本發(fā)明屬于煤礦余熱利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種礦井乏風(fēng)取熱裝置及控制方法。

背景技術(shù)：

隨著國家對中小型燃煤鍋爐的控制和淘汰，生產(chǎn)、生活用熱逐漸成為制約煤礦安全生產(chǎn)的主要問題。礦井水是優(yōu)質(zhì)低品位熱源。所以礦井水豐富的煤礦，采用水源熱泵系統(tǒng)便可滿足燃煤鍋爐關(guān)停后的礦區(qū)用熱問題。但對于無礦井水、少礦井水的煤礦，礦井乏風(fēng)成為僅存大容量余熱資源。

關(guān)于提取礦井乏風(fēng)余熱，用于礦區(qū)生活、生產(chǎn)，目前已有很多研究。在已完成的工程項(xiàng)目中使用最多、最成熟的乏風(fēng)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(fēng)含有大量灰塵，多次循環(huán)后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(yán)格控制水質(zhì)、噴嘴規(guī)格、噴水壓力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種礦井乏風(fēng)取熱裝置，包括淋水填料，沖洗布水裝置，霧化噴淋裝置，擋液板，沖洗噴淋供水管道、沖洗水泵、沉淀池、連通管渠、集水池、霧化噴淋供水管道、熱泵機(jī)組蒸發(fā)器、旁通閥、自動反沖洗過濾器、循環(huán)水泵；

乏風(fēng)風(fēng)道包括相互連接的豎直段和水平段，淋水填料，沖洗布水裝置，霧化噴淋裝置，擋液板依次設(shè)置在豎直段內(nèi)；沖洗布水裝置通過沖洗噴淋供水管道與沖洗水泵連接，沖洗水泵與沉淀池連接，沉淀池通過連通管渠與集水池連接，集水池設(shè)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(jī)組蒸發(fā)器和旁通閥，熱泵機(jī)組蒸發(fā)器和旁通閥均連接自動反沖洗過濾器，自動反沖洗過濾器連接循環(huán)水泵，循環(huán)水泵連接沉淀池。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，沉淀池上設(shè)有溢水管道，排水管渠設(shè)置在溢水管道下方。

沉淀池上設(shè)有補(bǔ)水管道。

沉淀池為2個，1個處于備用狀態(tài)，1個處于工作狀態(tài)。

循環(huán)水泵為2臺，1臺處于備用狀態(tài)，1臺處于工作狀態(tài)。

自動反沖洗過濾器為2套，1套處于備用狀態(tài)，1套處于工作狀態(tài)。

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

所述連通管渠上設(shè)有連通管道溫度傳感器。

所述乏風(fēng)風(fēng)道的水平段內(nèi)設(shè)有乏風(fēng)風(fēng)道溫度傳感器。

所述乏風(fēng)風(fēng)道的豎直段頂端乏風(fēng)排氣口溫度傳感器。

所述補(bǔ)水管道上裝有補(bǔ)水流量計(jì)。

補(bǔ)水管道和沉淀池之間設(shè)有液位控制閥門。

所述霧化噴淋裝置采用上噴方式，噴淋口向上。

沖洗水泵從沉淀池中取水，經(jīng)沖洗噴淋供水管道供給沖洗布水裝置；循環(huán)水泵從沉淀池取水，經(jīng)自動反沖洗過濾器，進(jìn)入熱泵機(jī)組蒸發(fā)器，或是進(jìn)入旁通閥，然后再經(jīng)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(dāng)量直徑0.5～2.5mm液滴。由于噴嘴霧化液滴直徑在一定范圍內(nèi)分布，對于噴出的較大直徑的液滴，以及小液滴運(yùn)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(fēng)的接觸換熱時間，從而提高換熱效果。

乏風(fēng)含有大量灰塵。為防止灰塵對整個換熱過程造成嚴(yán)重影響，本發(fā)明采取了如下措施：

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

2、為了防止大顆?；覊m堵塞霧化噴嘴，循環(huán)水泵出口配置2套以上過濾等級不大于200μm的自動反沖洗過濾器。

3、配置沖洗布水裝置、沖洗供水管道及沖洗水泵等設(shè)備，用于鄰水填料的沖洗，防止灰塵在填料間隙表面匯集、結(jié)垢。

4、設(shè)置旁通閥，當(dāng)霧化噴淋裝置噴嘴發(fā)生堵塞時，停止反沖洗的自動反沖洗過濾器，啟動備用狀態(tài)的循環(huán)水泵及自動反沖洗過濾器，打開旁通閥，通過增加霧化噴淋供水壓力及流量，沖洗霧化噴嘴。

本發(fā)明還提供了一種礦井乏風(fēng)取熱裝置的控制方法，具體為霧化噴淋裝置堵塞判斷及沖洗方法，步驟包括：

根據(jù)噴嘴參數(shù)及額定噴淋水量，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)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(shù)量。

設(shè)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，并按下式計(jì)算當(dāng)實(shí)時檢測得到的c>c2，說明霧化噴淋噴嘴堵塞，實(shí)施噴嘴沖洗；

