專(zhuān)利名稱：礦井回風(fēng)熱回收利用的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦井通風(fēng)技術(shù)、傳熱技術(shù)和空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
礦井通風(fēng)系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)保障的重要系統(tǒng)，目前一般礦井的通風(fēng)系統(tǒng)為中央式通風(fēng)系統(tǒng)，采用專(zhuān)用風(fēng)井回風(fēng)，利用通風(fēng)機(jī)抽出通風(fēng)后直接排入大氣。煤礦一般為地下開(kāi)采，由于坑道的溫度較高，達(dá)到30-40攝氏度，甚至溫度更高的礦井坑道也經(jīng)常碰到，通常在恒溫帶以下每向下降100米地溫度將會(huì)升高3攝氏度左右，恒溫帶的溫度一般在15攝氏度左右，如一個(gè)地下600米的礦井地溫能夠達(dá)到30攝氏度左右?？諝饬鹘?jīng)地下巷道時(shí)與巷道發(fā)生熱濕交換，在加上礦井下面的大型設(shè)備散熱也都排入回風(fēng)中，使得回風(fēng)中蘊(yùn)含著大量的可利用的熱量，但目前煤礦的回風(fēng)都是直接排入大氣，大量熱量沒(méi)有得到使用。另一方面在冬季為了保證進(jìn)風(fēng)井井筒的防凍要求，煤礦企業(yè)一般還需要采用燃煤鍋爐生產(chǎn)蒸汽通過(guò)換熱設(shè)備對(duì)進(jìn)風(fēng)進(jìn)行加熱。對(duì)于煤礦企業(yè)來(lái)說(shuō)，雖然燃燒本礦井生產(chǎn)的煤炭非常方便，但同時(shí)煤礦用燃煤鍋爐效率低，管理復(fù)雜，而且煤炭屬于不可再生能源，燃燒后還會(huì)造成環(huán)境污染，不符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，也減少了可以外銷(xiāo)的煤炭，降低了企業(yè)的利潤(rùn)。目前，還未見(jiàn)有對(duì)礦井回風(fēng)熱回收利用的方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出一種礦井回風(fēng)熱回收利用的方法和裝置。尤其是為了充分利用礦井回風(fēng)中的大量可再生的熱量，提供礦井回風(fēng)熱回收的方法和裝置，將礦井回風(fēng)的熱量提取后用于井筒的防凍、礦區(qū)采暖和洗浴等其他用熱單體，取消傳統(tǒng)的以燃煤鍋爐的供熱裝置，積極利用礦井回風(fēng)熱這種可再生能源，降低煤礦等企業(yè)的運(yùn)行成本，提高礦區(qū)環(huán)境質(zhì)量。
本發(fā)明目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的礦井回風(fēng)熱回收利用方法，將礦井回風(fēng)的熱回收方法用于井筒的防凍、礦區(qū)采暖和洗浴等其他用熱單體。
礦井回風(fēng)熱回收利用裝置一換熱器法直接回收礦井回風(fēng)熱量。在回風(fēng)井出口的風(fēng)道上另設(shè)有旁路風(fēng)道，在旁路風(fēng)道里安裝具有除塵防腐功能的熱交換器。
所述熱交換器應(yīng)有一定的除塵防腐裝置；所述熱交換器是雙氣流道型熱交換器；所述熱交換器轉(zhuǎn)輪換熱器，中間熱媒式換熱器，板式換熱器，熱管式換熱器或其他適合的換熱裝置；出口的風(fēng)道上和旁路風(fēng)道上設(shè)有調(diào)節(jié)閥，閥的調(diào)節(jié)使礦井回風(fēng)可通過(guò)旁通風(fēng)道，通過(guò)旁通通道中的熱交換器從回風(fēng)中吸取熱量并在進(jìn)風(fēng)風(fēng)道向進(jìn)風(fēng)放出熱量實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)風(fēng)的直接加熱。在將進(jìn)風(fēng)通過(guò)專(zhuān)用的風(fēng)道送入井口，達(dá)到井筒防凍的要求。
