用于乏汽回收和加温井筒的系统和系统

技术领域

本发明属于煤矿开采领域，具体涉及用于乏汽回收和加温井筒的系统和系统。

背景技术

北方煤矿工业场区采用蒸汽供热采暖较为普遍，采暖方式一般为蒸汽采暖和热水采暖并存。在蒸汽供暖的用户侧，厂房采暖、进风井等热负荷大的单体，一般为蒸汽直接采暖；办公楼、公寓、生活区等热负荷较小地点则采用汽-水换热方式进行热水采暖。

进风井筒一般为平硐或斜井。井口附近设置暖风机房，暖风机房由蒸汽散热器、风扇及暖风道等组成。蒸汽经管路由蒸汽散热器顶部进入后，释放出热量变成凝结水，从散热器底部的疏水阀流到回水管路中。大气中冷风被风扇吸入暖风机房，被蒸汽散热器加热后，经风道进入井筒。

现有的这种采暖方式存在以下缺点:

(1)乏汽损失的热量较大，且损失了一定量的水分。蒸汽在通过汽-水换热器或散热器后凝结成高温饱和水，水的压力与蒸汽相同，经过疏水阀卸压变为一个大气压后，因沸点降低而迅速释放大量蒸汽。此外，蒸汽直接采暖系统的疏水阀因数量多，且疏水阀一般寿命较短，难以维护到位，进一步加大了进入凝结水管网的蒸汽量。这一部分乏汽一般都对空排放，损失了大量的热量，水量损失也较大。

(2)冬季空气一般都比较干燥，井筒进风流经暖风机房供的热风加热后，进风井筒及进风巷空气更是极为干燥，为加温降尘，井筒及进风巷中设置多道水幕进行喷雾降尘，仍不能完全抑制。

(3)乏汽进入回水管道后，在回水管道中形成汽水混合物，易造成回水不畅，导致部分区域蒸汽采暖回路不通。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种用于乏汽回收和加温井筒的系统，该系统结构简单，操作方便，能够释放凝结水管道中的乏汽，并将其用于加温井筒，实现乏汽的回收和利用；

本发明的第二个目的在于提供一种利用前述系统进行乏汽回收和加温井筒的方法，该方法能够释放凝结水管道中的乏汽，并将其用于加温井筒，实现乏汽的回收和利用。

为实现本发明的目的，采用以下的技术方案：

一种用于乏汽回收和加温井筒的系统，包括蒸汽进汽管、暖风机房、凝结水管、进风井筒和暖风道；

所述暖风机房内自入口至出口方向上依次设置有乏汽换热器、蒸汽换热器和风扇；

所述风扇用于将空气吸入所述暖风机房，并使其流经所述乏汽换热器和所述蒸汽换热器；

所述蒸汽进汽管穿入至所述暖风机房内并连接至所述蒸汽换热器的顶部入口，所述蒸汽换热器用于利用来自所述蒸汽进汽管的蒸汽对流经的空气进行换热升温，并自底部出口输出凝结水；

所述暖风机房内还设置有乏汽释放箱、疏水阀和乏汽输送管道；

所述乏汽释放箱的入料口连接至所述蒸汽换热器的底部出口，用于接收来自所述蒸汽换热器的凝结水，并将其中的乏汽释放；

所述疏水阀设置于自所述蒸汽换热器的底部出口至所述乏汽释放箱入料口的管线上，用于排水阻汽；

所述乏汽输送管道的第一端连接至所述乏汽释放箱的汽相出口，其第二端连接至所述乏汽换热器的顶部入口，用于将所述乏汽释放箱释放的乏汽输送至所述乏汽换热器内；所述乏汽换热器用于利用来自所述乏汽释放箱的乏汽对流经的空气进行换热升温，并自底部出口输出凝结水；

所述凝结水管的进水端分别连接至所述乏汽释放箱的液相出口和所述乏汽换热器的底部出口，其出水端穿出所述暖风机房，用于将来自所述乏汽释放箱和来自所述乏汽换热器的凝结水输出；

