一種礦井乏風取熱裝置及控制方法與流程

2023-09-11 09:40:15 1

本發明屬於煤礦餘熱利用技術領域，具體涉及一種礦井乏風取熱裝置及控制方法。

背景技術：

隨著國家對中小型燃煤鍋爐的控制和淘汰，生產、生活用熱逐漸成為制約煤礦安全生產的主要問題。礦井水是優質低品位熱源。所以礦井水豐富的煤礦，採用水源熱泵系統便可滿足燃煤鍋爐關停後的礦區用熱問題。但對於無礦井水、少礦井水的煤礦，礦井乏風成為僅存大容量餘熱資源。

關於提取礦井乏風餘熱，用於礦區生活、生產，目前已有很多研究。在已完成的工程項目中使用最多、最成熟的乏風取熱方式，仍屬噴淋換熱方式。但是，噴淋取熱方式仍存在不足，一是乏風含有大量灰塵，多次循環後很容易造成噴嘴堵塞；二是霧化液滴過小，會造成飛水，霧化液滴過大，又造成換熱不充分。因此噴淋取熱必須嚴格控制水質、噴嘴規格、噴水壓力。

技術實現要素：

針對上述噴淋取熱系統存在的不足，本發明提供了一種礦井乏風取熱裝置及其控制方法。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種礦井乏風取熱裝置，包括淋水填料，衝洗布水裝置，霧化噴淋裝置，擋液板，衝洗噴淋供水管道、衝洗水泵、沉澱池、連通管渠、集水池、霧化噴淋供水管道、熱泵機組蒸發器、旁通閥、自動反衝洗過濾器、循環水泵；

乏風風道包括相互連接的豎直段和水平段，淋水填料，衝洗布水裝置，霧化噴淋裝置，擋液板依次設置在豎直段內；衝洗布水裝置通過衝洗噴淋供水管道與衝洗水泵連接，衝洗水泵與沉澱池連接，沉澱池通過連通管渠與集水池連接，集水池設置在水平段；

霧化噴淋裝置通過霧化噴淋供水管道分別連接熱泵機組蒸發器和旁通閥，熱泵機組蒸發器和旁通閥均連接自動反衝洗過濾器，自動反衝洗過濾器連接循環水泵，循環水泵連接沉澱池。

作為本發明的進一步改進，沉澱池上設有溢水管道，排水管渠設置在溢水管道下方。

沉澱池上設有補水管道。

沉澱池為2個，1個處於備用狀態，1個處於工作狀態。

循環水泵為2臺，1臺處於備用狀態，1臺處於工作狀態。

自動反衝洗過濾器為2套，1套處於備用狀態，1套處於工作狀態。

所述霧化噴淋供水管道上設有霧化噴淋供水壓力傳感器、霧化噴淋供水流量計和霧化噴淋供水溫度傳感器。

所述連通管渠上設有連通管道溫度傳感器。

所述乏風風道的水平段內設有乏風風道溫度傳感器。

所述乏風風道的豎直段頂端乏風排氣口溫度傳感器。

所述補水管道上裝有補水流量計。

補水管道和沉澱池之間設有液位控制閥門。

所述霧化噴淋裝置採用上噴方式，噴淋口向上。

衝洗水泵從沉澱池中取水，經衝洗噴淋供水管道供給衝洗布水裝置；循環水泵從沉澱池取水，經自動反衝洗過濾器，進入熱泵機組蒸發器，或是進入旁通閥，然後再經霧化噴淋供水管道，送至霧化噴淋裝置。

控制霧化噴淋裝置，獲得當量直徑0.5～2.5mm液滴。由於噴嘴霧化液滴直徑在一定範圍內分布，對於噴出的較大直徑的液滴，以及小液滴運動過程中相互碰撞匯集成的大直徑液滴，因阻力不足將快速下降，致使噴淋換熱不足。此時，利用淋水填料，接收下降的水滴，利用填料間隙形成水膜，再次增加水與乏風的接觸換熱時間，從而提高換熱效果。

乏風含有大量灰塵。為防止灰塵對整個換熱過程造成嚴重影響，本發明採取了如下措施：

1、通過添加絮凝劑，沉澱池利用重力使大部分灰塵顆粒沉澱，根據泥灰匯集情況定期人工清理沉澱池。

2、為了防止大顆粒灰塵堵塞霧化噴嘴，循環水泵出口配置2套以上過濾等級不大於200μm的自動反衝洗過濾器。

3、配置衝洗布水裝置、衝洗供水管道及衝洗水泵等設備，用於鄰水填料的衝洗，防止灰塵在填料間隙表面匯集、結垢。

4、設置旁通閥，當霧化噴淋裝置噴嘴發生堵塞時，停止反衝洗的自動反衝洗過濾器，啟動備用狀態的循環水泵及自動反衝洗過濾器，打開旁通閥，通過增加霧化噴淋供水壓力及流量，衝洗霧化噴嘴。