井回風(fēng)熱回收利用裝置二熱泵法間接回收礦井回風(fēng)熱量。在回風(fēng)井出口的風(fēng)道上另設(shè)有旁路風(fēng)道，在旁路風(fēng)道里安裝具有除塵防腐功能的空氣－水熱交換器，通過(guò)熱交換器與熱泵機(jī)組相結(jié)合，利用空氣－水熱交換器吸熱再經(jīng)過(guò)熱泵機(jī)組將溫度提升后實(shí)現(xiàn)間接供熱。
所述空氣－水熱交換器應(yīng)有一定的除塵防腐裝置；包括前置除塵設(shè)備。
所述空氣－水熱交換器為表面式換熱器、噴水式換熱器、或其他合適的換熱裝置；所述空氣－水熱交換器為熱泵機(jī)組吸熱端交換器；出口的風(fēng)道上和旁路風(fēng)道上設(shè)有調(diào)節(jié)閥，閥的調(diào)節(jié)使礦井回風(fēng)可通過(guò)旁通風(fēng)道并與空氣－水熱交換器進(jìn)行熱交換，將回風(fēng)中的熱量提取到水中，通過(guò)專(zhuān)用的熱泵裝置利用空氣－水熱交換器中的低溫水，制取溫度較高的熱水，再通過(guò)管路將熱水用于礦區(qū)的供熱。由于回風(fēng)的溫度較高一般在20到30攝氏度相對(duì)濕度接近100％，在放熱端的溫度設(shè)定為60-80攝氏度，通過(guò)選用合適的工質(zhì)，按照目前的熱泵供熱能效比可以達(dá)到4.5-6，即利用1kw的電能就可以從礦井的回風(fēng)中制取4.5kw以上的熱能。需要運(yùn)行費(fèi)用比普通燃煤鍋爐減少50％以上。同時(shí)泵機(jī)組的運(yùn)行沒(méi)有任何污染，沒(méi)有燃燒，沒(méi)有排煙，也沒(méi)有廢棄物，不需要堆放燃料及廢物的場(chǎng)地?zé)岜每照{(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用既符合國(guó)家提出的節(jié)能、環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，又能為煤礦企業(yè)帶來(lái)良好的社會(huì)效益和自身的巨大對(duì)經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明特點(diǎn)是通過(guò)提供兩種礦井回風(fēng)的熱回收利用裝置，在換熱工程中因克服的風(fēng)道和換熱器阻力所需的負(fù)壓由煤礦通風(fēng)機(jī)提供。礦井回風(fēng)的熱量提取后回用于礦井進(jìn)風(fēng)井筒的防凍，也用于其它生產(chǎn)和生活的供熱，如用于礦區(qū)采暖和洗浴等其他用熱單體，甚至可以取消傳統(tǒng)的以后燃煤鍋爐的供熱裝置，積極利用礦井回風(fēng)熱這種可再生能源，降低煤礦企業(yè)的運(yùn)行成本，提高礦區(qū)環(huán)境質(zhì)量。


圖1換熱器法直接回收礦井回風(fēng)熱量示意2熱泵法間接回收礦井回風(fēng)熱量示意3轉(zhuǎn)輪換熱器換熱示意4中間熱媒式換熱器換熱示意5板式換熱器換熱示意6熱管式換熱器熱示意中1.是供熱回水管，2.是供熱出水管，3.是熱泵機(jī)組，4.是空氣－水換熱器進(jìn)水管5.是空氣－水換熱器出水管，6.是空氣－水換熱器，7.是調(diào)節(jié)閥，8.是旁通風(fēng)道9.是回風(fēng)風(fēng)道10.是礦井通風(fēng)機(jī)11.是回風(fēng)風(fēng)井12.進(jìn)風(fēng)風(fēng)道13.雙氣流道型熱交換器，14.