矿井余热资源利用技术

通过对晋城无烟煤集团下属寺河煤矿矿区实地调研,分析了寺河矿热源特点,计算了各资源余热量,并提出了综合矿井余热利用系统。研究表明:采用三级喷淋水除尘吸热后,矿井排风余热利用率为40%~50%;以R134a为冷剂工质,以矿井排水、生活废水和矿井乏风换热后的喷淋水的混合水为低温热源的矿井水源热泵的COP可达4.07;喷淋室出口的矿井乏风可作为空气源热泵的低温热源;该矿井余热资源能够替代3台10 t/h燃煤热水锅炉的热量,显著减少燃煤污染物排放。     

基于Ansys对矿井余热回收装置的模拟研究

为充分利用矿井乏风余热,采用Ansys软件建立对流换热模型,对煤矿回风井余热回收装置的附加阻力、换热效率、内部流场的变化和影响因素进行了分析研究。结论表明：回风井口的风流速度越大,装置的换热效率越低。     

矿井排风余热喷淋换热效率分析与计算

针对矿井排风余热提取中的喷淋换热,其效率取值尚未见行业标准给予规定,是空白点.基于此,利用湿空气"火积"理论,推导出风侧喷淋换热前后湿空气"火积"及换热效率计算公式;以长沙市作为湿空气"火积"的逐时状态参考点,基于实验数据确定出空气侧的始末状态,利用所得的换热效率计算公式,量化了大气干球温度及含湿量对换热效率的影响,掌...     

煤矿乏风热管换热系统回风风道结构改进研究

钝角过渡风道使得煤矿乏风热管换热系统效率低,为提高换热效率,利用ANSYS Icepak对煤矿乏风热管换热系统回风风道流场进行数值模拟,分析不同风道形状、回风前室布置不同数量导流板对风道流场的影响,并验证了圆弧过渡且加2个导流板的风道效果最佳。结果表明:改进后风道中各热管模块流量分配的最大不均匀率减少了53.5%,综合流量不均幅值降低了59.2%,压力损失降低35.4%,有效提高废热利用率,充分提取回风余热资源,减少资源浪费。     

基于热管输热的矿井地热危害控制试验研究

我国矿山资源需求增大,矿井开采深度不断加深,井下地热危害日趋严重,影响了矿井安全生产。针对现有热害控制技术存在深层矿井工作面降温效果不明显,无法有效控制井下热害的问题,利用热管的高效传热特性,建立了采用动力型热管的热害控制系统并搭建了试验平台,用以模拟井下热源环境以及系统热量、冷量传递输运过程。结合矿井实际环境,测试分析了动力型分离式热管降温系统换热的影响因素。结果表明:在蒸发器和冷凝器迎风风温36.5℃和18℃、冷凝器风速3 m/s、溶液泵频率20 Hz、充液率51%的条件下,蒸发器的吸热量随着风量的增加而升高;在蒸发器迎风风温42.8℃、风速2 m/s、冷凝器风温18.8℃、风速3 m/s、溶液泵频率20 Hz的条件下,最佳充液率取值区间为51%~60%;蒸发器各参数不变,当冷凝器迎风温度为16.5℃、风速为2.5 m/s、充液率为67%时,换热量随着溶液泵频率的增加先升高后稳定不变;两换热器距离为4~10 m时,温度和风速变化对系统换热效率影响很小。研究结果反映出动力型分离式热管降温系统可有效改善深井工作环境,使井下高温热害得到有效控制。     

高温矿井低品位余热综合利用技术研究

本文基于对山东唐口矿井原冬季供暖系统、夏季降温系统及矿井排水、洗浴排水与乏风排放的研究,结合该矿实际,提出了高温矿井各类低品位热能的集成利用技术和系统。提出利用热泵技术,冬季可实现对矿井排水、洗浴废水、乏风排放所含低品位热能的回收利用,夏季可实现对降温设备冷凝热的回收;利用太阳能集热器,全年可实现对太阳能的热利用;同时该系统可实现对矿井排水的净化回用及乏风的喷淋净化,满足矿井常年洗浴用热及夏季降温、冬季地面供暖及井口房风流加热的要求;实现各类低品位热能的集成利用和矿区污水及矿尘的低排放,可取代传统的地面锅炉供热,降低常规能源消耗和矿井用水抽采量。     

矿井扩散塔喷淋换热装置热质传递模型及参数优化

针对矿井扩散塔喷淋换热装置的能量回收问题,建立了空气-水之间的传热传质数学模型。利用四阶龙格-库塔方法,进行了传热传质的数值计算,分析了装置结构参数、工质初始状态参数对装置换热的影响,结果表明:装置内部换热以潜热为主,且装置底部潜热交换越充分,装置热回收率越高;对装置换热效果的影响,按装置计算高度、液滴粒径、迎面风速、水汽比和液滴初速度的次序,依次下降;迎面风速对装置换热效果有较大影响,应控制迎面风速,避免风吹水损失和实现充分的热质交换。     

