CN116878310B - 一种循环水式储煤堆氧化热能利用及自燃控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种循环水式储煤堆氧化热能利用及自燃控制系统，包括冷水机组、三通阀、换热钢管、水泵、热交换装置和工业制氮机，所述三通阀一端与冷水机组通过进水管连接，另一端连接工业制氮机，第三端通过进水管连接换热钢管，所述换热钢管埋设在煤堆中，其中布设有安全阀，其另一端连接出水管，所述出水管中依次布设有温度传感器、启闭闸阀、水泵和热交换装置，所述热交换装置的另一端连接冷水机组。本发明通过循环水热交换的方式，降低储煤温度，减小氧化速率，同时回收储煤氧化损失的能量，当发现储煤自燃迹象时，能够立刻通过在迎风侧注氮的方式惰化整个储煤堆，化解自燃风险，为同时解决储煤氧化导致的热值损失和自燃问题提供技术支撑。

Description

一种循环水式储煤堆氧化热能利用及自燃控制系统

技术领域

本发明属于储煤自燃防治领域，具体涉及一种循环水式储煤堆氧化热能利用及自燃控制系统。

背景技术

由于技术和经济条件限制，多数储煤场仍然使用露天的方式来存储煤炭，现阶段我国煤炭开采的重心逐渐向西北部转移，西北部地区开采的煤炭多属于变质程度较低的侏罗系煤，自燃危险程度较高。研究表明，其开采的易自燃褐煤在露天存储10天左右时，煤堆的局部高温区域就会达到50～60℃，这不但会严重威胁煤炭的安全存储，也会影响煤堆的热值和炼焦性能。在储煤堆氧化严重的区域煤炭热值损失能达到18％，造成了巨大的经济损失。煤炭氧化产生的热能无法利用，反而成为了制约安全高效生产的负担。大型露天储煤堆内部的气流流动总是从迎风侧向煤堆顶部及背风侧移动，由于储煤堆中心和背风侧没有充足的氧气供应，而煤堆表面氧化产生的热量又会很快散失，在散热强度和氧气浓度的制约下，储煤堆的高温区域总是分布在当地季风迎风方向的内部2～5米的区域，针对该区域进行热能提取会有很好的效果，同时在上风侧进行注氮惰化，不仅可以控制自燃进程，也能抑制整个储煤堆的氧化，减少热值损失。

目前的煤堆氧化自热控制技术主要有三种，最常用的方法就是在发现煤堆升温异常情况后进行倒垛，这种方法费时费力，效率较低；第二种方法是煤堆表面喷水，然而对于大型露天储煤堆，全面的增湿降温难以实现；其次是表面喷洒阻化剂，但这种方法会影响储煤的热值。除此之外，这些方法都没有针对煤堆内部最易氧化的区域进行有针对性的防治和监测，同时这些手段仅是针对煤堆升温异常后进行的补救措施，无法限制储煤的氧化，也无法利用储煤堆氧化损失的热值，导致大量矿产和人力资源的浪费。因此，亟待提出一种能够降低煤堆易升温区域的氧化速度，减少储煤热值损失，回收热值损失的能量，并且能够及时化解自燃风险的方法，进而为煤炭资源的安全高效利用提供强有力的技术支撑。

发明内容

针对上述现状和存在的不足，本发明提出了一种循环水式储煤堆氧化热能利用及自燃控制系统

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种循环水式储煤堆热能利用及自燃控制系统，包括冷水机组、三通阀、换热钢管、水泵、热交换装置和工业制氮机，所述三通阀一端与冷水机组通过进水管连接，另一端连接工业制氮机，第三端通过进水管连接换热钢管，所述换热钢管埋设在煤堆中，其中布设有安全阀，其另一端连接出水管，所述出水管中依次布设有温度传感器、启闭闸阀、水泵和热交换装置，所述热交换装置另一端连接冷水机组。当三通阀连接进水管和换热钢管时，形成氧化热能利用系统，通过埋设在煤堆中的换热钢管，使用低温水热交换的方式，回收储煤氧化产生的热量并通过热交换装置加以利用；当三通阀连接工业制氮机和进水管时，形成自燃控制系统系统，在关闭启闭闸阀的情况下，向埋设在煤堆中的换热钢管注入氮气，通过气体压力导致安全阀起跳的方式，向迎风侧注入氮气，阻隔氧气以化解自燃风险。

