一种高地温场所降温发电一体化系统技术方案

一种高地温场所降温发电一体化系统。其循环降温系统包括冷水集水池、U型换热管、温水集水池和热泵机组，U型换热管布置在高温煤、岩层内部的钻孔中，U型换热管的一个端口通过总进水管及水泵连通至冷水集水池，其另一端口通过总出水管连通到温水集水池中，温水集水池经过输水管路及水泵连入热泵机组的制冷部分后，再经输水管路连接回到冷水集水池中。本发明专利技术可从煤岩体内部降温，降温效果更好；避免了从巷道远端输送冷水源，可利用巷道的余热进行低温发电，节能、方便。

【技术实现步骤摘要】
一种高地温场所降温发电一体化系统
本专利技术涉及降温散热及热能转化应用
，具体为一种高地温场所降温发电一体化系统。
技术介绍
高地温的热源：地热的形成按热源分类，可分为三大类：即地球的地幔对流；火山岩浆集中处的热及放射性元素的裂变热成为热源。其中，对隧道工程造成施工影响的，主要是火山的热源和放射性元素的裂变热源。(1)火山热的热源：由于火山供给的热是地下的岩浆集中处的热能而产生热水，这种热水(泉水)成为热源又将热供给周围的岩层。当隧道或地下工程穿过这种岩层，就有发生高温、高热的现象。(2)放射性元素的裂变热的热源：根据日本文献介绍，由于地壳内岩石中含有放射性物质，其裂变热产生地温，地下增温率以所处的深度不同而异，其平均值为300℃/100m。东京大学院内测定的实例表明，该处地下增温率为2.20℃/100m。假定地表温度为150℃，地下增温率以30℃/100m计，覆盖层厚1000m深处的地温而成为450℃。日本某地质调查所对30处深层热水地区调查的结果，在平原地区认为不受火山热源的影响，其地下2000m深处的地下温度为670℃～1360℃。这说明如果覆盖层很厚即使没有火山热源供给也有发生高温、高热问题的可能性。基于上述热源，就产生了高地温场所，包括随着矿井开采深度的增加，在深部矿井会产生高地温问题，使之成为高地温场所，同样，在热源所在处施工隧道，也会形成高地温场所。通常，针对深部矿井高地温问题的处理主要是采用空调降温。如冷空气降温、巷道壁面降温、设置隔热层等，这些常规的措施没有从热源内部降温，并且没有很好的利用高地温这种持续不断的能量，是一种资源的浪费。后来，出现了单独或结合使用循环冷却水进行深井煤矿降温的方法，但基本都存在从巷道远端输送冷水的问题，施工输送管路较长、施工过程麻烦、降温效果差、换热效率低和能量循环利用率低，且施工和应用成本高。例如CN105715291A，2016.06.29公开的一种高位巷联通钻孔循环水式矿井降温系统，包括用热单位，用热单位的出水口连接工业冷水机组的进水口，工业冷水机组连接进水管路，进水管路进入到矿井的进风运输大巷，进水管路沿轨道上/下山和联络巷进入到第一高位巷；用热单位的进水口连接有回水管路，回水管路通过回风井连接到矿井的总回风巷，回水管路沿回风上/下山连接到下一工作面高位巷；第一高位巷和下一工作面高位巷之间均匀间隔设置有若干排枝状钻孔。上述降温系统虽然是利用水循环实现了冷水与热水的双向循环利用，能在一定程度上降低回采工作面处温度并利用地热，具有一定节能减排的效果，但实际应用效果不佳，因为其用于传输冷却水的管路及其冗长，管道输送冷却水的过程吸热，冷却水到达回采工作面时，冷却水温度上升，影响回采工作面的降温效果，并且采用的仅仅是单程的管路，具体如下：“工业冷水机组连接进水管路，进水管路进入到矿井的进风运输大巷，进水管路沿轨道上/下山和联络巷进入到第一高位巷；用热单位的进水口连接有回水管路，回水管路通过回风井连接到矿井的总回风巷，回水管路沿回风上/下山连接到下一工作面高位巷”；后续才进入真正起到冷却作用的“第一高位巷和下一工作面高位巷之间均匀间隔设置有若干排枝状钻孔”。并且该水循环的管路设置还是在回风井和回风巷的基础上，足以见得，该降温系统的施工量较大，施工成本高，特别是其同时对地热再利用，实际的换热效率和能量循环利用率都很低。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种高地温场所降温发电一体化系统，该一体化系统不仅能够有效地从根本上实现高地温场所的循环降温，并且可以高效的循环利用余热发电，同时以热泵机组为冷水转换站，将高温水转换成低温冷水，能避免从远端输送冷水带来的弊端，提高降温效果，更加节能、经济、实用。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：包括循环降温系统和循环低温发电系统，所述循环降温系统包括冷水集水池、U型换热管、温水集水池和热泵机组，多个U型换热管布置在高温煤、岩层内部的钻孔中，所有U型换热管的一个端口通过总进水管及水泵连通至冷水集水池，其另一个端口通过总出水管连通到温水集水池中，温水集水池经过输水管路及水泵连入热泵机组的制冷部分后，再经输水管路连接回到冷水集水池中。相比现有技术，本专利技术的一种高地温场所降温发电一体化系统，采用在高温煤、岩层内部钻孔、布置U型换热管，然后通冷水的方法，可以从煤岩体内部降温，并且U型换热管与热源岩层的接触面积充分，都保证了更好的降温效果，同时以热泵机组为冷水转换站，将高温水转换成低温冷水，还避免了从巷道远端输送冷水的弊端，施工方便易行，施工成本低。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术一个实施例的结构示意图。图中，1、U型换热管，2、总进水管，3、10、12、18、水泵，4、温水集水池，5、冷水集水池，6、输水管路，7、热泵机组，8、制热部分，9、输水管，11、高温蓄水池，13、低温发电机组，14、用电装置，15、控制器，16、温度探测器，17、制冷部分，19、总出水管，20、换热管。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。图1示出了本专利技术一个较佳的实施例的结构示意图，图中的一种高地温场所降温发电一体化系统，包括循环降温系统和循环低温发电系统，循环降温系统和循环低温发电系统利用中间共有的热泵机组7作为冷热水转换站；一方面，循环降温系统通过冷水将热量从高温处以温水的形式传输至热泵机组7的制冷部分17，制冷部分17中的液态制冷剂吸收热量，温水变为冷水，从而完成了一个降温循环过程；同时，另一方面，热量在热泵机组7中从制冷部分17传输到制热部分8，制热部分8中的气态制冷剂使流经的水升温成热水，热水被输送用于低温发电后再次返回热泵机组7的制热部分8进行升温，从而形成一个低温发电的循环过程；本专利技术的两个循环过程，解决了从巷道远端输送冷水源的弊端，并且利用巷道余热进行低温发电，整套系统更加节能、实用。其中，所述循环降温系统包括冷水集水池5、U型换热管1、温水集水池4和热泵机组7，多个U型换热管1布置在高温煤、岩层内部的钻孔中，此施工过程易操作、成本低，且U型换热管1与高温煤、岩层的接触面积大，降温效果更好，所有U型换热管1并联布置，一个端口通过总进水管2及水泵3连通至冷水集水池5，其另一个端口通过总出水管19连通到温水集水池4中，温水集水池4经过输水管路6及水泵18连入热泵机组7的制冷部分17后，再经输水管路6连接回到冷水集水池5中，可见，与U型换热管1两个端部连接的分别是总进水管2和总出水管19，所以冷水是从不同入口注入总进水管2，从不同出口流入总出水管19的。这样可以确保不同入口注入的冷水温度低，且每个入水口冷水温度相差不大，从而使整个断面降温效果更好。若采用串联水路结构，冷水通过每个钻孔的后温度会逐渐上升，降温效果不佳。降温的过程是：冷水从就近设置的冷水集水池5输出，在水泵3作用下通过总进水管2将冷水注入预先打孔放置的所有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高地温场所降温发电一体化系统，包括循环降温系统和循环低温发电系统，其特征是：所述循环降温系统包括冷水集水池(5)、U型换热管(1)、温水集水池(4)和热泵机组(7)，多个U型换热管(1)布置在高温煤、岩层内部的钻孔中，所有U型换热管(1)的一个端口通过总进水管(2)及水泵(3)连通至冷水集水池(5)，其另一个端口通过总出水管(19)连通到温水集水池(4)中，温水集水池(4)经过输水管路(6)及水泵(18)连入热泵机组(7)的制冷部分(17)后，再经输水管路(6)连接回到冷水集水池(5)中。

