冷却媒介进行热交换；
其中，S100包括：
S101：根据公式V1S1＝V2S2可知，乏风的风速可通过横截面积计算，其中，V1、V2表示乏风风速，S1、S2表示管道的横截面积；
S102：通过已知的管道的横截面积，控制乏风进入管壳式换热器1的风速。
S200：通过管壳式换热器1的乏风中的水蒸气与管壳式换热器1换热后冷凝成水，并汇集在管壳式换热器1的底部；
具体地，S200包括：
S201：冷却媒介为冷水，乏风中携带热量的水蒸气遇到冷水所在的冷却管冷凝成的水滴入汇集到管壳式换热器1下面的蓄水池中；
S202：蓄水池与另一个蓄水池通过U型管连接，随着管壳式换热器1产生的冷凝成的水的增加，管壳式换热器1下面的蓄水池中的水会溢出至另一个蓄水池中；
S203：对溢出的水进行过滤、吸附操作，使其达到自来水标准；
S204：将处理之后达到自来水标准的水与管壳式换热器1中升温的冷水相汇合，作为S500中的冷水与高温高压气体进行热交换；
S205：通过模拟风速的大小，确定乏风的最佳风速，使得乏风与管壳式换热器1的热交换效率最高，即提取能量的效率达到最大。
S300：通过管壳式换热器1的乏风通过引流进入到管壳式换热器2，乏风使管壳式换热器2中的冷却媒介升华产生气体，并通入压缩机中；
进一步地，S300包括：
S301：从管壳式换热器1中出来的依然携带着大量热量的乏风进入第二个换热器，进行第二次能量提取；
S302：通过软件对不同种类的冷却媒介进行模拟，选取在相同的条件下吸收热量最多的冷却媒介作为管壳式换热器2中冷却媒介，冷却媒介选取为干冰；需要指出的是，使用了软件模拟对比冷却剂效果的方法，不仅能够寻找到换热较好的冷却剂，也给客户在选择冷却剂上提供了一种经济适用、节能减排的方案。
S303：乏风进入到管壳式换热器2中，干冰与携带着大量热量的乏风进行热交换，干冰立刻吸收乏风中的热量，升温升华为气体；
S304：通过模拟风速的大小，确定乏风的最佳风速，使得乏风与管壳式换热器2的热交换效率最高，即提取能量的效率达到最大。
S400：对通入压缩机的气体进行压缩，使其成为高温高压气体；
优选地，S400包括：
S401：根据S302，升温升华产生的气体顺着管道流入到压缩机中；
S402：通过压缩机的压缩，使升温升华产生的气体转化为易释放自身大量热量的高温高压气体。
S500：将步骤S400中得到的高温高压气体与冷水进行热交换，得到热水，
需要指出的是，S500包括：
S501：根据S402得到的高温高压气体，顺着管道进入换热室；
S502：根据S204得到的冷水，使其与高温高压气体进行热交换；
S503：冷水吸收高温高压气体释放的巨大能量成为热水；
S504：热水用于井口防冻、建筑供暖或工人洗澡用水。
以上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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种矿井乏风热能综合利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100：对进入管道的乏风，在第一换热器中与流入其中的冷却媒介进行热交换；
S200：通过所述第一换热器的所述乏风中的水蒸气与所述第一换热器换热后冷凝成水，并汇集在所述第一换热器的底部；
S300：通过所述第一换热器的所述乏风通过引流进入到第二换热器，所述乏风使所述第二换热器中的冷却媒介升华产生气体，并通入压缩机中；
S400：对通入所述压缩机的气体进行压缩，使其成为高温高压气体；
S500：将步骤S400中得到的所述高温高压气体与冷水进行热交换，得到热水。
2.如权利要求1所述的矿井乏风热能综合利用方法，其特征在于，
S200中，通过软件模拟得到最佳的所述乏风风速，使得所述乏风与所述第一换热器的热交换效率最高；
S300中，通过软件模拟得到最佳的所述乏风风速，使得所述乏风与所述第二换热器的热交换效率最高。
3.如权利要求1所述的矿井乏风热能综合利用方法，其特征在于，S100包括：
S101：根据公式V1S1＝V2S2可知，所述乏风的风速可通过横截面积计算，其中，V1、V2表示乏风风速，S1、S2表示管道的横截面积；
S102：通过已知的管道的横截面积，控制所述乏风进入所述第一换热器的风速。
4.如权利要求1所述的矿井乏风热能综合利用方法，其特征在于，S200包括：
S201：所述冷却媒介为冷水，所述乏风中携带热量的水蒸气遇到所述冷水所在的冷却管冷凝成的水滴入汇集到所述第一换热器下面的蓄水池中；
S202：所述蓄水池与另一个蓄水池通过U型管连接，随着所述第一换热器产生的冷凝成的水的增加，所述第一换热器下面的蓄水池中的水会溢出至另一个蓄水池中；
S203：对所述溢出的水进行过滤、吸附操作，使其达到自来水标准；
S204：将处理之后达到自来水标准的水与所述第一换热器中升温的所述冷水相汇合，作为S500中的冷水与所述高温高压气体进行热交换；
S205：通过模拟风速的大小，确定所述乏风的最佳风速，使得所述乏风与所述第一换热器的热交换效率最高。
5.如权利要求1所述的矿井乏风热能综合利用方法，其特征在于，S300包括：
S301：从所述第一换热器中出来的依然携带着大量热量的乏风进入所述第二个换热器，进行第二次能量提取；
S302：通过软件对不同种类的冷却媒介进行模拟，选取在相同的条件下吸收热量最多的冷却媒介作为所述第二换热器中所述冷却媒介，所述冷却媒介选取为干冰；
S303：所述乏风进入到所述第二换热器中，所述干冰与携带着大量热量的所述乏风进行热交换，所述干冰立刻吸收所述乏风中的热量，升温升华为气体；
S304：通过模拟风速的大小，确定所述乏风的最佳风速，使得所述乏风与所述第二换热器的热交换效率最高。
6.如权利要求5所述的矿井乏风热能综合利用方法，其特征在于，S400包括：
S401：根据S302，升温升华产生的气体顺着管道流入到所述压缩机中；
S402：通过所述压缩机的压缩，使所述升温升华产生的气体转化为易释放自身大量热量的高温高压气体。
7.如权利要求6所述的矿井乏风热能综合利用方法，其特征在于，S500包括：
S501：根据S402得到的所述高温高压气体，顺着管道进入换热室；
S502：根据S204得到的冷水，使其与所述高温高压气体进行热交换；
S503：所述冷水吸收所述高温高压气体释放的巨大能量成为热水；
S504：所述热水用于井口防冻、建筑供暖或工人洗澡用水。
8.如权利要求1所述的矿井乏风热能综合利用方法，其特征在于，所述第一换热器、第二换热器均为管壳式换热器。
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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 | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220429 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |