一种自适应控制的矿井回风余热回收供热系统技术方案

本发明专利技术公开了一种自适应控制的矿井回风余热回收供热系统，包括矿井回风喷淋换热系统、低品位热能提升系统、负荷侧供热系统和自适应控制系统；所述矿井回风喷淋换热系统回收矿井回风中的显热量和潜热量，经过所述低品位热能提升系统提升为较高品位热量，提供给所述负荷侧供热系统使用；所述自适应控制系统对矿井回风喷淋换热系统、低品位热能提升系统和负荷侧供热系统进行监测、控制、反馈和调节。本发明专利技术提高了系统运行的准确性和目标性，节能和节水效果明显，解决了外界环境状态和用热负荷时刻变化与热湿交换效率适应性低的问题，系统应用参数化调节和变频器等控制方法实现了变工况矿井回风喷淋换热器高效调节。

An adaptive control of mine return air waste heat recovery heating system

The invention discloses an adaptive control heat recovery and heating system for mine return air, which comprises a mine return air spray heat exchange system, a low-grade heat energy raising system, a load side heat supply system and an adaptive control system. The self-adaptive control system monitors, controls, feedback and adjusts the mine return air spray heat exchange system, the low-grade heat energy lifting system and the load side heating system. The invention improves the accuracy and objectivity of the system operation, and has obvious energy-saving and water-saving effects. It solves the problem of low adaptability of the external environment state and the time variation of the heat load to the heat and moisture exchange efficiency. The system realizes the high-efficiency regulation of the return air spray heat exchanger under variable working conditions by applying the control methods of parametric regulation and frequency converter.

