一种矿井排风热回收的节水降阻喷淋装置及设计方法
【专利摘要】本发明属于矿井排风热能回收【技术领域】，具体涉及一种矿井扩散塔内矿井排风热回收的节水降阻喷淋装置及设计方法。本发明主要目的是解决现有矿井排风热回收喷淋装置水量损失、阻力损失较大的问题，提供一种新型的矿井排风热回收喷淋装置及该矿井排风热回收喷淋装置的设计方法。本发明的矿井排风热回收喷淋装置主要包括扩散塔断面风速ua经过优化后及喷嘴安装高度H、水滴粒径d、水滴初速度ud0经过优化后的喷淋装置。运用牛顿第二定律及数值仿真软件，对ua、H、d、ud0该4个参数进行优化，优化后的装置可保证液滴落入集水池内不被吹飞，减小水量损失90%以上，无需设置挡水板，可直接减少挡水板阻力损失195Pa。
【专利说明】一种矿井排风热回收的节水降阻喷淋装置及设计方法
【技术领域】
[0001]本发明属于矿井排风热能回收【技术领域】，具体涉及一种矿井排风热回收的节水降阻喷淋装置及设计方法。
【背景技术】
[0002]矿井排风热回收喷淋装置向下喷冷水回收排风热能，由于扩散塔内空气流速高，喷淋设施高度布置不当，水滴粒径选取不当，造成大量风吹水损失。此外，水滴被带出扩散塔时需要额外的空气推力，造成空气阻力增大。因此必须对矿井排风热回收喷淋装置进行优化设计，改变扩散塔断面风速，合理布置喷淋装置高度，选取适当的水滴粒径，减小矿井排风热能回收装置水量损失及阻力损失。
[0003]矿井排风热回收喷淋装置主要包括扩散塔、喷嘴、管排及挡水板，目前矿井排风热回收喷淋装置一般为对喷或逆喷，管排及喷嘴布置在扩散塔内部顶端，向下喷出的喷淋水由于迎面风速过大而无法到达装置底部继而被向上的风流带向挡水板，通过挡水板将水除去，但由于风速大，水滴碰撞破碎雾化等原因，仍有大量水滴被风流带走，且挡水板阻力大，加上水滴上升过程中水滴对风流的造成的额外阻力，导致装置失水量大，阻力损失大，热能回收率低。
【发明内容】
[0004]本发明的目的之一在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种改进型的矿井排风热回收的节水降阻喷淋装置。本发明的矿井排风热回收喷淋装置的参数经过优化，减小了水量损失及阻力损失，提高了矿井排风热回收装置能量回收效率。
[0005]本发明的上述目的是通过如下的技术方案来实现的:该矿井排风热回收的节水降阻喷淋装置，它包括安装于矿井回风巷的`扩散塔内部顶端的管排及喷嘴，扩散塔底部设有集水池，集水池依次与沉淀池、水处理器连接，水处理器的出水口与热泵机组的热交换水进水口连接，热泵机组的热交换水出水口与所述管排连接；热泵机组的出水口分别连接井筒防冻水管、洗浴热水管和空调水管，所述澡堂废热水管也与沉淀池的进水口连接；其特点是:它不包括安装于管排及喷嘴之上的挡水板；在保证水滴不破碎、不吹飞、不悬浮以及空气与水滴热交换充分的情况下，所述喷嘴在扩散塔内部顶端的极限安装高度H小于喷嘴喷淋水滴的最大下落闻度S:
[0006]
【权利要求】
1.一种矿井排风热回收的节水降阻喷淋装置，它包括安装于矿井回风巷的扩散塔内部顶端的管排及喷嘴，扩散塔底部设有集水池，集水池依次与沉淀池、水处理器连接，水处理器的出水口与热泵机组的热交换水进水口连接，热泵机组的热交换水出水口与所述管排连接；热泵机组的出水口分别连接井筒防冻水管、洗浴热水管和空调水管，所述澡堂废热水管也与沉淀池的进水口连接；其特征在于:它不包括安装于管排及喷嘴之上的挡水板；在保证水滴不破碎、不吹飞、不悬浮以及空气与水滴热交换充分的情况下，所述喷嘴在扩散塔内部顶端的极限安装高度H小于喷嘴喷淋水滴的最大下落高度S:
2.根据权利要求1所述的矿井排风热回收的节水降阻喷淋装置，其特征在于:所述喷淋装置的结构需使其喷淋水滴的粒径d与水滴初速度Udtl满足如下关系式:d(ua+ud0)2 ( 33.79 ;同时，水滴粒径还需满足:?/>0.00016183<。
3.一种基于权利要求1所述矿井排风热回收的节水降阻喷淋装置的设计方法，其特征在于包括如下步骤:根据扩散塔断面风速Ua、水滴粒径d以及水滴初速度Udtl，在保证水滴不破碎、不吹飞、不悬浮的情况下，确定水滴的最大下落高度S，并保证S大于喷嘴的极限安装高度H ;若在给定的断面风速Ua下水滴无法落入装置底部即S数值太小时，还应优化扩散塔尺寸以减小断面风速；利用牛顿第二定律、数值仿真手段对ua，ud0, d，H四个参数分别进行优化，使各参数符合以上要求；其中，水滴的最大下落高度S的计算公式为:
4.根据权利要求3所述矿井排风热回收的节水降阻喷淋装置的设计方法，其特征在于:为保证水滴不破碎、不吹飞、不悬浮，水滴的粒径d、断面风速Ua与水滴初速度Udtl满足如下关系式:d(ua+ud(l)2≤33.79 ;同时，水滴粒径还需满足:i/>0.00016183Wu2;对于给定的扩散塔，Ua为定值，利用数值仿真工具画出不同Ua下水滴的最大下落高度、水滴初速度及水滴粒径关系曲线图，并根据保证液滴不破碎条件及避免悬浮条件对d及Udtl进行优化，选出合理的水滴粒径及水滴初速度；如果计算出的水滴最大下落高度S很小，则应增大扩散塔断面面积，优化扩散塔尺寸，使断面风速Ua减小并重新计算水滴最大下落高度，使S大于喷嘴极限安装高度H。
【文档编号】E21F1/00GK103498692SQ201310501527
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】王海桥, 崔海蛟, 陈世强, 李轶群 申请人:湖南科技大学