是轉(zhuǎn)輪換熱器，15.是中間熱媒式換熱器，16.是板式換熱器，17.是熱管式換熱器。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方案作進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖1和圖2所示，本發(fā)明礦井回風(fēng)熱回收利用方法，在回風(fēng)井出口的風(fēng)道或另設(shè)有旁路風(fēng)道，在出口風(fēng)道或旁路風(fēng)道里設(shè)有熱交換器。
將礦井回風(fēng)的熱回收用于井筒的防凍或礦區(qū)生產(chǎn)或生活。礦井回風(fēng)熱回收利用裝置，換熱器法直接回收礦井回風(fēng)熱量。如圖1所示實(shí)施裝置主要包括調(diào)節(jié)閥7，旁通風(fēng)道8，回風(fēng)風(fēng)道9，礦井通風(fēng)機(jī)10，回風(fēng)風(fēng)井11，進(jìn)風(fēng)風(fēng)道12，雙氣流道型熱交換器(換熱器)13。在回風(fēng)井出口的風(fēng)道9上可另設(shè)有旁路風(fēng)道8，在旁路風(fēng)道里，尤其是安裝具有除塵裝置功能的雙氣流道型熱交換器13，還安裝開(kāi)啟與切斷調(diào)節(jié)閥7，調(diào)節(jié)閥可以是方型蝶閥，通過(guò)方型蝶閥的調(diào)節(jié)使礦井回風(fēng)可以通過(guò)旁通風(fēng)道8并通過(guò)旁路風(fēng)道中的換熱器13對(duì)礦井進(jìn)風(fēng)道12中的進(jìn)風(fēng)直接經(jīng)行加熱，將進(jìn)風(fēng)加熱到15攝氏度左后，通過(guò)專(zhuān)用鳳管送入進(jìn)風(fēng)井口與未加熱的冷空氣混合到2攝氏度送入進(jìn)風(fēng)井，達(dá)到井筒防凍的目的。
在出口的風(fēng)道上和旁路風(fēng)道上均設(shè)有調(diào)節(jié)閥，閥的調(diào)節(jié)使礦井回風(fēng)可通過(guò)旁通風(fēng)道，通過(guò)旁通通道中的熱交換器從回風(fēng)中吸取熱量并在進(jìn)風(fēng)風(fēng)道向進(jìn)風(fēng)放出熱量實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)風(fēng)的直接加熱。在將進(jìn)風(fēng)通過(guò)專(zhuān)用的風(fēng)道送入井口，達(dá)到井筒防凍的要求。在旁路風(fēng)道里安裝的熱交換器是具有除塵防腐功能的空氣－水熱交換器6，所述空氣－水熱交換器為熱泵機(jī)組吸熱端交換器；通過(guò)熱交換器可與熱泵機(jī)組相結(jié)合，利用空氣－水熱交換器吸熱再經(jīng)過(guò)熱泵機(jī)組將溫度提升后實(shí)現(xiàn)間接供熱。檢修或特殊情況時(shí)可以通過(guò)出口的風(fēng)道上和旁路風(fēng)道上調(diào)節(jié)閥，使主出風(fēng)口開(kāi)通，而旁路風(fēng)道關(guān)閉。
所述空氣－水熱交換器應(yīng)有一定的除塵防腐裝置；包括前置除塵設(shè)備。
所述空氣－水熱交換器為表面式換熱器、噴水式換熱器、或其他合適的換熱裝置。
