矿井余热梯级利用一体化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种矿井余热梯级利用一体化系统，包括矿井深层余热利用系统和矿井浅层余热利用系统，矿井深层余热利用系统包括供电系统和供热水系统，供电系统包括依次连接的深层余热热管采集系统、第一换热器和发电系统，第一换热器和供电系统均与供热水系统连接；矿井浅层余热利用系统包括水制热制冷系统和新风处理系统，水制热制冷系统包括地埋管、热泵机组和地板辐射管系统，地埋管的两端和地板辐射管的两端均与热泵机组连接，房屋的室内与新风处理系统连接，热泵机组与发电系统和供热水系统均连接。本发明专利技术分层次利用矿井余热，实现了余热最大化利用；达到减轻矿井热害这一严重问题，节能环保，结构简单。

【技术实现步骤摘要】
矿井余热梯级利用一体化系统
本专利技术属于矿井余热利用
，具体是涉及一种矿井余热梯级利用一体化系统。
技术介绍
由于长期开采，浅部资源日趋枯竭，大部分煤矿已进入深部开采状态。深部高温热害则是深部矿井普遍面临的难题，矿井热环境问题日益成为制约深部矿床有效开采的重要因素。现有矿井降温技术与地热资源利用并没有很好结合；另一方面，室内舒适环境调节存在诸多问题，例如制热、制冷系统复杂，耗能比较大，噪音大、舒适性不甚理想。传统供热方式导致出现雾霾、粉尘等环境问题，这就使得研究新型能源、优化现有室内制热制冷系统显得尤为必要，而多联供系统正在被探索应用，有待进一步完善。现有地热资源的利用多采用U型井、利用水进行热量传输，存在热耗散严重且需水量大、浅层热量利用较多而深层浪费等问题，而且多以热量形式输送出来直接利用，热能利用率较低。集矿井开采与地热资源利用协同化发展刚刚起步，相关研究急需进一步探究，因此，设计一种矿井余热梯级利用一体化系统很有必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种矿井余热梯级利用一体化系统，该系统最大限度分层次利用矿井余热，深层余热提取用来发电供给建筑暖通设备及生活热水耗能，浅层余热提取供给建筑制热制冷所需能耗，从而实现了余热最大化利用；同时达到减轻矿井热害这一严重问题，节能环保，结构简单。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：包括提取矿井深层余热用于发电以供给建筑暖通设备及生活热水的矿井深层余热利用系统和提取矿井浅层余热对室内进行制热制冷的矿井浅层余热利用系统，所述矿井深层余热利用系统包括供电系统和供热水系统，所述供电系统包括依次连接的深层余热热管采集系统、第一换热器和发电系统，所述第一换热器和发电系统均与供热水系统连接；所述矿井浅层余热利用系统包括水制热制冷系统和新风处理系统，所述水制热制冷系统包括地埋管、热泵机组和地板辐射管系统，所述地埋管的两端和地板辐射管系统的两端均通过管道与热泵机组连接，所述地埋管设置在浅层矿井内，所述地板辐射管系统设置在房屋的室内地面下，所述房屋的室内与新风处理系统连接，所述热泵机组与发电系统和供热水系统均连接。上述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述深层余热热管采集系统包括热管外壳、内置套管、泡沫铁镍材料、蒸汽通道和冷凝水通道，所述内置套管同心设置在热管外壳内，所述内置套管的上端开口、下端与热管外壳的底部焊接密实，所述泡沫铁镍材料焊接在内置套管与热管外壳的下部之间，所述蒸汽通道的一端与热管外壳的上端连通，所述冷凝水通道的一端与热管外壳的上部连通，所述蒸汽通道上依次安装有第一压力表和第一温度计，所述冷凝水通道上依次安装有介质计量加注器、第二压力表和抽真空阀门；所述蒸汽通道的另一端和冷凝水通道的另一端均与第一换热器的蒸发端连接，所述热管外壳竖直设置且底部位于深层矿井区内，所述内置套管位于矿井区的热管外壳内，所述蒸汽通道和冷凝水通道均位于矿井区外。上述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述第一压力表设置在靠近蒸汽通道与热管外壳连接的一端，所述介质计量加注器设置在靠近冷凝水通道与热管外壳连接的一端。上述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述内置套管的上部直径小于内置套管的下部直径，所述内置套管的下部与其对应外侧的热管外壳段共同构成蒸发段，所述内置套管的上部与其对应外侧的热管外壳段共同构成绝热段。