利用热泵系统回收矿井排风余热的研究

发布时间：2017-05-13 19:03

  本文关键词：利用热泵系统回收矿井排风余热的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在煤矿系统的生产过程中,伴随着矿井的通风系统的运行,矿井排风中携带了大量来自地下的热能,同时矿井排风具有温湿度常年处于稳定的特性,这种潜在优质低温热源在煤矿生产过程中却往往被忽略,从而被直接排向大气中,因此他的利用是矿井生产过程中的重要节能环节。结合矿井实际情况,使用排风换热器联合水源热泵系统回收矿井排风中的余热,对矿井现场建筑进行供暖,以及为进风井口房防冻提供所需热量。首先通过计算,对煤矿在不同室外温度情况下的热泵机组开启情况作了分析。通过现场勘测,利用排风中的热量,为热泵机组提供热源。矿井建筑最大热负荷为3686 kW,根据热泵机组COP推算得出换热器中,进出口水温温差为6 K、回风温差为11 K,此时换热量可满足要求。在排风系统中加入排风换热器,为了研究换热效果,本文采用了数值模拟计算和现场试验测试两种方法对换热器的换热效果进行研究。通过对管式换热器和喷淋式换热器中相应的流体传质传热过程的数值模拟,得出了管式换热器中空气温度分布图、速度分布图以及喷淋换热器不同条件下的液滴分布图,对比分析得到合适的换热器形式。针对不同翅片管式换热器形式下,分别进行模拟对比研究,得出叉排形式的换热器优于顺排,但两者换热效果均不明显。对于喷淋式换热器,在不同进口风速、喷淋液滴直径以及换热器的不同喷淋高度下,模拟得出各个因素对整个系统换热效果的影响。最后通过现场实测,与模拟结果对比,验证了模拟结果的可靠性。本文还对换热器联合水源泵系统的经济性做了分析,得出该系统的回收年限为6年,从经济上说明了使用合适的换热器回收矿井余热的可行性。
【关键词】：矿井排风 热泵 余热回收 换热器 数值模拟
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD724
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题研究背景8-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.3 研究内容、研究目标及技术路线13-14
• 1.3.1 研究内容及目标13
• 1.3.2 技术路线13-14
• 1.4 本章小结14-16
• 2 矿井排风换热装置的工作原理16-24
• 2.1 矿井余热利用中几种常用的热交换装置16-19
• 2.1.1 翅片式换热器16-17
• 2.1.2 喷淋式换热器17
• 2.1.3 板式换热器17-18
• 2.1.4 热管换热器18-19
• 2.2 水源热泵机组19-20
• 2.3 余热利用途径20
• 2.4 矿井排风余热回收系统的工作原理20-21
• 2.5 本章小结21-24
• 3 排风换热器数值理论分析24-34
• 3.1 计算流体动力学及Ansys Fluent介绍24-25
• 3.1.1 计算流体动力学简介24
• 3.1.2 Ansys Fluent简介24-25
• 3.2 DPM模型25-31
• 3.3 液滴与矿井排风之间双向耦合31-33
• 3.4 本章小结33-34
• 4 矿井热泵系统的设计和排风换热器仿真模拟研究34-66
• 4.1 矿井水源热泵系统的设计34-37
• 4.1.1 工程概况34
• 4.1.2 当地的气象条件34
• 4.1.3 空调系统冬季热负荷计算及设备选型34-37
• 4.2 翅片管式换热器模拟37-49
• 4.2.1 翅片管换热器模型的建立43-44
• 4.2.2 边界条件44-45
• 4.2.3 结果与分析45-49
• 4.3 喷淋式换热器模拟49-61
• 4.3.1 换热器物理模型及边界条件49-53
• 4.3.2 模拟结果分析与讨论53-61
• 4.4 喷淋式换热器现场实测61-65
• 4.5 本章小结65-66
• 5 热回收系统经济性分析66-70
• 5.1 节能分析66-67
• 5.2 费用分析67-69
• 5.2.1 矿井排风水源热泵系统67-68
• 5.2.2 燃煤锅炉68-69
• 5.2.3 节能对比分析69
• 5.3 本章小结69-70
• 6 总结70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 陈生春;;空气源热泵热水系统在我省煤矿的应用[J];能源与环境;2009年05期

2 王健;黄炜;王卫东;;浅谈冀中能源集团某矿回风源热泵系统的应用与优化[J];黑龙江科技信息;2012年07期

3 张培鹏;辛嵩;;热管换热器回收矿井回风余热的可行性分析[J];煤矿安全;2011年05期

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1 孙冠男;矿井总回风热能回收综合利用研究[D];辽宁工程技术大学;2012年

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本文编号：363347