礦井回風(fēng)可通過(guò)旁通風(fēng)道并與空氣－水熱交換器進(jìn)行熱交換，將回風(fēng)中的熱量提取到水中，通過(guò)專(zhuān)用的熱泵裝置利用空氣－水熱交換器中的低溫水，制取溫度較高的熱水，再通過(guò)管路將熱水用于礦區(qū)的供熱。由于回風(fēng)的溫度較高一般在20到30攝氏度相對(duì)濕度接近100％，在放熱端的溫度設(shè)定為60-80攝氏度，通過(guò)選用合適的工質(zhì)，按照目前的熱泵供熱能效比可以達(dá)到4.5-6，即利用1kw的電能就可以從礦井的回風(fēng)中制取4.5kw以上的熱能，尤其是冬季時(shí)一般熱泵的效率很低時(shí)，本發(fā)明仍保證極高效率。需要運(yùn)行費(fèi)用比普通燃煤鍋爐減少50％以上。同時(shí)泵機(jī)組的運(yùn)行沒(méi)有任何污染，沒(méi)有燃燒，沒(méi)有排煙，也沒(méi)有廢棄物，不需要堆放燃料及廢物的場(chǎng)地?zé)岜每照{(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用既符合國(guó)家提出的節(jié)能、環(huán)保可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，又能為煤礦企業(yè)帶來(lái)良好的社會(huì)效益和自身的巨大對(duì)經(jīng)濟(jì)效益。
通過(guò)方型蝶閥的調(diào)節(jié)使礦井回風(fēng)可以通過(guò)旁通風(fēng)道并與空氣－水熱交換器6進(jìn)行熱交換，將回風(fēng)中的熱量提取到水中，通過(guò)專(zhuān)用的熱泵裝置3利用空氣－水熱交換器中的低溫水，制取溫度較高的熱水，再通過(guò)管路將熱水進(jìn)風(fēng)井筒的防凍，也用于其它生產(chǎn)和生活的供熱。在緊急情況或需要的場(chǎng)合可以將調(diào)節(jié)閥切換到關(guān)閉旁路風(fēng)道，打開(kāi)回風(fēng)井與礦井通風(fēng)機(jī)之間的風(fēng)道。
本發(fā)明換熱器可以是雙氣流道型熱交換器、熱管型熱交換器、旋轉(zhuǎn)式熱交換器、板式熱交換器、中間熱媒式熱交換器，并可作為熱泵機(jī)組吸熱端交換器；熱媒式熱交換器一般以水作為換熱介質(zhì)的熱交換器，上述熱交換器在風(fēng)道內(nèi)以二種或三種可以進(jìn)行組合安裝。如雙氣流道型熱交換器與熱管型熱交換器和熱媒式熱交換器(以水作為換熱介質(zhì)的熱交換器，作為熱泵機(jī)組的中熱換熱器，圖中15所示)三者串聯(lián)，二者串聯(lián)亦可。雙氣流道型熱交換器16如圖5所示，一路用于礦井回風(fēng)，另一路用于礦井新風(fēng)通過(guò)。熱交換器14和熱管熱交換器17也可用于上述裝置。
上述熱交換器安裝在主風(fēng)道或旁路風(fēng)道，旁路風(fēng)道是門(mén)形管或弧形曲線開(kāi)管道，在門(mén)形管的三段直線位置或弧形曲線開(kāi)管道均設(shè)雙氣流道型熱交換器、熱管型熱交換器、旋轉(zhuǎn)式熱交換器、板式熱交換器、中間熱媒式熱交換器或熱泵機(jī)組吸熱端交換器。
本發(fā)明的換熱器法直接回收礦井回風(fēng)熱量與熱泵法間接回收礦井回風(fēng)熱量，這兩種裝置并不是相互孤立的，在實(shí)際應(yīng)用中可以有條件的組合使用，以達(dá)到最佳的節(jié)能效果達(dá)到礦井回風(fēng)能量的充分利用，充實(shí)現(xiàn)煤礦等礦企企業(yè)能源利用的可持續(xù)發(fā)展。本發(fā)明所述礦井回風(fēng)經(jīng)過(guò)旁同通道和換熱器時(shí)，克服阻力所需負(fù)壓由礦井通風(fēng)機(jī)提供?；蛟谂酝ǖ涝黾有碌娘L(fēng)機(jī)。
具體實(shí)施方案換熱介質(zhì)在熱交換器的內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行熱交換，可以與熱泵機(jī)組吸熱端交換器相結(jié)合，熱泵機(jī)組吸熱端交換器浸漬換熱介質(zhì)的容器內(nèi)，使熱泵機(jī)組具有高效的熱平臺(tái)。
出口的風(fēng)道上和旁路風(fēng)道上均設(shè)有開(kāi)啟與切斷調(diào)節(jié)閥。