矿井回风热回收系统理论分析与数值模拟

矿井回风热回收系统是一种新型的节能系统,利用喷淋换热的方式将回风中的热能置换到水中。针对国内某矿实际情况,通过理论分析与数值模拟,探讨了不同的喷淋布置方式及不同水气比、水滴直径等工况对换热效果的影响。模拟分析结果表明,两级三排逆喷的布置方式,水气比在1.3左右,水滴直径在1 mm左右换热效果最好。     

温度对极低浓度瓦斯氧化影响的研究

 摘要：本文实验通过配置浓度为0.75%、0.5%和0.25%的极低浓度甲烷来模拟矿井乏风,使三个浓度的甲烷通过高温炉膛,收集炉膛排除的气体,并对收集气体进行测试,以得到矿井乏风高温氧化的条件和规律。实验通过调整炉膛温度以得到不同温度下极低浓度甲烷的氧化情况。结果表明,甲烷浓度越高则氧化所需的温度越低;甲烷浓度越低,氧化所需的温度越高;根据实验研究得出极低浓度甲烷在锅炉炉膛中应该在750℃左右时即开始被氧化,甲烷浓度逐渐降低,且在800℃左右时能被被完全氧化。     

风井乏风余热供暖与井筒防冻保温技术研究

为充分利用风井排出的乏风余热,进行了风井乏风余热供暖技术研究。在通风机出风口处安装一套风风换热系统,将进入矿井冷风加热后通过风管送至副井口,从而解决副井口供暖难、成本高的问题。将该技术应用于榆树井煤矿,应用后副井口温度范围为7～13℃,温度波动范围较小、运行较稳定,满足设计要求。风井乏风余热换热技术的提出有利于煤矿企业的绿色矿山建设。     

出口直径对内混式空气雾化喷嘴雾化特性及降尘性能的影响

为了掌握喷嘴出口直径对气水喷雾降尘的影响,基于自行设计的气水喷雾降尘实验平台,对不同出口直径的空气雾化喷嘴流量、雾化特性及降尘性能进行了实测,并对实验结果作对比分析。研究结果表明:随着出口直径的增加,喷嘴耗水量几乎保持线性增长,而耗气量呈现指数增长的变化趋势;喷雾射程和雾滴体积分数均随着出口直径的增大不断增大,而雾化角先增大后减小;出口直径为2. 0 mm的喷嘴雾化质量最好,所形成的雾滴索太尔平均直径D[3,2]最小,且雾滴粒径呈现正态分布,雾滴尺寸较为集中;雾滴速度沿喷嘴轴线方向不断衰减,且喷嘴直径越大雾滴速度衰减越缓慢;随着喷嘴直径的增加,雾滴速度呈现先增大后减小的变化规律;全尘和呼吸性粉尘降尘效率随着喷嘴出口直径的增加均有所提高,但增幅较小;综合考虑喷嘴降尘性能、耗水量和耗气量等因素,在采掘作业场所进行气水喷雾降尘时,选择出口直径为2. 0～3. 0 mm的空气雾化喷嘴较为合适。     

永川煤矿高温热害防治技术研究与实践

针对永川煤矿-500 m水平开拓期间掘进工作面产生的高温热害现象,采用局部冷水降温系统,利用矿井涌水和回风综合排热,使掘进工作面附近100 m范围内干球温度平均降低5.6℃,湿球温度平均降低8.5℃,相对湿度平均降低20%。现场实测发现,降温后掘进工作面干球温度与风筒出口干球温度近似为线性关系,与空冷器后风筒内干球温度在一定范围内近似呈二次抛物线关系。此外,掘进工作面附近干湿球温度差值较大,最大可达5～7℃。风流在回头过程中湿交换较大,易形成放大的＂回头热＂现象。     