作为本发明的一种优选技术方案，所述多个换热钢管平行于储煤堆侧边坡，布置在当地季风迎风侧的储煤堆内部，依据当地季风强度布置在距离储煤堆表面2～4m处，所述最下方换热钢管与地面的垂直距离为3m，且换热钢管之间的垂直距离为3m，每条换热钢管间隔5米布设一个相同起跳压力的安全阀，换热钢管的内径为95mm，管壁厚4.5mm。

优选地，所述进水管和出水管使用聚氨酯保温材料包裹。

优选地，所述热交换装置为热泵技术或是工业热交换干燥装置。

优选地，所述储煤堆氧化热能利用系统的使用方法包括以下步骤：

S1.调节三通阀使冷水机组连接换热钢管，打开启闭闸阀，并开启冷水机组制备5～8℃的冷水；

S2.向进水管内灌入冷水，并开启水泵，使冷水经过进水管流入换热钢管与储煤堆中的高温区域进行热交换；

S3.依据出水口的温度传感器采集热交换后水的温度信息，通过调整水泵流量，使出口温度保持在25～28℃；

S4.经热交换后的高温水进入热交换装置，充分利用其热能后，再次进入冷水机组制备为5～8℃的冷水；

S5.重复上述步骤S1、S2、S3和S4，通过管路内循环水的热交换实现储煤堆产生热能的回收，同时降低储煤堆内部容易氧化升温区域的温度。

优选地，所述的一种循环水式储煤堆氧化热能利用及自燃控制系统，其特征在于，所述自燃控制系统的使用方法包括以下步骤：

s1.当发现煤堆升温过快或检测到其他自燃征兆时，调节三通阀使工业制氮机与进水管连通，将系统切换为自燃控制模式；

s2.通过水泵的最大功率运行，将进水管和换热钢管内的水抽出，并关闭启闭闸阀，在管路内形成封闭的气体空间；

s3.开启工业制氮机，氮气沿进水管进入换热钢管，气体在封闭空间内压力升高，使布设在煤堆迎风侧的安全阀同时起跳，向煤堆中释放氮气，在储煤堆迎风侧形成低氧氮气屏障，使氮气在风流的作用下流经整个储煤堆可能的氧化区域，降低目标区域的氧气浓度，化解储煤自燃风险。

由于采用上述技术方案，本发明专利至少具备以下有益效果：

1、本发明以循环水的形式，将换热钢管布置在当地季风迎风侧的储煤堆内部2～4m处，不仅可以有针对性地从煤堆最易氧化升温的区域提取储煤氧化产生的热量，也可以延缓煤堆的氧化速率，减少了储煤热值的损失率。

2、本发明通过热泵技术或工业热交换干燥装置，将储煤氧化产生的热量加以回收，提高了煤炭资源的利用率。

3、本发明在煤堆内部升温速率过快时，可以及时以在储煤堆氧气供应上风口注入氮气的方式，减少整个储煤堆氧化区域的氧气浓度，化解自燃风险，不但兼备储煤氧化的日常管理和自燃情况下的应急处理两种功能，还能节省人力资源，缩短了应对储煤自燃的应急反应时间，提高了储煤自燃的应急处理能力。

附图说明

图1为本发明的一种循环水式储煤堆氧化热能利用及自燃控制系统结构示意图；

图2为本发明中换热钢管及安全阀在储煤堆中布置位置的截面示意图

图3为本发明中换热钢管及安全阀在储煤堆中布置位置的三维示意图

图中：1、冷水机组；2、三通阀；3、进水管；4、换热钢管；5、安全阀；6、出水管；7、温度传感器；8、启闭闸阀；9、水泵；10、热交换装置；11、工业制氮机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述，图2中的箭头所示为储煤堆当地季风迎风方向。

