矿用井口热风炉是针对煤矿井口防冻需求设计的专用热力设备，其结构与工作原理紧密围绕矿井安全、高效换热及防爆要求展开，以下从核心组成与热力逻辑两方面详细解析：
- 防爆燃烧器
- 设计标准：采用隔爆型结构（防爆等级 Ex d I Mb），适配井下瓦斯环境，避免电火花引发爆炸。
- 燃料类型：支持天然气、煤层气（瓦斯）或柴油，配备防爆点火装置，燃烧效率≥95%。
- 燃烧室
- 材质与结构：内壁使用耐火砖或耐高温铸铁，外敷陶瓷纤维保温层（导热系数＜0.1W/(m・K)），减少热量损失；容积根据热负荷计算，典型尺寸为 φ1.2m×3m。
- 翅片管式换热器（主流配置）
- 材质：管外采用耐腐蚀不锈钢（316L），管内为耐高温碳钢（15CrMo），翅片间距 5-8mm，扩大换热面积。
- 换热逻辑：燃烧产生的高温烟气（600-800℃）在管内流动，冷空气由风机送入管外翅片间，通过对流换热生成热风（出口温度 40-80℃）。
- 蓄热式换热器（高端型号）
- 利用蓄热陶瓷球储存热量，交替进行烟气加热与空气换热，热效率可达 85% 以上（普通型约 75%）。
- 防爆风机
- 采用隔爆型轴流风机（功率 15-55kW），风量风压根据井口尺寸设计（如 6m 直径井口风速需≥2m/s），风压补偿管道阻力（每 10m 损失约 50Pa）。
- 风路管道
- 材质为镀锌钢板（厚度≥3mm），外敷 50mm 岩棉保温层，井口处安装环形送风管，均匀分布出风口（直径 50-80mm）。
- PLC 控制柜
- 核心元件防爆（Ex ib I Mb），集成温度闭环控制（Pt100 传感器，控温精度 ±3℃）和连锁保护（超温 90℃切断燃料）。
- 远程监控
- 接入矿井安全监控系统，实时监测温度、风量、燃气浓度，异常时远程报警。
- 瓦斯检测装置
- 催化燃烧式传感器（检测范围 0-4% CH₄），浓度＞0.5% 时停机并报警。
- 防爆泄压装置
- 燃烧室与换热器设防爆片（爆破压力 0.1MPa），烟道安装阻火器防止回火。
矿用井口热风炉通过 “燃料燃烧→热量传递→热风输送” 的闭环流程实现防冻功能，具体如下：
- 燃烧阶段：燃气 / 煤层气在防爆燃烧器中与空气混合燃烧，生成 600-800℃的高温烟气。
- 换热阶段：高温烟气通过翅片管换热器，将热量传递给管外冷空气（由防爆风机送入），烟气温度降至 150-200℃排出，空气被加热至 40-80℃。
- 送风阶段：热风经管道输送至井口环形风口，均匀覆盖井口截面，防止结冰（风速≥2m/s 时可有效驱散冷空气）。
- 热负荷计算：
井口需热量公式：
Q = K×A×(t₁-t₂)
- K 为传热系数（取 10-15W/(㎡・℃)），A 为井口截面积（㎡），t₁-t₂为温升（℃）。
例：直径 6m 井口（面积 28.3㎡）从 - 20℃加热至 10℃，需热量 Q=15×28.3×30≈12.7kW，实际配置热功率≥15kW（考虑 15% 热损失）。
- 换热效率：
烟气与空气温差≥300℃时，换热效率达 70%-75%，通过控制烟气出口温度（150-200℃）优化热损失。
| 特性 |
设计目的 |
| 全系统防爆设计 |
适应矿井瓦斯环境，防止燃烧系统引发爆炸（如防爆燃烧器、Ex 级电器元件）。 |
| 高效换热结构 |
翅片管与蓄热设计提升换热面积，热效率较普通热风炉高 10%-15%，降低燃料消耗。 |
| 智能温控连锁 |
通过 PLC 实时调节燃烧量与送风量，确保井口温度稳定（±3℃），避免能源浪费或结冰风险。 |
| 环形送风设计 |
均匀覆盖井口截面，风速与温度分布更均衡，防冻效果优于传统单点送风。 |
矿用井口热风炉通过 “防爆安全为前提、高效换热为核心、智能控制为保障” 的结构与原理设计，成为寒冷地区矿井冬季安全生产的关键设备，其技术参数与功能严格符合《煤矿安全规程》要求，需搭配 MA 认证与定期维护以确保长期可靠运行。