内混式空气雾化喷嘴雾化特性及降尘效率研究

为了掌握内混式空气雾化喷嘴喷雾特性及降尘性能,借助自主研发的喷雾降尘实验平台,对内混式空气雾化喷嘴与X旋流型压力喷嘴流量、雾化角、射程、雾滴体积分数、雾滴粒径、雾滴速度等喷雾特性参数及降尘效率进行了实测,并对实验结果作对比分析。结果表明:随着供水压力的增加,内混式空气雾化喷嘴水流量和气流量分别呈指数形式递增和递减,气液质量流量比不断下/2次方成正比。随着供水压力的增加,2种喷嘴的雾化射程、雾滴体积分数及雾滴速度均增大。X旋流型压力喷嘴雾化角明显大于空气雾化喷嘴,其喷雾作用范围更宽;随着供水压力的不断提高,空气雾化喷嘴雾化角呈现先增大后减小的变化规律,而压力喷嘴则一直以较小的幅度不断减小。空气雾化喷嘴由于有压缩空气作为助力,在供水压力较低时能获得较为理想雾滴粒径,且随着供水压力的增大,雾滴粒径不断增大;普通压力喷嘴的雾化粒径随着供水压力的提高而减小,且需在较高的供水压力下才能获得理想的雾滴粒径。在相同的供水压力下,空气雾化喷嘴雾滴粒径和水流量均小于压力喷嘴,而雾滴体积分数、雾滴速度及降尘效率均高于压力喷雾。气水喷雾较压力喷雾具有明显的优势,获得相同的降尘效率,气水喷雾耗水量仅约为压力喷雾的一半。     

矿井巷道淋湿蒸发换热系数构建及风流温度计算

针对全矿井网域系统巷道围岩与风流热-湿交换计算复杂的问题,提出构建淋湿巷道风流换热系数模型,根据现场实测风流相对湿度,掌握矿井(进风侧)风流湿度变化规律,反向推演确定井巷水蒸发影响下风流与巷道围岩热交换的模型,修正围岩与风流的换热系数;用风量加权距离描述实际矿井网域风流相对湿度变化规律。结合九道岭矿实例,将算法纳入到矿井网络系统中,在MATLAB平台上运用TF1M3D对全矿井网域系统风流温度进行仿真求解。研究表明,巷道淋水蒸发吸热对井巷风流温度影响很大,主进风井段风流温度增加0.97℃,变化幅度不大,随着湿度增大风流温度递增变化幅度增大,与九道岭矿进风大巷测定结果吻合。将该算法纳入网络体系计算中,可解决3D矿井模型通风系统热害防治温度分布仿真及自然风压自动计算问题。     

整体式热管换热技术在煤矿井口防冻系统中的应用

以阳煤二矿南风井井口防冻应用整体式热管换热技术为例,根据井口防冻热负荷和矿井回风余热的供热能力,对热管换热器基本参数和热管阻力进行了设计计算。经过统计一个采暖季的数据,分析了典型工况下矿井回风、新风在换热前后的温度变化情况。结果表明：应用热管换热技术可以满足井口防冻的热需求,当最低温度-15℃接近设计最低值时,进风温度2.2℃也能达到预期目标。     

掘进巷道粉尘浓度与环境参数的综合分析

针对某金属矿1100斜坡道掘进巷道粉尘浓度过高的实际情况,为找出粉尘浓度过高的原因以及对粉尘浓度的主要影响因素,运用灰色关联分析方法,合理选取与粉尘浓度相关的风速、空气温度、湿度和围岩温度等4个作业环境因素,通过建立粉尘浓度与作业环境因素之间的关系模型,分析了各环境因素与粉尘浓度之间的影响关系程度。结果表明,在4个作业环境因素中,风速是影响掘进巷道粉尘浓度的最主要因素,为该矿井通过提高巷道风速,降低巷道空间空气温度、围岩温度和湿度,进而改善工作环境提供了理论依据。     

黄金矿山深井制冷通风技术应用研究

综合分析了黄金矿山深井生产高温高湿的实际情况,运用理论分析、数值模拟、现场实测等现代科学理论方法,结合矿山的通风现状,进行了深井水源热泵降温技术的研究与应用,实现了矿井废水的二次利用,温度、湿度、风量都满足了规程的要求和生产的需要。研究内容为同类矿山提供了有益的借鉴和参考。     

热管式矿井通风热能自平衡系统设计与应用

为解决冬季煤矿进风口温度过低不能满足矿井通风安全的问题,利用热管的高效传热性能和等温特性,提出了采用低温相变热管技术通过矿井回风加热矿井进风的系统设计.根据热平衡理论对矿井回风中的有效利用热量进行理论分析,得出系统可处理的最低环境温度.结果表明:在矿井回风温度为15℃,相对湿度为90％的条件下,当环境温度高于-17.5...     

金川二矿风流热力参数规律分析

在对金川二矿风流热力参数测定的基础之上,详细地分析了风流焓值、含湿量、相对湿度、露点温度和空气密度随风流路线的变化规律,掌握了金川二矿高温矿井的热、湿源的类型及分布状况。金川二矿的主要热源是井筒段的风流自身压缩热、运输中矸石散热、暴露时间较短的围岩散热及机电设备散热;主要湿源为井筒段的淋水加湿、涌水加湿和开采盘区内的喷雾降尘加湿。针对具体的热、湿源提出了治理措施。