所述熱管型熱交換器的放熱端在新風(fēng)進(jìn)風(fēng)風(fēng)道內(nèi)。
雙氣流道型熱交換器、熱管型熱交換器、熱泵機(jī)組吸熱端交換器；和水作為換熱介質(zhì)的熱交換器在風(fēng)道內(nèi)二種或三種進(jìn)行組合安裝。
礦井回風(fēng)11從礦井回風(fēng)風(fēng)井進(jìn)入回風(fēng)風(fēng)道9，通過(guò)蝶閥7的啟閉將礦井回風(fēng)引入旁同風(fēng)道8，在旁同風(fēng)道中與空氣－水換熱器6進(jìn)行熱交換，在通過(guò)是空氣－水換熱器進(jìn)水管4是空氣－水換熱器出水管5將熱量送入熱泵機(jī)組3，然后再經(jīng)過(guò)供熱回水管1，供熱出水管2，將熱泵機(jī)組制取的熱量輸送到各個(gè)用熱地點(diǎn)，達(dá)到礦區(qū)供熱的目的。
實(shí)施方式方案在回風(fēng)通道邊建旁同風(fēng)道，并在旁同風(fēng)道邊修建礦井的進(jìn)風(fēng)風(fēng)道，在兩個(gè)風(fēng)道之間用換熱器(轉(zhuǎn)輪換熱器，中間熱媒式換熱器，板式換熱器，熱管式換熱器或其他適合的換熱裝置)對(duì)新風(fēng)加熱，考慮傳熱溫差和效率新風(fēng)被加熱到15攝氏度左右再通過(guò)專(zhuān)用風(fēng)道送入進(jìn)風(fēng)井口房，再與部分未加熱的空氣混合到2度送入進(jìn)風(fēng)井，保證井筒防凍的要求。本發(fā)明方案的特點(diǎn)是充分利用礦井回風(fēng)的熱量不需要消耗電能或者消耗很少的電能，達(dá)到井筒防凍的要求，而且礦井回風(fēng)熱為可再生能源，整個(gè)裝置沒(méi)有任何污染，只需要克服相應(yīng)的通風(fēng)管道的阻力即可。此發(fā)明如果在煤礦中利用，將會(huì)為煤礦企業(yè)節(jié)省大量的運(yùn)行費(fèi)用。
礦井回風(fēng)經(jīng)過(guò)旁同通道和換熱器時(shí)，設(shè)有克服阻力的礦井通風(fēng)機(jī)。
因此，雙氣流道型熱交換器、熱管型熱交換器、旋轉(zhuǎn)式熱交換器、板式熱交換器、中間熱媒式熱交換器熱泵機(jī)組吸熱端交換器和水作為換熱介質(zhì)的熱交換器在風(fēng)道內(nèi)以二種或三種進(jìn)行組合安裝。
即旁路風(fēng)道是門(mén)形管或弧形曲線管道，在門(mén)形管的三段直線位置或弧形曲線管道均設(shè)雙氣流道型熱交換器、熱管型熱交換器、旋轉(zhuǎn)式熱交換器、板式熱交換器、中間熱媒式熱交換器或熱泵機(jī)組吸熱端交換器的二種或三種組合。
本發(fā)明的上述方案并不是相互孤立的，在冬季時(shí)先保證進(jìn)風(fēng)井筒的防凍，余熱再加熱熱泵的吸熱端，或加熱熱管的吸熱端，熱管的放熱端置于容器內(nèi)用于升高容器內(nèi)水溫(可用于提高熱泵的吸熱端的溫度)，或進(jìn)行其它有條件的組合使用；夏季時(shí)開(kāi)動(dòng)熱泵加熱熱水時(shí)可以將冷量用于致冷(如可用于礦井的夏季空調(diào))。通過(guò)組合調(diào)節(jié)達(dá)到最佳的節(jié)能效果，達(dá)到礦井回風(fēng)能量的充分利用，充實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)能源利用的可持續(xù)發(fā)展。
權(quán)利要求
1.礦井回風(fēng)熱回收利用方法，其特征是在回風(fēng)井出口的風(fēng)道或另設(shè)有旁路風(fēng)道，在出口風(fēng)道或旁路風(fēng)道里設(shè)有熱交換器，將礦井回風(fēng)的熱回收用于井筒的防凍或礦區(qū)生產(chǎn)或生活。