上述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述地埋管设置在浅层矿井回填区内。上述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述供热水系统包括储水罐、自来水进水管和生活用水管道，所述储水罐的内部分为热水仓和冷水仓，所述自来水进水管的一端与所述冷水仓的冷水进口连接，所述自来水进水管上安装有开关阀，所述生活用水管道的一端与所述热水仓的底部热水出口连接，所述生活用水管道的另一端与所述热水仓的顶部热水进口连接，所述生活用水管道上设置有多个喷头；所述热水仓的底部热水进口和所述冷水仓的冷水出口均通过管道与第一换热器连接，所述热水仓的底部热水进口和所述冷水仓的冷水出口均通过管道与热泵机组连接。上述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述发电系统包括蒸发器、膨胀机、发电机、内回热器、冷凝器和工质泵，所述蒸发器、膨胀机、内回热器、冷凝器和工质泵通过管道依次连接，所述内回热器通过管道与蒸发器连接，所述工质泵通过管道与内回热器连接，所述膨胀机与发电机连接，所述发电机与热泵机组连接且为热泵机组供电；所述蒸发器的热源进口和冷凝水出口均通过管道与第一换热器的冷凝端连接，所述冷凝器的自来水进口通过管道与所述冷水仓的冷水出口连接，所述冷凝器的热水出口通过管道与所述热水仓的底部热水进口连接。上述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述地板辐射管系统包括地板辐射管、辅助热管和卡壳，所述辅助热管通过卡壳倾斜固定在地板辐射管上，所述卡壳为截面是半环形的空心结构，所述辅助热管的开口端与卡壳连通，所述辅助热管内填充有吸液芯，所述辅助热管的上侧通道为蒸汽通道，所述辅助热管的下侧通道为液体通道，所述辅助热管和卡壳为一体结构，所述地板辐射管的两端均通过管道与热泵机组连接。上述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述辅助热管的中轴线与地板辐射管的中轴线之间的夹角为30°～60°。上述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述新风处理系统包括喷水室、第二换热器、第一风机、风道、新风管、第二风机和冷却器，所述喷水室、第二换热器的冷凝端、第一风机、风道的一端通过管道依次连接，所述风道的另一端、第二风机、冷却器通过管道依次连接，所述喷水室和冷却器均与房屋的室内连通，所述第一风机和第二风机的电机均连接有变频器，所述新风管通入浅层矿井的风井内。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术利用提取的矿井深层余热发电和供热水所用，利用浅层低品味热能进行制热制冷，浅层冬季提取余热，夏季进行蓄热，从而实现全年换热；因此，该一体化系统实现了矿井余热梯级利用，同时降低矿井温度，避免热害问题出现。2、本专利技术采用深层余热热管采集系统取热，热管通过工质相变来高效实现矿井内部主要热源转移，无需提供动能，传热效率极高，可以充分提取深层地热进行发电以满足建筑能耗；室内地板辐射管采用辅助热管以强化换热，全年可用辅助热管强化管内工质与地板换热；新风处理设备所用热管换热器，在排风与新风之间进行换热，为室内提供舒适的冷热环境。3、本专利技术室内制热制冷采用地辐射式空调形式，辐射式空调以辐射方式传热改变室内温度，高效节能、无噪音、无吹风感、冷热均匀，结构简单、系统节能的同时达到室内制热制冷目的，更加符合建筑室内人体冷热感觉的舒适要求。4、本专利技术热泵机组，一种以水为冷热源对建筑物进行冬暖夏凉的空调技术，地源热泵只是在大地和室内之间"转移"能量，利用极小的电力来维持室内所需要的温度。5、本专利技术地埋管设置在浅层矿井回填区内，充填体一方面补充了原来被采出的空间，另一方面其自身具有一定的强度，当顶部来压后，可以支撑顶板，维护顶板完整性；可分层铺设地埋管，增大接触面积，使得制热制冷所需换热效率更高，冬季充分利用矿井余热，夏季快速进行蓄热。