一、防爆燃烧系统 —— 能量产生核心

1. 防爆燃烧器

• 设计标准：符合煤矿井下防爆要求（Ex d I Mb），采用全封闭式结构防止火花外泄。
• 关键组件：
  • 电子点火装置：高压脉冲点火（点火能量≥10mJ），配合火焰监测器（紫外线传感器，响应时间＜1s）实时检测燃烧状态。
  • 燃气 / 空气比例调节：电动执行器控制风门开度，空燃比维持在 1:9-1:12（天然气），确保燃烧充分（烟气 CO 含量＜50ppm）。
  • 负荷调节：支持 1:5 比例调节（如 50-250kW），适应不同环境温度下的热负荷需求。

2. 燃烧室

• 结构组成：
  • 内衬层：高铝耐火砖（耐火温度≥1580℃），厚度 80-120mm，抵抗高温烟气侵蚀。
  • 保温层：陶瓷纤维棉 + 岩棉复合结构（总厚度 100-150mm），外壁温度≤50℃，热损失率＜5%。
  • 容积设计：根据热功率计算（1kW 对应燃烧室容积约 0.02m³），典型 100kW 设备燃烧室直径 1m、长度 2m，烟气停留时间≥2s 以保证燃烧完全。

二、高效换热系统 —— 能量传递核心

1. 翅片管换热器（主流配置）

• 结构特点：
  • 材质：管内 304 不锈钢（耐烟气腐蚀，工作温度≤800℃），管外缠绕铝翅片（强化换热，翅片高度 15-20mm，间距 6-8mm）。
  • 换热面积：按热负荷计算（1kW 热功率需 0.2-0.3㎡换热面积），100kW 设备约需 20-30㎡，采用错列布置提高换热效率（传热系数≥80W/(㎡・℃)）。
  • 流道设计：烟气走管内（流速 10-15m/s），空气走管外翅片间，逆向流动温差≥300℃，换热效率 70%-75%。

2. 蓄热式换热器（高端配置）

• 工作原理：
  • 填充堇青石陶瓷球（直径 20-30mm，堆积密度 1.2-1.4t/m³），通过 “烟气加热陶瓷球→冷空气流过吸热” 的交替循环，热效率提升至 85% 以上。
• 切换装置：气动三通阀（切换周期 5-10min），配合温度传感器控制蓄热 / 放热过程，减少烟气余热浪费。

三、送风与风路系统 —— 热风输送核心

1. 防爆风机组

• 选型要求：
  • 类型：隔爆型轴流风机（Ex d I Mb），电机防护等级 IP55，适用于含瓦斯气体环境。
  • 参数计算：
    • 风量 Q = 井口截面积 × 风速（建议风速 2-3m/s），如 6m 直径井口（面积 28.3㎡）需风量 Q=28.3×3×3600≈30.5 万 m³/h。
    • 风压 H = 管道阻力 + 局部阻力（每 10m 管道阻力约 50Pa，弯头 / 阀门局部阻力系数 0.5-1.0），总风压通常 500-1000Pa。
  • 驱动方式：变频电机（功率 7.5-37kW），根据热风温度自动调节转速（温度低时增大风量）。

2. 送风管道系统

• 管道设计：
  • 材质：镀锌钢板（厚度≥3mm），防腐蚀；外敷 50mm 岩棉保温层（导热系数≤0.04W/(m・K)），确保热损失≤10%。
  • 布局：主管道直径根据风速（15-20m/s）计算（30 万 m³/h 风量对应管道直径≈800mm），井口处设环形送风管（直径≥1.2m），均匀分布 φ50-80mm 出风口，间距 0.5-1m，保证送风均匀性。

四、智能控制系统 —— 设备运行核心

1. PLC 控制柜

• 控制逻辑：
  • 温度闭环：Pt100 热电阻（精度 ±0.5℃）检测热风出口温度，通过 PID 算法调节燃气流量与风机转速，控温精度 ±3℃。
  • 联动控制：集成燃料阀、风门、风机的联动启停，开机时先启动风机吹扫（时间≥15min），再点火燃烧，停机时先停燃料，风机延时运行至设备冷却。

2. 安全连锁装置

• 多重保护功能：
  • 超温保护：热风温度＞85℃时自动切断燃气，启动风机强制冷却。
  • 燃气泄漏检测：催化燃烧式传感器（量程 0-4% CH₄），当浓度＞0.5% 时报警并停机，联动开启通风机。
  • 风压保护：压差传感器监测风机进出口风压，风压不足（＜设定值 80%）时切断燃烧器。

五、安全防爆组件 —— 本质安全核心

1. 瓦斯监测与防爆装置

• 检测系统：
  • 井口及设备周边布置瓦斯传感器（数量≥2 个），实时监测 CH₄浓度，报警值设为 0.25% CH₄，断电值 0.5% CH₄。
• 防爆泄压组件：
  • 防爆片：安装于燃烧室与换热器顶部（爆破压力 0.1MPa），超压时自动破裂泄压，保护设备本体。
  • 阻火器：烟道入口处设置金属网型阻火器（阻火元件孔隙≤1mm），阻止火焰回流至燃烧系统，阻火速度≥1000m/s。

2. 电气防爆设计

• 所有电气元件（如控制器、传感器、接线盒）均需取得煤矿安全标志（MA 认证），电缆采用防爆挠性管连接，接口密封等级 IP65，防止瓦斯侵入。

核心结构对比表：不同热源类型设备差异