所述暖风机房与所述进风井筒通过所述暖风道相连通，用于自所述暖风机房向所述进风井筒内输送升温后的空气。

在一种实施方式中，所述暖风机房内还设置有U形水封弯，所述U形水封弯的第一端连接至所述乏汽释放箱的液相出口，其第二端连接至所述凝结水管的进水端，用于水封。

在一种实施方式中，所述乏汽输送管道上设置有第一阀门，用于调节所述乏汽释放箱内的水位高度。

在一种实施方式中，所述乏汽释放箱的顶部还设置有液位计，用于监测所述乏汽释放箱内的水位高度。

在一种实施方式中，自所述乏汽换热器的底部出口至所述凝结水管进水端的管线上设置有第二阀门，用于控制所述乏汽换热器内的冷凝水自其底部出口排出；

优选地，所述乏汽换热器的顶部还设置有排气管，用于排出所述乏汽换热器内的空气；所述排气管上设置有第三阀门，用于控制所述乏汽换热器内的空气排出。

优选地，所述凝结水管中的压力所对应的水柱高度为h，所述乏汽释放箱的高度为H，则H≥1.5h。

为实现本发明的第二个目的，本发明还提供一种利用前述系统进行乏汽回收和加温井筒的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)利用所述风扇将空气吸入至所述暖风机房内，使其在所述暖风机房内自入口至出口方向流动，以流经所述乏汽换热器和所述蒸汽换热器；

(2)在步骤(1)进行的同时，利用所述蒸汽进汽管将蒸汽输送至所述蒸汽换热器内，与流经所述蒸汽换热器的空气进行换热，得到第一升温空气和第一凝结水；

(3)利用所述乏汽释放箱接收步骤(2)所得的第一凝结水，并将其在所述乏汽释放箱内进行乏汽释放，得到释放的乏汽和第二凝结水；

(4)利用所述乏汽输送管道将步骤(3)释放的乏汽输送至所述乏汽换热器内，与流经所述乏汽换热器的空气进行换热，得到第二升温空气和第三凝结水；

(5)利用所述蒸汽换热器对流经其的步骤(4)所得第二升温空气进行再次升温，得到第三升温空气；

(6)利用所述暖风道将流动至所述暖风机房出口的升温空气输送至所述进风井筒；其中，所述升温空气包括第一升温空气、第二升温空气和第三升温空气；

(7)利用所述凝结水管将步骤(3)所得第二凝结水和步骤(4)所得第三凝结水输出。

优选地，所述步骤(3)中，步骤(2)所得第一凝结水先经所述疏水阀排水阻汽，然后再输入所述乏汽释放箱。

优选地，所述方法包括先排空所述乏汽换热器中的空气，以在所述乏汽换热器内形成负压。

优选地，所述乏汽换热器中空气的排空方法包括如下步骤：

a、在向所述蒸汽换热器内输送蒸汽的同时，关闭所述第二阀门，并打开所述排气管上的第三阀门至其开度为1/4-3/4，使所述第三凝结水积满所述乏汽换热器以排空其中的空气；

b、关闭所述排气管上的第三阀门，然后打开所述第二阀门，将所述乏汽换热器内的所述第三凝结水排出；

c、调节所述第一阀门的开度至所述液位计内的水位高度位于所述乏汽释放箱内高度的1/3-2/3位置。

本发明的有益效果在于：

本发明的用于乏汽回收和加温井筒的系统和方法，能够释放凝结水管道中的乏汽，并将其用于加温井筒，实现乏汽的回收和利用，减少了乏汽排空时对能源和水资源的浪费；系统结构简单，操作方便；

本发明的用于乏汽回收和加温井筒的系统和方法，能够利用乏汽在乏汽换热器中的凝结所得凝结水将乏汽换热器中空气排净形成真空产生负压，再利用乏汽凝结时形成的负压，从乏汽释放箱中抽取乏汽，提高自蒸汽换热器底部出口输出的凝结水中乏汽的释放量和释放速度。

附图说明

图1为本发明的用于乏汽回收和加温井筒的系统在一种实施方式中的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案及其效果做进一步说明。以下实施方式仅用于说明本发明的内容，发明并不仅限于下述实施方式或实施例。应用本发明的构思对本发明进行的简单改变都在本发明要求保护的范围内。

如图1所示，本发明的用于乏汽回收和加温井筒的系统，包括蒸汽进汽管1、暖风机房2、凝结水管3、进风井筒4和暖风道5；

所述暖风机房2内自入口至出口方向上依次设置有乏汽换热器7、蒸汽换热器8和风扇6；

所述风扇6用于将空气吸入所述暖风机房2，并使其流经所述乏汽换热器7和所述蒸汽换热器8；

所述蒸汽进汽管1穿入至所述暖风机房2内并连接至所述蒸汽换热器8的顶部入口，所述蒸汽换热器8用于利用来自所述蒸汽进汽管1的蒸汽对流经的空气进行换热升温，并自底部出口输出凝结水；

