礦井排煙余熱回收技術(shù)研究

礦井排煙余熱回收技術(shù)研究

1礦井螺栓余熱回收裝置根據(jù)已發(fā)現(xiàn)的技術(shù)數(shù)據(jù)，與礦山提升相關(guān)的剩余回收裝置主要有以下兩種。第一種是中國(guó)山東新汶礦業(yè)集團(tuán)公司開(kāi)發(fā)的礦井乏風(fēng)熱能利用裝置。礦井乏風(fēng)熱能利用裝置充分利用了礦井排風(fēng)系統(tǒng)原有的擴(kuò)散塔豎井,在擴(kuò)散塔豎井上方設(shè)噴水排管,噴出的水自上而下落入豎井底部的集水池,礦井排風(fēng)則自下而上與噴水進(jìn)行逆流換熱。從原理上看,以這種方式從礦井排風(fēng)中提取熱量是可行的,但實(shí)際運(yùn)行中還存在技術(shù)問(wèn)題。按照現(xiàn)行的中國(guó)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范,排風(fēng)擴(kuò)散塔的設(shè)計(jì)并沒(méi)有為噴水換熱創(chuàng)造條件,因此,對(duì)于嚴(yán)格按照礦井設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)和施工的礦井來(lái)說(shuō),排風(fēng)擴(kuò)散塔豎井屬于高速風(fēng)道,在實(shí)際運(yùn)行中,擴(kuò)散塔內(nèi)的風(fēng)速都在25m/s以上。在這種空氣高速流動(dòng)的擴(kuò)散塔內(nèi)設(shè)噴水裝置,噴出的水將全部被吹出擴(kuò)散塔,因此,必須采用大水流澆灌的方式。然而,由于擴(kuò)散塔的高度有限,大水流澆灌的換熱方式只能在較短的換熱時(shí)間和較小的換熱空間內(nèi)進(jìn)行。由于氣水之間的換熱面積有限,換熱過(guò)程很不充分,因此,從礦井排風(fēng)中獲取的熱量也非常有限,大部分熱量仍隨礦井排風(fēng)排出擴(kuò)散塔。第二種是中國(guó)南京好捷煤電設(shè)計(jì)咨詢有限公司開(kāi)發(fā)的礦井回風(fēng)熱回收利用裝置。礦井回風(fēng)熱回收利用裝置的工作原理是在礦井排風(fēng)的風(fēng)道內(nèi)安裝換熱設(shè)備,通過(guò)空氣對(duì)流的方式從礦井排風(fēng)中提取熱能。由于礦井排風(fēng)的溫度普遍較低,一般都在20℃左右,換熱設(shè)備與礦井排風(fēng)之間的溫差很小,因此,若要獲取一定量的熱能就需要足夠大的換熱面積。若以這種方式回收礦井排風(fēng)的余熱,即便能有幾萬(wàn)平方米的換熱面積,也只能從礦井排風(fēng)中提取少量的熱量,不可能全面回收礦井排風(fēng)中的余熱資源。此外,由于礦井排風(fēng)的相對(duì)濕度大,并含有一定量的粉塵和腐蝕性氣體,因此,要求換熱設(shè)備應(yīng)便于清掃且具備一定的抗腐性能,以上因素將導(dǎo)致工程造價(jià)相對(duì)較高。以上兩種礦井排風(fēng)的余熱回收裝置在技術(shù)創(chuàng)新方面的動(dòng)作都不大,只是在現(xiàn)有的條件下象征性地采取了一些余熱回收措施,僅僅回收了很小部分的余熱資源。若要全面地回收礦井排風(fēng)中的余熱,必須創(chuàng)造一個(gè)有利于余熱回收的空間,在這個(gè)空間里有充足的換熱溫差、充足的換熱面積和充足的換熱時(shí)間。我所設(shè)計(jì)的礦井回風(fēng)余熱全回收裝置是:新建一座類似空氣噴淋室的建筑物,這座建筑物具備一定的通風(fēng)面積,將礦井排風(fēng)導(dǎo)入這個(gè)建筑物后可以形成橫向、穩(wěn)定的低速氣流,由水源熱泵的蒸發(fā)器提供的低溫循環(huán)水在多臺(tái)噴淋循環(huán)水泵的作用下形成多級(jí)逆向高密度噴淋水幕,礦井排風(fēng)與低溫噴淋水之間存在一定的換熱溫差,然后在充足的換熱面積下和充足的換熱時(shí)間內(nèi)完成充分的熱交換。2礦井國(guó)際噴淋系統(tǒng)礦井排風(fēng)余熱全回收裝置由空氣噴淋室,噴淋循環(huán)水裝置和供熱循環(huán)水裝置三部分組成。