应当明确，所描述的实施例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，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1，一种循环水式储煤堆氧化热能利用及自燃控制系统，包括冷水机组1、三通阀2、换热钢管4、水泵9、热交换装置10和工业制氮机11，所述三通阀2一端与冷水机组1通过进水管3连接，另一端连接工业制氮机11，第三端通过进水管3连接换热钢管4，所述换热钢管4埋设在煤堆中，其中布设有安全阀5，其另一端连接出水管6，所述出水管6中布置有温度传感器7和启闭闸阀8，所述水泵9另一端连接热交换装置10，所述热交换装置10另一端连接冷水机组1。当三通阀2连接进水管3和换热钢管4时，形成氧化热能利用系统，通过埋设在煤堆中的换热钢管4，使用低温水热交换的方式，回收储煤氧化产生的热量并通过热交换装置10加以利用；当三通阀2连接工业制氮机11和进水管3时，形成自燃控制系统，在关闭启闭闸阀8的情况下，向埋设在煤堆中的换热钢管4注入氮气，通过气体压力导致安全阀5起跳的方式，向迎风侧注入氮气，阻隔氧气以化解自燃风险。具体的，将换热钢管4平行于储煤堆侧边坡，布置在当地季风迎风侧的储煤堆内部，在控制换热钢管4内冷水流量的情况下，通过冷水机组1制备的冷水与储煤堆中的高温区域进行热交换来降低储煤氧化区域的温度，吸收热能后产生的高温水在热交换装置10中进行利用，其产生的低温水在冷水机组1中重新制备为冷水，经过以上循环操作，延缓储煤氧化速度，回收氧化产生的能量。当发现煤堆内有升温失控现象时，通过水泵9将进水管3和换热钢管4内的水抽出，关闭启闭闸阀8，调节三通阀2使工业制氮机11接入管路，向进水管3和换热钢管4内注入氮气，在高压气体的作用下，换热钢管4中的多个安全阀5同时起跳，在储煤堆的迎风侧注入氮气，起到惰化储煤堆氧化区域，化解煤堆自燃风险的作用。

本实施例中，所述换热钢管4平行于储煤堆侧边坡，布置在当地季风迎风侧的储煤堆内部，依据当地季风强度布置在距离储煤堆表面2～4m处，所述最下方换热钢管4与地面的垂直距离为3m，且换热钢管4之间的垂直距离为3m，每条换热钢管4中间隔5m布设一个相同起跳压力的安全阀5，换热钢管4的内径为95mm，管壁厚4.5mm。

本实施例中，所述进水管3和出水管6使用聚氨酯保温材料包裹。

本实施例中，所述热交换装置10为热泵技术或是工业热交换干燥装置。

本实施例中，储煤堆氧化热能利用系统的使用方法包括以下步骤：

S1.调节三通阀2使冷水机组1连接换热钢管4，打开启闭闸阀8，并开启冷水机组1制备5～8℃的冷水；

S2.向进水管3内灌入冷水，同时开启水泵9，使冷水经过进水管3流入换热钢管4与储煤堆中的高温区域进行热交换；

S3.依据出水口的温度传感器7采集温度信息，通过调整水泵9流量，使出口温度保持在25～28℃；

S4.经热交换后的高温水进入热交换装置10，充分利用其热能后，进一步进入冷水机组1制备为5～8℃的冷水。

S5.重复上述步骤S1、S2、S3和S4，通过管路内循环水的热交换实现储煤堆产生热能的利用，同时降低储煤堆内部容易氧化升温区域的温度。

本实施例中，储煤堆自燃控制系统的使用方法包括以下步骤：

s1.当发现煤堆升温过快或检测到其他自燃征兆时，调节三通阀2使工业制氮机11与进水管3连通，将系统切换为自燃控制模式；

s2.通过水泵9的最大功率运行，将进水管3和换热钢管4内的水抽出，并关闭启闭闸阀8，在管路内形成封闭的气体空间；

s3.开启工业制氮机11，氮气沿进水管3进入换热钢管4，气体在封闭空间内压力升高，使布设在煤堆迎风侧的安全阀5同时起跳，向煤堆中释放氮气，在储煤堆迎风侧形成低氧氮气屏障，使氮气在风流的作用下流经整个储煤堆可能的氧化区域，降低目标区域的氧气浓度，化解储煤自燃风险。