所述暖风机房2内还设置有乏汽释放箱9、疏水阀11和乏汽输送管道12；

所述乏汽释放箱9的入料口连接至所述蒸汽换热器8的底部出口，用于接收来自所述蒸汽换热器8的凝结水，并将其中的乏汽释放；

所述疏水阀11设置于自所述蒸汽换热器8的底部出口至所述乏汽释放箱9入料口的管线上，用于排水阻汽；

所述乏汽输送管道12的第一端连接至所述乏汽释放箱9的汽相出口，其第二端连接至所述乏汽换热器7的顶部入口，用于将所述乏汽释放箱9释放的乏汽输送至所述乏汽换热器7内；所述乏汽换热器7用于利用来自所述乏汽释放箱9的乏汽对流经的空气进行换热升温，并自底部出口输出凝结水；

所述凝结水管3的进水端分别连接至所述乏汽释放箱9的液相出口和所述乏汽换热器7的底部出口，其出水端穿出所述暖风机房2，用于将来自所述乏汽释放箱9和来自所述乏汽换热器7的凝结水输出；

所述暖风机房2与所述进风井筒4通过所述暖风道5相连通，用于自所述暖风机房2向所述进风井筒4内输送升温后的空气。

本领域技术人员理解，乏汽是具有热势能的过热蒸汽经管道引入汽轮机后，便将热势能转变成动能。释放出热势能的蒸汽从汽轮机下部的排汽口排出，称为乏汽。

本领域技术人员理解，所述蒸汽进汽管1的蒸汽来源包括蒸汽锅炉。

本发明的用于乏汽回收和加温井筒的系统，通过设置乏汽释放箱9和来乏汽换热器7，将蒸汽换热器8底部出口的凝结水中的乏汽释放，且利用乏汽换热器7对其回收并将其用于对吸入的空气进行换热升温，而乏汽在乏汽换热器形成凝结水后经凝结水管3输出，从而一方面实现了乏汽的回收利用，充分利用其中的热量并回收其中的水；另一方面实现了对井筒进风的多一次加热，提高了井筒进风的温度，有助于更快地加温井筒。

在一种实施方式中，所述暖风机房2内还设置有U形水封弯10，所述U形水封弯10的第一端连接至所述乏汽释放箱9的液相出口，其第二端连接至所述凝结水管3的进水端，用于水封。

本领域技术人员理解，U形水封弯即U形存水弯，其内部具有一定高度的水柱，存水弯内一定高度的水柱称为水封。本发明中U形水封弯的使用能够防止所述乏汽释放箱9中的乏汽随凝结水窜入凝结水管3内，提高乏汽的回收率和利用率。

在一种实施方式中，所述乏汽输送管道12上设置有第一阀门121，用于调节所述乏汽释放箱9内的水位高度。

本领域技术人员理解，通过调节第一阀门121的开度，可以调节所述乏汽释放箱9内的水位高度，从而将所述乏汽释放箱9内的水位高度控制在合理的范围内，防止水位过高时其中的凝结水进入所述乏汽输送管道12内，而使乏汽的释放速度受到影响。

在一种实施方式中，所述乏汽释放箱9的顶部还设置有液位计91，用于监测所述乏汽释放箱9内的水位高度，从而便于调节所述第一阀门121的开度。

本领域技术人员了解，液位计是用来测量容器内液体介质位置高低的一种物位仪表，其所显示的液位即为容器内液体介质在容器内的液位。

在一种实施方式中，自所述乏汽换热器7的底部出口至所述凝结水管3进水端的管线上设置有第二阀门71，用于控制所述乏汽换热器7内的冷凝水自其底部出口排出。

在一种实施方式中，所述乏汽换热器7的顶部还设置有排气管72，用于排出所述乏汽换热器7内的空气；所述排气管72上设置有第三阀门，用于控制所述乏汽换热器7内的空气排出。

在一种实施方式中，所述凝结水管3中的压力所对应的水柱高度为h，所述乏汽释放箱9的高度为H，则H≥1.5h，比如为H＝1.6h、1.7h、1.8h、1.9h、2h、2.5h、3h等。

本领域技术人员理解，可以先检测所述凝结水管3中的压力，然后根据水柱与压力的关系(即，1米水柱的压力为0.01Mpa)将所检测到的压力转换为水柱高度，即得水柱高度h。

本发明的用于乏汽回收和加温井筒的系统，结构简单，操作方便，能够释放凝结水管道中的乏汽，并将其用于加温井筒，实现乏汽的回收和利用。

本发明还提供一种利用前述系统进行乏汽回收和加温井筒的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)利用所述风扇6将空气吸入至所述暖风机房2内，使其在所述暖风机房2内自入口至出口方向流动，以流经所述乏汽换热器7和所述蒸汽换热器8；