如圖1所示,在礦井排風(fēng)擴(kuò)散塔(2)的側(cè)面加設(shè)導(dǎo)風(fēng)道將礦井排風(fēng)引入礦井排風(fēng)余熱全回收裝置;一級(jí)噴淋排管(8)、二級(jí)噴淋排管(9)和三級(jí)噴淋排管(10)依次設(shè)在空氣噴淋室(7)內(nèi);3臺(tái)噴淋加壓泵(18)(17)(16)分別由一級(jí)、三級(jí)、二級(jí)落水池取水向三級(jí)、二級(jí)和一級(jí)噴淋排管加壓供水,其中噴淋加壓泵(18)將循環(huán)水供至水源熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器(19)端;供熱循環(huán)水泵(21)同時(shí)作為冷凝器的循環(huán)水泵,接在水源熱泵機(jī)組的冷凝器(23)的出水管(22)上。3空氣噴淋和蒸發(fā)首先,利用煤礦原有的礦井排風(fēng)擴(kuò)散塔(2)將全部礦井排風(fēng)導(dǎo)入空氣噴淋室(7),擴(kuò)散塔(2)的入口處設(shè)排風(fēng)加壓風(fēng)機(jī)(1)(為礦井原有的設(shè)備),擴(kuò)散塔(2)的頂部增設(shè)可啟閉的蓋板(3)(在不啟用礦井排風(fēng)余熱全回收裝置時(shí)應(yīng)開(kāi)啟蓋板進(jìn)行常規(guī)排風(fēng));在擴(kuò)散塔(2)的側(cè)面加設(shè)導(dǎo)風(fēng)道直通空氣噴淋室,導(dǎo)風(fēng)道內(nèi)設(shè)風(fēng)道關(guān)斷閥(4)(在不啟用礦井排風(fēng)余熱全回收裝置時(shí)應(yīng)關(guān)閉該閥),空氣噴淋室(7)與導(dǎo)風(fēng)道的接口處設(shè)導(dǎo)風(fēng)板(5)和均流板(6),在空氣噴淋室(7)內(nèi)依次設(shè)一級(jí)噴淋排管(8)、二級(jí)噴淋排管(9)、三級(jí)噴淋排管(10)和擋水板(11)。沉淀池(12)和一級(jí)落水池(13)設(shè)在導(dǎo)風(fēng)板(5)和均流板(6)的下方,二級(jí)落水池(14)設(shè)在二級(jí)噴淋排管(9)的下方,三級(jí)落水池(15)設(shè)在三級(jí)噴淋排管(10)的下方。三臺(tái)噴淋加壓泵(18)(17)(16)分別由一級(jí)、三級(jí)、二級(jí)落水池取水向三級(jí)、二級(jí)和一級(jí)噴淋排管加壓供水,其中噴淋加壓泵(18)將循環(huán)水供至水源熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器(19)端。供熱循環(huán)水泵(21)同時(shí)作為冷凝器循環(huán)水泵,接在水源熱泵機(jī)組的冷凝器(23)的出水管(22)上。4橫向霧化氣流礦井排風(fēng)余熱全回收裝置的核心部分是空氣噴淋室,礦井回風(fēng)在空氣噴淋室內(nèi)形成非常有利于氣水換熱的橫向低速氣流(風(fēng)速2.5~3m/s)。蒸發(fā)器提供的冷凍水在這種橫向低速氣流內(nèi)經(jīng)過(guò)兩級(jí)或兩級(jí)以上的高密度水幕對(duì)礦井排風(fēng)進(jìn)行逆向霧化噴淋,以較大的換熱溫差、較長(zhǎng)的換熱時(shí)間和較大的換熱面積完成氣水之間的熱交換,從而較充分地回收礦井排風(fēng)中的余熱資源。礦井排風(fēng)余熱全回收裝置由3個(gè)循環(huán)流程組合而成。4.1礦井國(guó)際習(xí)慣法礦井排風(fēng)被礦井排風(fēng)加壓風(fēng)機(jī)(1)壓入擴(kuò)散塔(2),擴(kuò)散塔頂部設(shè)置可開(kāi)啟和關(guān)閉的蓋板(3);擴(kuò)散塔(2)側(cè)面加設(shè)導(dǎo)風(fēng)道,并在導(dǎo)風(fēng)道內(nèi)設(shè)風(fēng)道關(guān)斷閥(4)。礦井排風(fēng)余熱全回收裝置開(kāi)啟時(shí),關(guān)閉蓋板(3),同時(shí)開(kāi)啟風(fēng)道關(guān)斷閥(4),將礦井排風(fēng)全部導(dǎo)入空氣噴淋室(7)內(nèi)。