以上所述，仅为发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种循环水式储煤堆氧化热能利用及自燃控制系统，其特征在于包括冷水机组、三通阀、换热钢管、水泵、热交换装置和工业制氮机，所述三通阀一端与冷水机组通过进水管连接，另一端连接工业制氮机，第三端通过进水管连接换热钢管，所述换热钢管埋设在煤堆中，其中布设有安全阀，其另一端连接出水管，所述出水管中依次布设有温度传感器、启闭闸阀、水泵和热交换装置，所述热交换装置另一端连接冷水机组；当三通阀连接进水管和换热钢管时，形成氧化热能利用系统，通过埋设在煤堆中的换热钢管，使用低温水热交换的方式，回收储煤氧化产生的热量并通过热交换装置加以利用；当三通阀连接工业制氮机和进水管时，形成自燃控制系统，在关闭启闭闸阀的情况下，向埋设在煤堆中的换热钢管注入氮气，通过气体压力导致安全阀起跳的方式，向迎风侧注入氮气，阻隔氧气以化解自燃风险；

所述换热钢管平行于储煤堆侧边坡，布置在当地季风迎风侧的储煤堆内部，依据当地季风强度布置在距离储煤堆表面2～4m处，最下方所述换热钢管与地面的垂直距离为3m，且换热钢管之间的垂直距离为3m，每条换热钢管中间隔5米布设一个相同起跳压力的安全阀，换热钢管的内径为95mm，管壁厚4.5mm。

2.根据权利要求1所述的一种循环水式储煤堆氧化热能利用及自燃控制系统，其特征在于，所述进水管和出水管使用聚氨酯保温材料包裹。

3.根据权利要求1所述的一种循环水式储煤堆氧化热能利用及自燃控制系统，其特征在于，所述热交换装置为热泵技术或工业热交换干燥装置。

4.根据权利要求1所述的一种循环水式储煤堆氧化热能利用及自燃控制系统，其特征在于，所述氧化热能利用系统的使用方法包括以下步骤：

S1.调节三通阀使冷水机组连接换热钢管，打开启闭闸阀，并开启冷水机组制备5～8℃的冷水；

S2.向进水管内灌入冷水，并开启水泵，使冷水经过进水管流入换热钢管与储煤堆中的高温区域进行热交换；

S3.依据出水口的温度传感器采集热交换后水的温度信息，通过调整水泵流量，使出口温度保持在25～28℃；

S4.经热交换后的高温水进入热交换装置，充分利用其热能后，再次进入冷水机组制备为5～8℃的冷水；

S5.重复上述步骤S1、S2、S3和S4，通过管路内循环水的热交换实现储煤堆产生热能的回收，同时降低储煤堆内部容易氧化升温区域的温度。

5.根据权利要求1所述的一种循环水式储煤堆氧化热能利用及自燃控制系统，其特征在于，所述自燃控制系统的使用方法包括以下步骤：

s1.当发现煤堆升温过快或检测到其他自燃征兆时，调节三通阀使工业制氮机与进水管连通，将系统切换为自燃控制模式；

s2.通过水泵的最大功率运行，将进水管和换热钢管内的水抽出，并关闭启闭闸阀，在管路内形成封闭的气体空间；

s3.开启工业制氮机，氮气沿进水管进入换热钢管，气体在封闭空间内压力升高，使布设在煤堆迎风侧的安全阀同时起跳，向煤堆中释放氮气，在储煤堆迎风侧形成低氧氮气屏障，使氮气在风流的作用下流经整个储煤堆可能的氧化区域，降低目标区域的氧气浓度，化解储煤自燃风险。