(2)在步骤(1)进行的同时，利用所述蒸汽进汽管1将蒸汽输送至所述蒸汽换热器8内，与流经所述蒸汽换热器8的空气进行换热，得到第一升温空气和第一凝结水；

(3)利用所述乏汽释放箱9接收步骤(2)所得的第一凝结水，并将其在所述乏汽释放箱9内进行乏汽释放，得到释放的乏汽和第二凝结水；

(4)利用所述乏汽输送管道12将步骤(3)释放的乏汽输送至所述乏汽换热器7内，与流经所述乏汽换热器7的空气进行换热，得到第二升温空气和第三凝结水；

(5)利用所述蒸汽换热器8对流经其的步骤(4)所得第二升温空气进行再次升温，得到第三升温空气；

(6)利用所述暖风道5将流动至所述暖风机房2出口的升温空气输送至所述进风井筒4；其中，所述升温空气包括第一升温空气、第二升温空气和第三升温空气；

(7)利用所述凝结水管3将步骤(3)所得第二凝结水和步骤(4)所得第三凝结水输出。

本发明利用前述系统进行乏汽回收和加温井筒的方法，方法简单易操作，通过将蒸汽换热器8底部出口的凝结水中的乏汽释放，且利用乏汽换热器7对其回收并将其用于对吸入的空气进行换热升温，而乏汽在乏汽换热器7形成凝结水后经凝结水管3输出，从而一方面实现了乏汽的回收利用，充分利用其中的热量并回收其中的水；另一方面实现了对井筒进风的多一次加热，提高了井筒进风的温度，有助于更快地加温井筒。

在一种实施方式中，所述步骤(3)中，步骤(2)所得第一凝结水先经所述疏水阀11排水阻汽，然后再输入所述乏汽释放箱9，从而可以将更多的蒸汽用于所述蒸汽换热器8中对流经的空气升温，而较少的乏汽随凝结水自所述蒸汽换热器8排出，提高蒸汽在蒸汽换热器8中的利用率。

本领域技术人员理解，凝结水在通过所述疏水阀11之前，凝结水的压力约等于蒸汽进汽管1中的蒸汽压力；凝结水在通过所述疏水阀11后，凝结水在所述乏汽释放箱9中的压力，等于凝结水管3中的压力。由于凝结水管3一般为重力无压自流管道，其压力较低，而其压力与所述乏汽释放箱9中的压力一致，因此所述乏汽释放箱9中的压力较低，从而使得来自所述疏水阀11的凝结水在乏汽释放箱9中会因减压而释放出其中的乏汽，乏汽上升到乏汽释放箱9的顶部，由乏汽输送管道12输送到乏汽换热器7中，乏汽在乏汽换热器7与空气换热后冷却形成凝结水，凝结水靠重力回流到凝结水管3中。乏汽在乏汽换热器7中凝结后，会在乏汽换热器7中形成负压，对乏汽释放箱9形成较强的乏汽抽取作用，从而加快乏汽的回收利用速度。

在一种实施方式中，所述方法包括先排空所述乏汽换热器7中的空气，以在所述乏汽换热器7内形成负压，对所述乏汽输送管道12产生吸力，从而对在所述乏汽释放箱9内释放出的乏汽具有较强的抽取作用。

本领域技术人员理解，先排空所述乏汽换热器7中的空气有助于在所述乏汽换热器7内形成最大的负压，从而所述乏汽输送管道12产生较强对的吸力，进而对在所述乏汽释放箱9内释放出的乏汽形成较强的抽取作用。

在一种实施方式中，所述乏汽换热器7中空气的排空方法包括如下步骤：

a、在向所述蒸汽换热器8内输送蒸汽的同时，关闭所述第二阀门71，并打开所述排气管72上的第三阀门至其开度为1/4-3/4，比如3/8、1/2和5/8，使所述第三凝结水积满所述乏汽换热器7以排空其中的空气；

b、关闭所述排气管72上的第三阀门，然后打开所述第二阀门71，将所述乏汽换热器7内的所述第三凝结水排出；

c、调节所述第一阀门121的开度至所述液位计91内的水位高度位于所述乏汽释放箱9内高度的1/3-2/3位置，比如3/8、2/5、1/2、3/5和5/8位置。

本领域技术人员理解，步骤a中，在所述第二阀门71关闭，所述排气管72上的第三阀门打开的情况下，乏汽在乏汽换热器7中形成的凝结水不断积累，直至将乏汽换热器7完全灌满，从而将乏汽换热器7中的空气全部经排气管72排除。