【技术实现步骤摘要】
一种自适应控制的矿井回风余热回收供热系统
本专利技术涉及喷淋热湿交换领域，尤其涉及一种自适应控制的矿井回风余热回收供热系统。
技术介绍
矿井回风的温湿度常年保持恒定，温度范围约为15℃～30℃，相对湿度大于90％以上，矿井回风的流量约为50m3/s～500m3/s，是一种低温余热资源，目前用于矿井回风余热回收的装置或系统，多利用热交换器或喷淋塔回收矿井回风中的余热资源，其中喷淋式是矿井回风与循环喷淋水直接逆流接触的热湿交换方式，夏季循环喷淋水的温度约为32℃～37℃，矿井回风与循环喷淋水热湿交换后，循环喷淋水的部分热能转移到矿井回风中，矿井回风吸热吸湿，其温度、相对湿度和焓均升高，循环喷淋水温度降低；冬季循环喷淋水的温度约为8℃～12℃，经热湿交换后矿井回风温度和相对湿度均降低，循环喷淋水吸热后温度升高，矿井回风的部分热能转移到循环喷淋水中。目前实际应用于矿井回风喷淋换热装置常根据经验设定喷淋参数，缺少系统控制方法，由于矿井回风的温度和相对湿度是影响热湿交换效率的主要因素，经验调节方法不易得到较高热湿交换效率，与用户侧负荷匹配困难，与大气环境参数的适应性低，同时造成机械设备能耗浪费，此外矿井回风的风量大、风井阻力大，合理调节矿井回风风量和循环喷淋水水量的配比成为影响矿井回风余热回收供热系统效率的重要因素。一种矿井回风部分废能回收利用系统(公布号：CN202442550U)、一种矿井回风余热回收利用系统(公布号：CN205980886U)、矿井乏风余热利用装置(公布号：CN202281419U)、矿井回风能量利用方法与装置(公布号：CN101696833A)、矿井回风热回收利用的方法及装置(公布号：CN1916368A)通过热交换器实现能量传递，但是热交换器只能回收余热中的显热部分，余热资源中的潜热量仍无法回收，单一显热回收效率较全热交换效率低；矿井回风余热回收利用装置(公布号：CN204373452U)、矿井热及湿源能量采集利用系统(公布号：CN103398510A)、一种基于矿井回风热能的水源热泵(公布号：CN205174927U)、一种矿井通风降温及余热利用系统(公布号：CN104213931A)、矿井回风热能提取装置(公布号：CN201133774Y)、一种矿井回风部分废能回收利用系统(公布号：CN202442550U)、一种矿井回风源热泵系统(公布号：CN201852361U)、矿井热及湿源能量采集利用系统(公布号：CN203432151U)都提出了一种矿井回风喷淋系统，但未对系统调节和控制方法进行研究；一种基于多参数的矿井喷淋换热效率计算方法的喷淋系统(公布号：CN105807609A)提出了一种矿井回风喷淋系统的控制方法，但是没有考虑大气环境参数和供热负荷的动态变化；一种利用云处理的矿井余热回收的系统与方法(公布号：CN105806144A)通过云处理的手段在运行管理方面对矿井余热回收系统进行管理和控制，但对系统参数的优化研究和控制不足；一种喷淋式矿井回风换热器性能评价指标的确定方法(公布号：CN105139117A)提出了矿井回风换热器的效率计算方法，但对计算参数的内在规律和换热优化方法研究不足。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种自适应控制的矿井回风余热回收供热系统，要解决的核心技术是通过控制方程动态控制矿井回风余热回收供热系统喷淋换热的最优水气比，使得矿井回风喷淋换热系统的热湿交换效率最优，且矿井回风余热回收供热系统的能效比最高。本专利技术提出了一种自适应控制的矿井回风余热回收供热系统，其核心技术包含三个方面内容：一是通过控制方程调节变频系统，得到最匹配负荷侧的回收热量，以减少过余传热量，减少水泵、热泵机组等机械能耗；二是将负荷侧动态变化及时反馈到控制方程，控制方程自适应调整后重新调节变频系统，如此循环得到最优的矿井回风喷淋换热系统的热湿交换效率，即有效回收的低品位热能利用效率最高；三是自适应控制方程的监测，防止自适应方程严重偏离控制目标，同时可以监测和记录系统的状态参数，保证自适应控制的安全性。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提出了一种自适应控制的矿井回风余热回收供热系统，包括矿井回风喷淋换热系统、低品位热能提升系统、负荷侧供热系统和自适应控制系统；所述矿井回风喷淋换热系统回收矿井回风中的显热量和潜热量，经过所述低品位热能提升系统提升为较高品位热量，提供给所述负荷侧供热系统使用；所述自适应控制系统对矿井回风喷淋换热系统、低品位热能提升系统和负荷侧供热系统进行监测、控制、反馈和调节。进一步的，所述矿井回风喷淋换热系统包括喷淋塔、矿井回风风机、喷淋管排、喷淋水循环水泵、汇水池和第一储热水箱，喷淋水循环水泵通过喷淋管排在喷淋塔中喷洒喷淋循环水与矿井回风逆流换热，喷淋水回收矿井回风中的显热量和潜热量后汇集到喷淋塔底部的汇水池中，喷淋回水经水处理后进入所述低品位热能提升系统，第一储热水箱和第二储热水箱用于缓冲系统调节引起的波动；所述低品位热能提升系统包括热泵机组和第一水处理设备，喷淋回水经水处理后进入热泵机组中提升为较高品位热量；所述负荷侧供热系统包括采暖末端及其管网、生活热水及其管网、井口防冻换热器、供热循环水泵、第二水处理设备和第二储热水箱，热泵机组产生的高温水供负荷侧供热系统使用。再进一步的，所述自适应控制系统包括监测单元、PLC模块、HMI人机界面和执行单元；其中监测单元完成各测点的温度、湿度、风速、流量、液位高度数据的采集，将数据传输到PLC模块进行处理和存储；HMI人机界面用于显示PLC模块采集的数据，并完成设置启动参数和特定工况的人机交互功能；执行单元用于执行PLC模块的处理结果。再进一步的，所述自适应控制系统的监测单元包括矿井回风温度传感器、矿井回风湿球温度传感器、矿井回风风速传感器、喷淋循环水回水温度传感器、喷淋循环第一储热水箱液位传感器、喷淋循环水供水温度传感器、喷淋循环水流量传感器、供热循环水回水温度传感器、井口防冻换热器回水温度传感器、井口防冻换热器供水温度传感器、采暖用户系统回水温度传感器、采暖用户系统供水温度传感器、生活热水供水温度传感器、大气环境湿度传感器、大气环境温度传感器、供热循环水供水温度传感器、供热循环水流量传感器、供热循环第二储热水箱液位传感器、矿井回风喷淋出口温度传感器、矿井回风喷淋出口湿球温度传感器、采暖用户系统循环水流量传感器、矿井送风风速传感器、井口防冻换热器出口空气温度传感器、井口防冻换热器循环水流量传感器、生活热水流量传感器。再进一步的，在系统待启动的情况下，当HMI人机界面和PLC模块得电后即可对其进行操作，按照顺序依次打开回风风机、喷淋水循环水泵、供热循环水泵、热泵机组和相关阀门，之后在HMI人机界面中给定系统运行的常规初始参数，使得系统能正常启动运行，PLC模块以固定时间单元进行数据处理和运行调节，计算出负荷侧供热系统所需要的总热量，依据热泵机组能效比计算出矿井回风喷淋换热系统回收的热量，根据矿井回风经喷淋换热前后的状态点参数计算出需用回风风量和矿井排风量，再利用水气比优化函数和相关测量数据计算得到喷淋循环水量，再通过PLC模块控制变频器以调节风机和水泵频率，减少水泵和热泵机组机械能耗；式中cp,a为矿井回风的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应控制的矿井回风余热回收供热系统，其特征在于：包括矿井回风喷淋换热系统、低品位热能提升系统、负荷侧供热系统和自适应控制系统；所述矿井回风喷淋换热系统回收矿井回风中的显热量和潜热量，经过所述低品位热能提升系统提升为较高品位热量，提供给所述负荷侧供热系统使用；所述自适应控制系统对矿井回风喷淋换热系统、低品位热能提升系统和负荷侧供热系统进行监测、控制、反馈和调节。

