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专利号: 2018106832122
申请人: 河北工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 供热;炉灶;通风
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种自适应控制的矿井回风余热回收供热系统,其特征在于:包括矿井回风喷淋换热系统、低品位热能提升系统、负荷侧供热系统和自适应控制系统;所述矿井回风喷淋换热系统回收矿井回风中的显热量和潜热量,经过所述低品位热能提升系统提升为较高品位热量,提供给所述负荷侧供热系统使用;所述自适应控制系统对矿井回风喷淋换热系统、低品位热能提升系统和负荷侧供热系统进行监测、控制、反馈和调节。

2.根据权利要求1所述的自适应控制的矿井回风余热回收供热系统,其特征在于:所述矿井回风喷淋换热系统包括喷淋塔、矿井回风风机、喷淋管排、喷淋水循环水泵、汇水池和第一储热水箱,喷淋水循环水泵通过喷淋管排在喷淋塔中喷洒喷淋循环水与矿井回风逆流换热,喷淋水回收矿井回风中的显热量和潜热量后汇集到喷淋塔底部的汇水池中,喷淋回水经水处理后进入所述低品位热能提升系统,第一储热水箱用于缓冲系统调节引起的波动;

所述低品位热能提升系统包括热泵机组和第一水处理设备,喷淋回水经水处理后进入热泵机组中提升为较高品位热量;

所述负荷侧供热系统包括采暖末端及其管网、生活热水及其管网、井口防冻换热器、供热循环水泵、第二水处理设备和第二储热水箱,热泵机组产生的高温水供负荷侧供热系统使用。

3.根据权利要求2所述的自适应控制的矿井回风余热回收供热系统,其特征在于:所述自适应控制系统包括监测单元、PLC模块、HMI人机界面和执行单元;其中监测单元完成各测点的温度、湿度、风速、流量、液位高度数据的采集,将数据传输到PLC模块进行处理和存储;

HMI人机界面用于显示PLC模块采集的数据,并完成设置启动参数和特定工况的人机交互功能;执行单元用于执行PLC模块的处理结果。

4.根据权利要求3所述的自适应控制的矿井回风余热回收供热系统,其特征在于:所述自适应控制系统的监测单元包括矿井回风温度传感器、矿井回风湿球温度传感器、矿井回风风速传感器、喷淋循环水回水温度传感器、喷淋循环第一储热水箱液位传感器、喷淋循环水供水温度传感器、喷淋循环水流量传感器、供热循环水回水温度传感器、井口防冻换热器回水温度传感器、井口防冻换热器供水温度传感器、采暖用户系统回水温度传感器、采暖用户系统供水温度传感器、生活热水供水温度传感器、大气环境湿度传感器、大气环境温度传感器、供热循环水供水温度传感器、供热循环水流量传感器、供热循环第二储热水箱液位传感器、矿井回风喷淋出口温度传感器、矿井回风喷淋出口湿球温度传感器、采暖用户系统循环水流量传感器、矿井送风风速传感器、井口防冻换热器出口空气温度传感器、井口防冻换热器循环水流量传感器、生活热水流量传感器。

5.根据权利要求3或4所述的自适应控制的矿井回风余热回收供热系统,其特征在于:

在系统待启动的情况下,当HMI人机界面和PLC模块得电后即可对其进行操作,按照顺序依次打开回风风机、喷淋水循环水泵、供热循环水泵、热泵机组和相关阀门,之后在HMI人机界面中给定系统运行的常规初始参数,使得系统能正常启动运行,PLC模块以固定时间单元进行数据处理和运行调节,计算出负荷侧供热系统所需要的总热量,依据热泵机组能效比计算出矿井回风喷淋换热系统回收的热量,根据矿井回风经喷淋换热前后的状态点参数计算出 需 用 回 风 风 量 和 矿 井 排 风 量 ,再 利 用 水 气 比 优 化 函 数和相关测量数据计算得到喷淋循环水量,再通过PLC模块控制变频器以调节风机和水泵频率,减少水泵和热泵机组机械能耗;式中cp,a为矿井回风的比热容;Ta,in为矿井回风的入口干球温度;Tw,in为喷淋循环水的入口温度;γ为矿井回风的汽化潜热;da,in为矿井回风入口的含湿量;dw,in为矿井回风出口的含湿量;cw为喷淋循环水的比热容。

6.根据权利要求5所述的自适应控制的矿井回风余热回收供热系统,其特征在于:自适应控制系统还需要适应负荷侧供热系统的逐时变化,将自适应控制系统中采集的相关能耗模拟参数传输到模拟软件中进行计算,并将计算的模拟采暖热负荷结果传输到PLC模块;因作息和季节的变化在不同时间段生活热水量也不相同,将生活热水水温控制在一定范围以保证舒适的用水温度,当生活热水水温传感器采集的温度低于(高于)目标温度范围则提高(降低)当前生活热水的温度,加热量按当前热水需用量和待提高(降低)温差确定;井口防冻换热器的散热量也受冬季昼夜、大气温度变化的影响,井口防冻换热器盘管的温度保持在一定温度内以保证井口防冻的安全性,当井口防冻换热器传感器采集的平均温度低于(高于)目标温度范围则提高(降低)当前温度,加热量按待提高(降低)温差确定,将以上三种供热需用量之和作为负荷侧供热系统总热负荷,根据负荷侧供热系统总热负荷等于矿井回风余热的储热量,进而得到最优水气比下的喷淋循环水量,如此循环往复实现动态自适应的运行调节,使得需用供热量和供热负荷的相对一致。

7.根据权利要求6所述的自适应控制的矿井回风余热回收供热系统,其特征在于:自适应控制方程需要连续监测,防止调节混乱或者严重偏离,为了保证自适应调节方法的稳定性和有效性以及系统的安全性,需要利用相关参数的测量结果对系统当前最优水气比和广义水气比 进行计算比较,当误差小于

5%时认为自适应调节有效,否则将重新进行调节,另外需要监测采暖实际供热量与采暖模拟热负荷是否匹配,则利用Q′n=Vncp,w(tn,1-tn,2),定义要求两者的相对误差小于10%,式中Q′n为采暖实际供热量;Vn为采暖管网的循环水量;cp,w为热水的比热容;tn,1为采暖供水管网入口温度;tn,2为采暖回水管网出口温度。