本领域技术人员理解，步骤b中，在所述排气管72上的第三阀门关闭，所述第二阀门71打开的情况下，由于输入乏汽换热器7中的乏汽直接与吸入至暖风机房2内的空气(为外界冷空气)换热，乏汽凝结速度快，从而在乏汽换热器7中形成负压，有助于加快进入乏汽释放箱9中的凝结水在其中释放乏汽的速度，以及提高乏汽抽取量(低温多效蒸发原理)，从乏汽释放箱9中流出的凝结水温度要低于100℃。

本领域技术人员理解，步骤c中，由于乏汽换热器7中的空气被全部排出，且该乏汽换热器7属于空气预加热换热器，乏汽在其中的凝结速度快，所以该乏汽换热器7中负压高，抽取作用强，从而有可能将凝结水随乏汽一起从乏汽释放箱9中吸入乏汽输送管道12中，进而导致乏汽释放速度降低。通过调节第一阀门121的开度，可将乏汽释放箱9中的凝结水水位(与所述液位计91内的水位相同)控制在合理值，防止凝结水灌满乏汽释放箱9并充填到乏汽输送管道12中。

如图1所示，在一种实施方式中，本发明用于乏汽回收和加温井筒的系统的运行过程如下：

(1)所述风扇6将空气吸入至所述暖风机房2内，使其在所述暖风机房2内自入口至出口方向流动，以流经所述乏汽换热器7和所述蒸汽换热器8；

(2)同时，所述蒸汽进汽管1将蒸汽输送至所述蒸汽换热器8内，与流经所述蒸汽换热器8的空气进行换热，得到第一升温空气和第一凝结水；

(3)所述乏汽释放箱9接收步骤(2)所得的第一凝结水，并将其在所述乏汽释放箱9内进行乏汽释放，得到释放的乏汽和第二凝结水；

(4)所述乏汽输送管道12将步骤(3)释放的乏汽输送至所述乏汽换热器7内，与流经所述乏汽换热器7的空气进行换热，得到第二升温空气和第三凝结水；

(5)所述蒸汽换热器8对流经其的步骤(4)所得第二升温空气进行再次升温，得到第三升温空气；

(6)所述暖风道5将流动至所述暖风机房2出口的升温空气输送至所述进风井筒4；其中，所述升温空气包括第一升温空气、第二升温空气和第三升温空气；

(7)所述凝结水管3将步骤(3)所得第二凝结水和步骤(4)所得第三凝结水输出。

具体实施方式

上湾煤矿工业广场有三个进风井筒，分别为主斜井、副一平硐、副二平硐，并分别有三个暖风机房。距离进风井筒约500m的蒸汽锅炉通过蒸汽进汽管向暖风机房供给蒸汽，空气经风扇吸入暖风机房内，蒸汽进入蒸汽换热器后与吸入的空气换热，冷凝所得的凝结水自蒸汽换热器的底部出口经凝结水管回到锅炉房的凝结水收集水箱中，凝结水中的大量乏汽从凝结水收集水箱顶部的乏汽排汽管排向大气。每到采暖季，大量乏汽排空形成雾云，并形成小雨。这不仅造成了乏汽中热量和水的浪费，还对大气造成不利影响。

改为采用如图1所示系统后，距离进风井筒4约500m的蒸汽锅炉通过蒸汽进汽管1向暖风机房2供给蒸汽，空气经风扇6吸入暖风机房2内，蒸汽进入蒸汽换热器8后与吸入的空气换热，经蒸汽换热器8加温后的空气经暖风道5输入进风井筒4；蒸汽换热器8底部出口输出的凝结水经疏水阀11减压后进入乏汽释放箱9中释放其中的乏汽，释放的乏汽经乏汽输送管道12输送至乏汽换热器7中对吸入的空气进行加热，其在乏汽换热器7中凝结的凝结水及乏汽释放箱9底部出口的凝结水经凝结水管3回到锅炉房的凝结水收集水箱中，而经乏汽换热器7加温后的空气流经蒸汽换热器8进行继续加温，经蒸汽换热器8加温后的空气经暖风道5输入进风井筒4，蒸汽换热器8底部出口输出的凝结水经疏水阀11减压后继续进入乏汽释放箱9中释放其中的乏汽以用于对吸入的空气进行多一次的加温，从而能够将全部乏汽回收并用于对进风井筒1加温。相对于之前的系统，本发明的系统能够减少进风井筒1的采暖用蒸汽量达10wt％以上，锅炉房的凝结水收集水箱上的乏汽排汽管中，基本看不到乏汽排空。

本发明的用于乏汽回收和加温井筒的系统，一方面实现了乏汽的回收利用，充分利用其中的热量并回收其中的水；另一方面实现了对井筒进风的多一次加热，提高了井筒进风的温度，有助于更快地加温井筒。