下面通过附图和实施例，对本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：包括提取矿井深层余热用于发电以供给建筑暖通设备及生活热水的矿井深层余热利用系统和提取矿井浅层余热对室内进行制热制冷的矿井浅层余热利用系统，所述矿井深层余热利用系统包括供电系统(14)和供热水系统(4)，所述供电系统(14)包括依次连接的深层余热热管采集系统(1)、第一换热器(2)和发电系统(3)，所述第一换热器(2)和发电系统(3)均与供热水系统(4)连接；所述矿井浅层余热利用系统包括水制热制冷系统(5)和新风处理系统(10)，所述水制热制冷系统(5)包括地埋管(7)、热泵机组(6)和地板辐射管系统(8)，所述地埋管(7)的两端和地板辐射管系统(8)的两端均通过管道与热泵机组(6)连接，所述地埋管(7)设置在浅层矿井内，所述地板辐射管系统(8)设置在房屋(11)的室内地面下，所述房屋(11)的室内与新风处理系统(10)连接，所述热泵机组(6)与发电系统(3)和供热水系统(4)均连接。

【技术特征摘要】
1.一种矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：包括提取矿井深层余热用于发电以供给建筑暖通设备及生活热水的矿井深层余热利用系统和提取矿井浅层余热对室内进行制热制冷的矿井浅层余热利用系统，所述矿井深层余热利用系统包括供电系统(14)和供热水系统(4)，所述供电系统(14)包括依次连接的深层余热热管采集系统(1)、第一换热器(2)和发电系统(3)，所述第一换热器(2)和发电系统(3)均与供热水系统(4)连接；所述矿井浅层余热利用系统包括水制热制冷系统(5)和新风处理系统(10)，所述水制热制冷系统(5)包括地埋管(7)、热泵机组(6)和地板辐射管系统(8)，所述地埋管(7)的两端和地板辐射管系统(8)的两端均通过管道与热泵机组(6)连接，所述地埋管(7)设置在浅层矿井内，所述地板辐射管系统(8)设置在房屋(11)的室内地面下，所述房屋(11)的室内与新风处理系统(10)连接，所述热泵机组(6)与发电系统(3)和供热水系统(4)均连接。2.按照权利要求1所述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述深层余热热管采集系统(1)包括热管外壳(1-11)、内置套管(1-6)、泡沫铁镍材料(1-5)、蒸汽通道(1-1)和冷凝水通道(1-2)，所述内置套管(1-6)同心设置在热管外壳(1-11)内，所述内置套管(1-6)的上端开口、下端与热管外壳(1-11)的底部焊接密实，所述泡沫铁镍材料(1-5)焊接在内置套管(1-6)与热管外壳(1-11)的下部之间，所述蒸汽通道(1-1)的一端与热管外壳(1-11)的上端连通，所述冷凝水通道(1-2)的一端与热管外壳(1-11)的上部连通，所述蒸汽通道(1-1)上依次安装有第一压力表(1-10)和第一温度计(1-9)，所述冷凝水通道(1-2)上依次安装有介质计量加注器(1-4)、第二压力表(1-12)和抽真空阀门(1-3)；所述蒸汽通道(1-1)的另一端和冷凝水通道(1-2)的另一端均与第一换热器(2)的蒸发端连接，所述热管外壳(1-11)竖直设置且底部位于深层矿井区内，所述内置套管(1-6)位于矿井区的热管外壳(1-11)内，所述蒸汽通道(1-1)和冷凝水通道(1-2)均位于矿井区外。3.按照权利要求2所述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述第一压力表(1-10)设置在靠近蒸汽通道(1-1)与热管外壳(1-11)连接的一端，所述介质计量加注器(1-4)设置在靠近冷凝水通道(1-2)与热管外壳(1-11)连接的一端。4.按照权利要求2所述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述内置套管(1-6)的上部直径小于内置套管(1-6)的下部直径，所述内置套管(1-6)的下部与其对应外侧的热管外壳(1-11)段共同构成蒸发段(1-8)，所述内置套管(1-6)的上部与其对应外侧的热管外壳(1-11)段共同构成绝热段(1-7)。5.按照权利要求1所述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述地埋管(7)设置在浅层矿井回填区(15)内。6.按照权利要求1所述的矿井余热梯级利用一体化系统，其特征在于：所述供热水系统(4)包括储水罐(4-3...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚平，张拴伟，郝改红，王建国，贺德佳，陈瑶，郭咏昕，王裴，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61