[发明专利]一种利用矿井乏风余热进行井筒保温的系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种利用矿井乏风余热进行井筒保温的系统，乏风引风风道、风道阀门、乏风过滤系统、高温段热管换热器、乏风连通风道、乏风侧融冰切换风阀、低温段热管换热器、乏风排风风道依次连接,乏风排风风道上设有乏风引风机；新风引风风道上依次设有新风过滤器、新风鼓风机，新风引风风道、新风侧融冰切换风阀、低温段热管换热器、新风连通风道、高温段热管换热器、新风排风风道依次连接；低温段热管换热器包括并联的a侧低温段热管换热器和b侧低温段热管换热器。本发明还提供了一种利用矿井乏风余热进行井筒保温的系统的控制方法。本发明在15~20℃换热端差就可以获得较好的换热效果，在处理乏风侧低温结冰问题也较为方便。

技术领域

本发明属于煤矿节能技术领域，具体涉及一种利用矿井乏风余热进行井筒保温的系统及控制方法。

背景技术

煤矿井筒保温，是矿井冬季安全生产必不可缺少的环节，尤其淮河以北的北方地区。

目前，井筒保温一般都采用燃煤锅炉提供热源。但受国家环保政策影响，煤矿井筒保温配置的小型燃煤锅炉面临关停。因此，燃煤锅炉关停后，冬季如何实现井筒安全生产，成为北方地区煤矿亟待解决的技术问题。

一般而言，如果矿区用于丰富的矿井水资源，或是瓦斯余热资源，都可以很容易解决井筒保温问题，甚至能够供给整个工矿区采暖、洗浴用热。但是，对于低瓦斯、少水甚至无矿井水的煤矿，井筒保温取热存在一定困难。

低瓦斯、少矿井水的煤矿，矿井乏风是唯一的余热资源。关于提取乏风余热用于井筒保温，国内某些机构做了研发和研究。例如，名称为《矿井乏风热能利用装置》的专利(专利申请号2008200173439)采用喷淋换热方式，将乏风余热回收到喷淋循环水，然后喷淋循环水供给水源热泵系统使用，制取供热热水供给井筒保温或工广区采暖、洗浴；名称为《矿井乏风余热利用装置》的专利(专利申请号2011203916168)，将空气源热泵蒸发器置于乏风环境中，通过制冷工质蒸发回收乏风余热，然后热泵机组产出热水供给井筒保温或工广区采暖、洗浴；或是上述两者的延深、组合，如名称为《矿井乏风余热混合式取热热泵系统》的专利(专利申请号2013107037587)等。名称为《一种利用回风热能实现井筒防冻的装置》的专利(专利申请号201320398077X)，是利用水作为中间介质，通过换热器(未说明换热器型式、结构)获取乏风热量，然后在通过换热器将水获得的余热加热井筒送风；名称为《一种大温差井口加热器及其运行方式》的专利(专利申请号201310600764X)提到采用吸热器、预热器(未说明换热器机构、型式)回收乏风余热用于预热井筒送风。

综上，矿井乏风余热回收，存在两种方式，一种是热泵取热，制取热水用于井筒保温或工矿区采暖、洗浴，另一种是通过某种换热工质获取热量，然后再通过换热器，将工质获得的热量用于井筒送风加热。

对于热泵取热方式，无论喷淋换热还是直蒸换热，都存在造价高、系统复杂、能耗高等不足。尤其是喷淋换热，一旦乏风温度较低，便造成取热困难，而且很难获取乏风10℃以下温度段的余热资源。

对于换热工质取热方式，由于任何换热型式必须有合理的、足够的换热温差，否则系统将无法完成热量的有效输送，如气—液换热方式合理的经济换热端差(换热器热流体入口温度与冷流体出口温度差值)应在15～40℃，气—蒸发(或冷凝)相变换热方式合理的经济换热端差应在10～20℃。对于15～25℃的矿井乏风和-20～2℃井筒进风(室外新风)，无论采用气—水换热方式，例如名称为《一种利用回风热能实现井筒防冻的装置》的专利(专利申请号201320398077X)，还是采用气—蒸发(冷凝)相变换热方式，例如名称为《一种大温差井口加热器及其运行方式》的专利(专利申请号201310600764X)，换热端差，明显不能满足两次换热，这也就是说实际应用存在较大困难。

另外，对于气—液换热方式或气—蒸发(或冷凝)相变换热方式，矿井乏风在取热过程中必会凝结出大量凝水，一旦遇到低于0℃，将会在换热器上结冰(霜)，轻则影响换热效果，重则破坏换热器造成安全事故。如何解决这些问题在当前乏风余热回收研究中并未提及。

发明内容