本發明還提供了一種礦井乏風取熱裝置的控制方法，具體為霧化噴淋裝置堵塞判斷及衝洗方法，步驟包括：

根據噴嘴參數及額定噴淋水量，計算標準工況下的c0值。

其中，p0為噴嘴的額定壓降(pa)，f0為噴嘴的額定流量(m3/h)，n為噴嘴數量。

設定參考值c1，c2，取c1＝1.01～1.1c0，c2＝1.4～1.6c0；

檢測霧化噴淋供水管道壓力p(表壓)及流量f1，並按下式計算當實時檢測得到的c>c2，說明霧化噴淋噴嘴堵塞，實施噴嘴衝洗；

啟動備用狀態的循環水泵，關閉熱泵機組，打開旁通閥。通過增加循環水量的方式，衝洗霧化噴淋噴嘴堵塞。

衝洗過程中，如果檢測到c1>c，說明噴嘴堵塞基本清除，結束衝洗。

本發明還提供了一種礦井乏風取熱裝置的控制方法，具體為淋水填料髒堵判斷及衝洗方法，步驟包括：

根據乏風取熱的設計工況，計算標準狀態下的k0，

其中，

t10為設計工況下連通管道內噴淋匯集水溫度，

t20為設計工況下霧化噴淋供水溫度，

t10為設計工況下乏風初始溫度，

t20為設計工況下乏風排氣口溫度。

設定參考值k1，取k1＝0.7～0.9k0。

運行過程中，檢測霧化噴淋供水溫度t2、乏風初始溫度t1，連通管道內噴淋匯集水溫度t1，乏風排氣口溫度t2；並按下式計算k值：

當實時檢測得到的k≤k1，說明淋水填料髒堵，啟動衝洗水泵進行衝洗；衝洗10～30分鐘後，衝洗水泵停止。

本發明還提供了一種礦井乏風取熱裝置的控制方法，具體為霧化飛水損失判斷及控制方法，控制霧化噴淋裝置，獲得當量直徑0.5～2.5mm液滴。如果出現直徑小於0.5mm的液滴佔比過大，將會引起霧化飛水損失。

步驟包括：一旦沉澱池液位偏低，液位控制閥門即可打開進行補水，補水管道上裝有補水流量計；如果檢測補水流量計存在持續流量且維持10分鐘以上，說明存在大量霧化飛水損失，通過關小循環水泵出口閥門開度進行調節。

本發明還提供了一種礦井乏風取熱裝置的控制方法，具體為凝水排放方法，乏風初始相對溼度較高，一般在90％以上。所以取熱過程中，隨著乏風溫度降低，會有大量冷凝水析出並匯入噴淋水使噴淋水增加；在沉澱池上安裝溢水管，排放過多的噴淋水。

本發明的有益效果是，該裝置通過增加淋水填料，提高乏風取熱換熱效果，並通過霧化噴淋供水管道的壓力、溫度、流量，以及乏風的溫度，噴淋水的溫度，來判斷霧化噴嘴是否堵塞，淋水填料是否被泥塵堵塞，並通過旁通閥、衝洗水泵等設備實現霧化噴嘴及淋水填料的衝洗，實現裝置自清潔，維持高效換熱效率。

當然，實施本發明的任一產品並不一定需要同時達到以上所述的所有優點。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖。

圖2為本發明沉澱池結構示意圖。

圖中，1、乏風風道，2、淋水填料，3、衝洗布水裝置，4、乏風排氣口溫度傳感器，5、霧化噴淋裝置，6、擋液板，7、衝洗噴淋供水管道，8、霧化噴淋供水壓力傳感器，9、霧化噴淋供水流量計，10、霧化噴淋供水溫度傳感器，11、霧化噴淋供水管道，12、旁通閥，13、熱泵機組蒸發器，14、自動反衝洗過濾器，15、循環水泵，16、衝洗水泵，17、溢水管道，18、排水管渠，19、沉澱池，20、補水流量計，21、補水管道，22、連通管道溫度傳感器，23、連通管渠，24、集水池，25、乏風風道溫度傳感器，26、液位控制閥。

具體實施方式

如圖1-圖2所示，一種礦井乏風取熱裝置，包括乏風風道1、淋水填料2、衝洗布水裝置3、乏風排氣口溫度傳感器4、霧化噴淋裝置5、擋液板6、衝洗噴淋供水管道7、霧化噴淋供水壓力傳感器8、霧化噴淋供水流量計9、霧化噴淋供水溫度傳感器10、霧化噴淋供水管道11、旁通閥12、熱泵機組蒸發器13、自動反衝洗過濾器14、循環水泵15、衝洗水泵16、溢水管道17、排水管渠18、沉澱池19、補水流量計20、補水管道21、連通管道溫度傳感器22、連通管渠23、集水池24、乏風風道溫度傳感器25、液位控制閥26。

乏風風道1包括相互連接的豎直段和水平段，淋水填料2，衝洗布水裝置3，霧化噴淋裝置5，擋液板6依次設置在豎直段內；衝洗布水裝置3通過衝洗噴淋供水管道7與衝洗水泵16連接，衝洗水泵16與沉澱池19連接，沉澱池19通過連通管渠23與集水池24連接，集水池24設置在水平段。