啟動備用狀態(tài)的循環(huán)水泵，關(guān)閉熱泵機(jī)組，打開旁通閥。通過增加循環(huán)水量的方式，沖洗霧化噴淋噴嘴堵塞。

沖洗過程中，如果檢測到c1>c，說明噴嘴堵塞基本清除，結(jié)束沖洗。

本發(fā)明還提供了一種礦井乏風(fēng)取熱裝置的控制方法，具體為淋水填料臟堵判斷及沖洗方法，步驟包括：

根據(jù)乏風(fēng)取熱的設(shè)計(jì)工況，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的k0，

其中，

t10為設(shè)計(jì)工況下連通管道內(nèi)噴淋匯集水溫度，

t20為設(shè)計(jì)工況下霧化噴淋供水溫度，

t10為設(shè)計(jì)工況下乏風(fēng)初始溫度，

t20為設(shè)計(jì)工況下乏風(fēng)排氣口溫度。

設(shè)定參考值k1，取k1＝0.7～0.9k0。

運(yùn)行過程中，檢測霧化噴淋供水溫度t2、乏風(fēng)初始溫度t1，連通管道內(nèi)噴淋匯集水溫度t1，乏風(fēng)排氣口溫度t2；并按下式計(jì)算k值：

當(dāng)實(shí)時檢測得到的k≤k1，說明淋水填料臟堵，啟動沖洗水泵進(jìn)行沖洗；沖洗10～30分鐘后，沖洗水泵停止。

本發(fā)明還提供了一種礦井乏風(fēng)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(dāng)量直徑0.5～2.5mm液滴。如果出現(xiàn)直徑小于0.5mm的液滴占比過大，將會引起霧化飛水損失。

步驟包括：一旦沉淀池液位偏低，液位控制閥門即可打開進(jìn)行補(bǔ)水，補(bǔ)水管道上裝有補(bǔ)水流量計(jì)；如果檢測補(bǔ)水流量計(jì)存在持續(xù)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(guān)小循環(huán)水泵出口閥門開度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

本發(fā)明還提供了一種礦井乏風(fēng)取熱裝置的控制方法，具體為凝水排放方法，乏風(fēng)初始相對濕度較高，一般在90％以上。所以取熱過程中，隨著乏風(fēng)溫度降低，會有大量冷凝水析出并匯入噴淋水使噴淋水增加；在沉淀池上安裝溢水管，排放過多的噴淋水。

本發(fā)明的有益效果是，該裝置通過增加淋水填料，提高乏風(fēng)取熱換熱效果，并通過霧化噴淋供水管道的壓力、溫度、流量，以及乏風(fēng)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，并通過旁通閥、沖洗水泵等設(shè)備實(shí)現(xiàn)霧化噴嘴及淋水填料的沖洗，實(shí)現(xiàn)裝置自清潔，維持高效換熱效率。

當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明沉淀池結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1、乏風(fēng)風(fēng)道，2、淋水填料，3、沖洗布水裝置，4、乏風(fēng)排氣口溫度傳感器，5、霧化噴淋裝置，6、擋液板，7、沖洗噴淋供水管道，8、霧化噴淋供水壓力傳感器，9、霧化噴淋供水流量計(jì)，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(jī)組蒸發(fā)器，14、自動反沖洗過濾器，15、循環(huán)水泵，16、沖洗水泵，17、溢水管道，18、排水管渠，19、沉淀池，20、補(bǔ)水流量計(jì)，21、補(bǔ)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(fēng)風(fēng)道溫度傳感器，26、液位控制閥。

具體實(shí)施方式

如圖1-圖2所示，一種礦井乏風(fēng)取熱裝置，包括乏風(fēng)風(fēng)道1、淋水填料2、沖洗布水裝置3、乏風(fēng)排氣口溫度傳感器4、霧化噴淋裝置5、擋液板6、沖洗噴淋供水管道7、霧化噴淋供水壓力傳感器8、霧化噴淋供水流量計(jì)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(jī)組蒸發(fā)器13、自動反沖洗過濾器14、循環(huán)水泵15、沖洗水泵16、溢水管道17、排水管渠18、沉淀池19、補(bǔ)水流量計(jì)20、補(bǔ)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(fēng)風(fēng)道溫度傳感器25、液位控制閥26。

乏風(fēng)風(fēng)道1包括相互連接的豎直段和水平段，淋水填料2，沖洗布水裝置3，霧化噴淋裝置5，擋液板6依次設(shè)置在豎直段內(nèi)；沖洗布水裝置3通過沖洗噴淋供水管道7與沖洗水泵16連接，沖洗水泵16與沉淀池19連接，沉淀池19通過連通管渠23與集水池24連接，集水池24設(shè)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(jī)組蒸發(fā)器13和旁通閥12，熱泵機(jī)組蒸發(fā)器13和旁通閥12均連接自動反沖洗過濾器14，自動反沖洗過濾器14連接循環(huán)水泵15，循環(huán)水泵15連接沉淀池19。