【技术特征摘要】
1.一种自适应控制的矿井回风余热回收供热系统，其特征在于：包括矿井回风喷淋换热系统、低品位热能提升系统、负荷侧供热系统和自适应控制系统；所述矿井回风喷淋换热系统回收矿井回风中的显热量和潜热量，经过所述低品位热能提升系统提升为较高品位热量，提供给所述负荷侧供热系统使用；所述自适应控制系统对矿井回风喷淋换热系统、低品位热能提升系统和负荷侧供热系统进行监测、控制、反馈和调节。2.根据权利要求1所述的自适应控制的矿井回风余热回收供热系统，其特征在于：所述矿井回风喷淋换热系统包括喷淋塔、矿井回风风机、喷淋管排、喷淋水循环水泵、汇水池和第一储热水箱，喷淋水循环水泵通过喷淋管排在喷淋塔中喷洒喷淋循环水与矿井回风逆流换热，喷淋水回收矿井回风中的显热量和潜热量后汇集到喷淋塔底部的汇水池中，喷淋回水经水处理后进入所述低品位热能提升系统，第一储热水箱用于缓冲系统调节引起的波动；所述低品位热能提升系统包括热泵机组和第一水处理设备，喷淋回水经水处理后进入热泵机组中提升为较高品位热量；所述负荷侧供热系统包括采暖末端及其管网、生活热水及其管网、井口防冻换热器、供热循环水泵、第二水处理设备和第二储热水箱，热泵机组产生的高温水供负荷侧供热系统使用。3.根据权利要求2所述的自适应控制的矿井回风余热回收供热系统，其特征在于：所述自适应控制系统包括监测单元、PLC模块、HMI人机界面和执行单元；其中监测单元完成各测点的温度、湿度、风速、流量、液位高度数据的采集，将数据传输到PLC模块进行处理和存储；HMI人机界面用于显示PLC模块采集的数据，并完成设置启动参数和特定工况的人机交互功能；执行单元用于执行PLC模块的处理结果。4.根据权利要求3所述的自适应控制的矿井回风余热回收供热系统，其特征在于：所述自适应控制系统的监测单元包括矿井回风温度传感器、矿井回风湿球温度传感器、矿井回风风速传感器、喷淋循环水回水温度传感器、喷淋循环第一储热水箱液位传感器、喷淋循环水供水温度传感器、喷淋循环水流量传感器、供热循环水回水温度传感器、井口防冻换热器回水温度传感器、井口防冻换热器供水温度传感器、采暖用户系统回水温度传感器、采暖用户系统供水温度传感器、生活热水供水温度传感器、大气环境湿度传感器、大气环境温度传感器、供热循环水供水温度传感器、供热循环水流量传感器、供热循环第二储热水箱液位传感器、矿井回风喷淋出口温度传感器、矿井回风喷淋出口湿球温度传感器、采暖用户系统循环水流量传感器、矿井送风风速传感器、井口防冻换热器出口空气温度传感器、井口防冻换热器循环水流量传感器、生活热水流量传感器。5.根据权利要求3或4所述的自适应控制的矿井回风余热回收供热系统，其特征在于：在系统待启动的情况下，当HM...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍玲玲，赵阳，赵旭，苏秀，王子勇，荣雅静，
申请(专利权)人：河北工程大学，
类型：发明
国别省市：河北,13