霧化噴淋裝置5通過霧化噴淋供水管道11分別連接熱泵機組蒸發器13和旁通閥12，熱泵機組蒸發器13和旁通閥12均連接自動反衝洗過濾器14，自動反衝洗過濾器14連接循環水泵15，循環水泵15連接沉澱池19。

沉澱池19上有補水管道21和溢水管道17，排水管渠18設置在溢水管道17下方。

沉澱池19為2個，1個處於備用狀態，1個處於工作狀態。

循環水泵15為2臺，1臺處於備用狀態，1臺處於工作狀態。

自動反衝洗過濾器14為2套，1套處於備用狀態，1套處於工作狀態。

所述霧化噴淋供水管道11上設有霧化噴淋供水壓力傳感器8、霧化噴淋供水流量計9和霧化噴淋供水溫度傳感器10。

所述連通管渠23上設有連通管道溫度傳感器22。

所述乏風風道1的水平段內設有乏風風道溫度傳感器25。

所述乏風風道1的豎直段頂端乏風排氣口溫度傳感器4。

所述補水管道21上裝有補水流量計20。

補水管道21和沉澱池19之間設有液位控制閥門26。

下面列舉一個示例，進一步說明本實施例的霧化噴淋裝置堵塞判斷及衝洗方法。

乏風取熱裝置，選用噴嘴的參數為：噴淋量：0.5m3/h，噴嘴壓降：0.15mpa，噴嘴總數量為200個。

計算噴嘴標準工況下的c0值：

設定參考值c1，c2，取c1＝1.05·c0＝15.75，c2＝1.5·c0＝22.5。

檢測當前霧化噴淋供水管道壓力p為300kpa，流量f1為102m3/h。計算c

c＞c2，所以需要衝洗。

啟動備用狀態的循環水泵，關閉熱泵機組，打開旁通閥。系統穩定運行一段時間後，檢測霧化噴淋供水管道壓力p為400kpa，流量f1為160m3/h，計算c，

c＜c1，所以關閉備用狀態的循環水泵，關閉旁通閥，啟動熱泵機組，系統噴嘴衝洗完畢。

下面列舉一個示例，進一步說明本實施例淋水填料髒堵判斷及衝洗方法。

設計工況下連通管道內噴淋匯集水溫度t10為15℃，霧化噴淋供水溫度t20為10℃，乏風初始溫度t10為25℃，乏風排氣口溫度t20為16℃。

計算k0,

設定參考值k1，取k1＝0.8k0＝0.5108。

實際運行中，檢測連通管道內噴淋匯集水溫度t1為13℃，霧化噴淋供水溫度t2為8℃，乏風初始溫度t1為25℃，乏風排氣口溫度t2為16℃，則

檢測得到的k≤k1，說明淋水填料髒堵，啟動衝洗水泵進行衝洗；衝洗10～30分鐘後，衝洗水泵停止。

乏風流程：

乏風從乏風風道1進入乏風取熱裝置內部。控制乏風在取熱裝置內部的風速在3～8m/s。首先與淋水填料2淋下的水滴接觸，然後進入淋水填料2內部，與淋水填料2間隙上的水膜接觸繼續換熱。離開淋水填料2後，乏風與霧化噴淋裝置5噴出的氣霧液滴接觸，深度熱交換，然後進入擋液板6，過濾隨風夾帶的液滴後排到環境。

噴淋水流程：

循環水泵15從沉澱池19抽取淨化後的噴淋匯集水，經自動反衝洗過濾器14二次淨化，進入熱泵機組蒸發器13。如果此時處於霧化噴淋裝置噴嘴衝洗階段，則打開旁通閥12。熱泵蒸發器13提取噴淋水的熱量，降溫後的噴淋水進入霧化噴淋供水管道11，輸送至霧化噴淋裝置5。霧化噴淋裝置5噴出0.5～2.5mm液滴。對於小於0.5mm的液滴，存在隨風排出的可能，此時由擋液板6進行攔截，並在擋液板6底部形成大的液滴淋下。對於大於0.5mm的液滴，和乏風充分換熱，最終在重力作用下淋入淋水填料2，在淋水填料2內形成新的水膜，繼續和乏風換熱。最後在淋水填料2底部，噴淋水匯流至集水池24，集水池24再通過連通管渠23將噴淋水送至沉澱池19沉澱淨化。

衝洗水流程：

當判斷淋水填料2泥塵較多時，啟動衝洗水泵16。衝洗水泵16從沉澱池19中取水，經衝洗噴淋供水管道7進入衝洗布水裝置3。因流經水流增大，淋水填料2粘附泥塵被衝刷至集水池24，最終在沉澱池19沉澱。

本發明不局限於上述實施方式，任何人應得知在本發明的啟示下作出的與本發明具有相同或相近的技術方案，均落入本發明的保護範圍之內。

本發明未詳細描述的技術、形狀、構造部分均為公知技術。