【技术特征摘要】
1.一种高地温场所降温发电一体化系统，包括循环降温系统和循环低温发电系统，其特征是：所述循环降温系统包括冷水集水池(5)、U型换热管(1)、温水集水池(4)和热泵机组(7)，多个U型换热管(1)布置在高温煤、岩层内部的钻孔中，所有U型换热管(1)的一个端口通过总进水管(2)及水泵(3)连通至冷水集水池(5)，其另一个端口通过总出水管(19)连通到温水集水池(4)中，温水集水池(4)经过输水管路(6)及水泵(18)连入热泵机组(7)的制冷部分(17)后，再经输水管路(6)连接回到冷水集水池(5)中。2.根据权利要求1所述的一种高地温场所降温发电一体化系统，其特征是：所述循环低温发电系统包括热泵机组(7)、高温蓄水池(11)和低温发电机组(13)，三者先通过输水管(9)依次连接，再通过另一路输水管(9)和水泵(10，12)连接形成循环回路，输水管(9)经过热泵机组(7)的制热部分(8)。3.根据权利要求1或2所述的一种高地温场所降温发电一体化系统，其特征是：所述循环降温系统及循环低温发电系统布置在高温煤、岩...

【专利技术属性】
技术研发人员：季经纬，韦守朋，李宁宁，倪路，李鸣轩，金自豪，韩春艳，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32