進(jìn)入空氣噴淋室(7)的礦井排風(fēng)通過(guò)導(dǎo)風(fēng)板(5)和均流板(6)之后,轉(zhuǎn)變?yōu)榈退佟⒕鞯臋M向穩(wěn)定氣流,再依次經(jīng)過(guò)一級(jí)噴淋排管(8)、二級(jí)噴淋排管(9)和三級(jí)噴淋排管(10)的高密度冷凍水的逆向噴淋進(jìn)行充分的熱濕交換,之后通過(guò)擋水板(11)排至室外。此時(shí)的礦井排風(fēng),其溫度和相對(duì)濕度都已大幅度降低,同時(shí)所含有的粉塵也被噴淋水洗滌干凈。4.2噴淋系統(tǒng)設(shè)計(jì)由水源熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器(19)出來(lái)的低溫噴淋水首先進(jìn)入三級(jí)噴淋排管(10);二級(jí)噴淋加壓泵(17)將三級(jí)落水池(15)內(nèi)的噴淋落水加壓送入二級(jí)噴淋排管(9);一級(jí)噴淋加壓泵(16)將二級(jí)落水池(14)內(nèi)的噴淋落水加壓送入一級(jí)噴淋排管(8)。一級(jí)和二級(jí)噴淋主要用于回收礦井排風(fēng)中的顯熱,三級(jí)噴淋則利用低溫水回收礦井排風(fēng)中的潛熱。水源熱泵循環(huán)水泵(18)的大部分進(jìn)水來(lái)自一級(jí)落水池(13)的噴淋落水,小部分則來(lái)自沉淀池(12)的回水。噴淋循環(huán)水被水源熱泵循環(huán)水泵(18)壓入水源熱泵的蒸發(fā)器(19)內(nèi)被取熱降溫后,再次進(jìn)入三級(jí)噴淋排管(10)對(duì)礦井排風(fēng)進(jìn)行逆向噴淋。在各級(jí)噴淋過(guò)程中,都應(yīng)以“水氣比”大于1.0的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)噴淋水量。沉淀池須定時(shí)排水除污,一方面,從礦井排風(fēng)中過(guò)濾出來(lái)的粉塵不斷沉積在沉淀池底部,這些淤泥須定期排除才不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行;另一方面,循環(huán)水中的SO42-和Cl-也需要通過(guò)部分換水的方式進(jìn)行稀釋,以達(dá)到降低循環(huán)水腐蝕性的目的。4.3循環(huán)供熱系統(tǒng)供熱循環(huán)水泵(21)是供熱系統(tǒng)的循環(huán)水泵,同時(shí)也是冷凝器(23)的循環(huán)水泵。冷凝器的進(jìn)水管(20)接供熱系統(tǒng)的循環(huán)回水總管,冷凝器的出水管接供熱循環(huán)水泵(21)的進(jìn)水管,供熱循環(huán)水泵(21)的出水管接供熱系統(tǒng)的循環(huán)供水總管(22)。在供熱循環(huán)水泵(21)的推動(dòng)下,通過(guò)供熱系統(tǒng)的循環(huán)管道:進(jìn)水管(20)和出水管(22),礦井排風(fēng)余熱全回收裝置從礦井排風(fēng)中提取的熱量經(jīng)水源熱泵提升溫度后被輸送到供熱系統(tǒng)的各用熱點(diǎn)。供熱循環(huán)水的供水溫度和用電功率均可通過(guò)調(diào)節(jié)水源熱泵機(jī)組的設(shè)定參數(shù)值的方法加以控制。5礦井預(yù)作中余熱利用的探討礦井排風(fēng)余熱全回收裝置既是一種回收余熱的裝置,又是一種冬季供熱的裝置,其主要特點(diǎn)是新建“空氣噴淋室”,采取多級(jí)高密度逆向“空氣噴淋”的方式全面回收礦井排風(fēng)中的余熱,并利用熱泵提升這部分余熱資源的溫位后提供給供熱系統(tǒng)。蘊(yùn)含在礦井排風(fēng)中的余熱資源是非?？捎^的。以一座年產(chǎn)90萬(wàn)t的煤礦為例,礦井排風(fēng)的風(fēng)量為150m3/s,冬季礦井排風(fēng)的溫度為27℃,相對(duì)濕度為95%。若采用合理有效的裝置進(jìn)行余熱回收,可將礦井排風(fēng)的溫度從27℃降低到10℃,相對(duì)濕度從95%降低到70%。則由礦井排風(fēng)中提取的熱量為:經(jīng)熱泵