2.礦井回風(fēng)熱回收利用裝置，其特征是在回風(fēng)井出口的風(fēng)道或另設(shè)有旁路風(fēng)道，在出口風(fēng)道或旁路風(fēng)道里設(shè)有熱交換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦井回風(fēng)熱回收利用裝置，其特征是所述熱交換器是雙氣流道型熱交換器、熱管型熱交換器、旋轉(zhuǎn)式熱交換器、板式熱交換器或中間熱媒式熱交換器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦井回風(fēng)熱回收利用裝置，其特征是所述熱交換器是熱泵機(jī)組吸熱端的熱交換器；熱泵機(jī)組的吸熱端熱交換器是表面式熱交換器或噴水式熱交換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦井回風(fēng)熱回收利用裝置，其特征是所述的換熱器是具有除塵防腐功能的熱交換器或換熱器前置過(guò)濾器。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦井回風(fēng)熱回收利用裝置，其特征是熱泵機(jī)組吸熱端交換器浸漬換熱介質(zhì)的容器內(nèi)，熱泵機(jī)組具有高效的熱平臺(tái)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦井回風(fēng)熱回收利用裝置，其特征是出口的風(fēng)道上和旁路風(fēng)道上均設(shè)有開(kāi)啟與切斷調(diào)節(jié)閥。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦井回風(fēng)熱回收利用裝置，其特征是所述熱交換器的放熱端在新風(fēng)進(jìn)風(fēng)風(fēng)道內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦井回風(fēng)熱回收利用裝置，其特征是雙氣流道型熱交換器、熱管型熱交換器、旋轉(zhuǎn)式熱交換器、板式熱交換器、中間熱媒式熱交換器熱泵機(jī)組吸熱端交換器和水作為換熱介質(zhì)的熱交換器在風(fēng)道內(nèi)以二種或三種進(jìn)行組合安裝。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦井回風(fēng)熱回收利用裝置，其特征是所述旁路風(fēng)道是門(mén)形管或弧形曲線管道，在門(mén)形管的三段直線位置或弧形曲線管道均設(shè)雙氣流道型熱交換器、熱管型熱交換器、旋轉(zhuǎn)式熱交換器、板式熱交換器、中間熱媒式熱交換器或熱泵機(jī)組吸熱端交換器的二種或三種組合。
全文摘要
礦井回風(fēng)熱回收利用的方法和裝置，在回風(fēng)井出口的風(fēng)道或另設(shè)有旁路風(fēng)道，在出口風(fēng)道或旁路風(fēng)道里設(shè)有熱交換器。所述熱交換器是雙氣流道型熱交換器、熱管型熱交換器、旋轉(zhuǎn)式熱交換器、板式熱交換器或中間熱媒式熱交換器。本發(fā)明通過(guò)提供礦井回風(fēng)的熱回收利用裝置，在換熱工程中因克服的風(fēng)道和換熱器阻力所需的負(fù)壓由煤礦通風(fēng)機(jī)提供。礦井回風(fēng)的熱量提取后回用于礦井進(jìn)風(fēng)井筒的防凍，也用于其它生產(chǎn)和生活的供熱，如用于礦區(qū)采暖和洗浴等其他用熱單體。
文檔編號(hào)F24F13/00GK1916368SQ20061004151
公開(kāi)日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2006年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月11日
發(fā)明者朱曉彥 申請(qǐng)人:朱曉彥