矿井排风源热能利用技术及应用研究

发布时间：2017-11-24 00:01

  本文关键词：矿井排风源热能利用技术及应用研究

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【摘要】：对于井工开采的煤矿，一般采用抽出式通风，地面空气从进风井进入井下，由排风井排出到大气，不断循环。由于地热的作用，进入矿井下的风流被加热。矿井排风中蕴含着大量的低温地热能，并且一年四季基本保持恒定，这部分低温热能有可观的利用价值。通过与水源热泵技术相结合，可以提取矿井排风中的潜在低温热能。当装置用于冬季采暖时可以取代目前煤矿企业传统的燃煤锅炉供热，节约煤矿企业大量自耗煤，减少污染物排放量，具有环保效益。当装置用于夏季制冷时，由于矿井排风在夏季比环境温度低，从而可以提高制冷系统的能效比，节能效益高于普通的中央空调加冷却塔系统。同时喷淋装置使矿井排风流得到净化，减少了粉尘污染，有利于减少环境粉尘及噪音污染。 本文首先采用类比喷水室热工计算方法对装置进行了热工计算，根据算例进行了节能潜力分析，，然后对扩散塔内喷淋装置内下喷液滴进行受力分析，得出了液滴可能经历的四种运动状态并计算了各状态下液滴的最大下降高度，同时讨论了液滴破碎，悬浮等现象，计算结果为设计不同风速(3-12m/s)、液滴粒径(4mm)及液滴初速度(4-20m/s)下的喷淋设施提供了依据；采用FLUENT软件，使用不同湍流模型及网格步长对扩散塔进行数值仿真，确定了合理的湍流模型及相应空腔体积下扩散塔的独立网格步长。使用MATLAB软件，对矿井喷淋换热器进行数学建模，使用四阶龙格库塔方法对模型进行计算，讨论了装置参数，工质初始参数对装置内部换热结构及液滴末温的影响，并利用计算结果对装置进行了　分析，计算了装置的　效率并讨论了各参数对　损的影响，结果表明：装置内部换热以潜热为主，且主要集中在装置下部；对装置换热效果的影响，以计算高度、粒径、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，应严格控制；随着液滴初温、空气初速度、室外温度减小以及液滴粒径、空气初温增大，系统　损增大；装置　效率为72.1%。最后，针对下喷式装置存在的不足，首次提出了上喷式矿井排风热回收装置，对上喷液滴进行了受力和运动分析，计算了液滴上升的最大高度，计算结果表明：当液滴速度小于两倍风速时，液滴最大上升高度主要由液滴初速度决定，风速次之，液滴粒径影响很小。当液滴初速度大于三倍风速时，液滴最大上升高度由粒径、液滴初速度、风速共同决定；对比下喷式装置，分析了上喷式装置节水、阻力、换热及能耗情况，结果表明：上喷式装置节水、粒径选择范围大、低阻、热效率高、能耗小。
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD72

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本文编号：1220268