沉淀池19上有補(bǔ)水管道21和溢水管道17，排水管渠18設(shè)置在溢水管道17下方。

沉淀池19為2個，1個處于備用狀態(tài)，1個處于工作狀態(tài)。

循環(huán)水泵15為2臺，1臺處于備用狀態(tài)，1臺處于工作狀態(tài)。

自動反沖洗過濾器14為2套，1套處于備用狀態(tài)，1套處于工作狀態(tài)。

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

所述連通管渠23上設(shè)有連通管道溫度傳感器22。

所述乏風(fēng)風(fēng)道1的水平段內(nèi)設(shè)有乏風(fēng)風(fēng)道溫度傳感器25。

所述乏風(fēng)風(fēng)道1的豎直段頂端乏風(fēng)排氣口溫度傳感器4。

所述補(bǔ)水管道21上裝有補(bǔ)水流量計(jì)20。

補(bǔ)水管道21和沉淀池19之間設(shè)有液位控制閥門26。

下面列舉一個示例，進(jìn)一步說明本實(shí)施例的霧化噴淋裝置堵塞判斷及沖洗方法。

乏風(fēng)取熱裝置，選用噴嘴的參數(shù)為：噴淋量：0.5m³/h，噴嘴壓降：0.15mpa，噴嘴總數(shù)量為200個。

計(jì)算噴嘴標(biāo)準(zhǔn)工況下的c0值：

設(shè)定參考值c1，c2，取c1＝1.05·c0＝15.75，c2＝1.5·c0＝22.5。

檢測當(dāng)前霧化噴淋供水管道壓力p為300kpa，流量f1為102m³/h。計(jì)算c

c＞c2，所以需要沖洗。

啟動備用狀態(tài)的循環(huán)水泵，關(guān)閉熱泵機(jī)組，打開旁通閥。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行一段時間后，檢測霧化噴淋供水管道壓力p為400kpa，流量f1為160m³/h，計(jì)算c，

c＜c1，所以關(guān)閉備用狀態(tài)的循環(huán)水泵，關(guān)閉旁通閥，啟動熱泵機(jī)組，系統(tǒng)噴嘴沖洗完畢。

下面列舉一個示例，進(jìn)一步說明本實(shí)施例淋水填料臟堵判斷及沖洗方法。

設(shè)計(jì)工況下連通管道內(nèi)噴淋匯集水溫度t10為15℃，霧化噴淋供水溫度t20為10℃，乏風(fēng)初始溫度t10為25℃，乏風(fēng)排氣口溫度t20為16℃。

計(jì)算k0,

設(shè)定參考值k1，取k1＝0.8k0＝0.5108。

實(shí)際運(yùn)行中，檢測連通管道內(nèi)噴淋匯集水溫度t1為13℃，霧化噴淋供水溫度t2為8℃，乏風(fēng)初始溫度t1為25℃，乏風(fēng)排氣口溫度t2為16℃，則

檢測得到的k≤k1，說明淋水填料臟堵，啟動沖洗水泵進(jìn)行沖洗；沖洗10～30分鐘后，沖洗水泵停止。

乏風(fēng)流程：

乏風(fēng)從乏風(fēng)風(fēng)道1進(jìn)入乏風(fēng)取熱裝置內(nèi)部?？刂品︼L(fēng)在取熱裝置內(nèi)部的風(fēng)速在3～8m/s。首先與淋水填料2淋下的水滴接觸，然后進(jìn)入淋水填料2內(nèi)部，與淋水填料2間隙上的水膜接觸繼續(xù)換熱。離開淋水填料2后，乏風(fēng)與霧化噴淋裝置5噴出的氣霧液滴接觸，深度熱交換，然后進(jìn)入擋液板6，過濾隨風(fēng)夾帶的液滴后排到環(huán)境。

噴淋水流程：

循環(huán)水泵15從沉淀池19抽取凈化后的噴淋匯集水，經(jīng)自動反沖洗過濾器14二次凈化，進(jìn)入熱泵機(jī)組蒸發(fā)器13。如果此時處于霧化噴淋裝置噴嘴沖洗階段，則打開旁通閥12。熱泵蒸發(fā)器13提取噴淋水的熱量，降溫后的噴淋水進(jìn)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。對于小于0.5mm的液滴，存在隨風(fēng)排出的可能，此時由擋液板6進(jìn)行攔截，并在擋液板6底部形成大的液滴淋下。對于大于0.5mm的液滴，和乏風(fēng)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(nèi)形成新的水膜，繼續(xù)和乏風(fēng)換熱。最后在淋水填料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將噴淋水送至沉淀池19沉淀凈化。

沖洗水流程：

當(dāng)判斷淋水填料2泥塵較多時，啟動沖洗水泵16。沖洗水泵16從沉淀池19中取水，經(jīng)沖洗噴淋供水管道7進(jìn)入沖洗布水裝置3。因流經(jīng)水流增大，淋水填料2粘附泥塵被沖刷至集水池24，最終在沉淀池19沉淀。

本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，任何人應(yīng)得知在本發(fā)明的啟示下作出的與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

本發(fā)明未詳細(xì)描述的技術(shù)、形狀、構(gòu)造部分均為公知技術(shù)。