一种煤矿井下移动式碳分子筛制氮装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种煤矿井下移动式碳分子筛制氮装置，它包括设置于矿用平板矿车上的防爆外壳内的空气压缩系统，空气预处理系统，气体分离与氮气供给系统，双PLC集中控制系统，特点在于：空气压缩系统由多台螺杆式空气压缩机连接多个逆止阀构成。氮气出口流量达到2000m3/h以上，制氮纯度可达98%以上，采用高度模块化设计，整套装置由多部矿用平板矿车构成，各个模块之间可快速连接、拆卸，移动简单快捷，空气压缩系统由多台螺杆式空气压缩机连接多个逆止阀构成，解决了多台空气压缩机在变压吸附装置上联合运转易产生喘振现象，采用双PLC集中控制系统，解决单控制系统制氮装置气流难以控制问题。
【专利说明】一种煤矿井下移动式碳分子筛制氮装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种制氮装置，尤其是涉及煤矿防灭火【技术领域】的煤矿井下移动式碳分子筛制氮装置。
【背景技术】
[0002]火灾事故是我国煤矿面临的主要灾害之一，现阶段，注氮防火技术在我国煤矿防灭火【技术领域】中得到了广泛应用，尤其对于综放开采工作面来说，注氮防火是预防采空区自然发火的重要技术手段，同时制氮装置也成为了煤矿常备的防火技术装备。
[0003]制氮装置的发展大体上经历了 一个催化燃烧一深冷空分一碳分子筛吸附——纤维膜分离的发展过程。
[0004]70年代以前，国内外制氮机多选用催化燃烧式机型，基本原理是以钼为催化剂燃烧丙烧，不断引入空气以消耗O2，得到比较纯净的N2，其主要用于气调设施，目前已很少使用；70年代末开发的焦炭分子筛制氮机，基本原理是用表面积极大的焦炭分子筛将O2吸附并排出高浓度的N2，后来经过发展进行园艺产品气调保鲜试验并很快推广，目前在煤矿防灭火【技术领域】已很少应用；随后碳分子筛变压吸附制氮机出现，其较燃烧式制氮机有许多优点，无需燃烧和降温处理，操作也相对简单，但其存在机体庞大和需要更换碳分子筛等缺点；80年代，随着科学技术的发展和工业加工水平的提高，又出现了新一代制氮设备，即膜分离制氮机，采用一组极细的中空膜纤维组件，将洁净的压缩空气通过膜纤维组件将O2和N2分开，所产N2比催化燃烧式更纯净，其机械结构比碳分子筛制氮机更加简单，也更易于自动控制和操作，但受膜组件本身性能与价格影响较大。
[0005]目前，煤矿用制氮装置主要分为深冷空分法、碳分子筛空分法与膜空分法三种型式。深冷空分制氮装置设备复杂、占地面积大，基建费用较高、设备一次性投资较多，运行成本高，安装难度大，制取产品多为液氮，目前在我国煤矿日常防火方面应用较少；膜分离制氮装置膜组件造价高，易污染且污染后难以修复，使用寿命相对较短，井下移动式膜分离制氮装置体积小，移动灵活，出口压力高，但流量较小(流量最大仅800m3/h)无法满足高效采煤工作面防火需求；碳分子筛制氮装置以碳分子筛为吸附剂，利用碳分子筛在不同压力下对氧气的吸附能力不同，由自动控制系统按特定可编程序严格控制时序，交替进行加压吸附和解压再生，完成氮氧分离，从而获得所需高纯度氮气，其可分为地面及井下移动式两种形式。地面式碳分子筛制氮装置体积大，无法移动，用于煤矿井下自然发火防治时必须事先连接输氮管路，同时需要建设地面土建工程，投资较大，且输送距离较长，氮气沿途损失大，尤其对于井下工作面接续距井口较远的情况，其注氮防灭火出口压力往往无法满足氮气远距离输送的需要。另外，目前煤矿设计应用的井下移动式碳分子筛制氮装置流量较小(流量最大仅800m3/h)，同时运行效率较低，对于高效采煤工作面来说注氮防灭火能力明显不足。
[0006]因此，克服现有地面型碳分子筛制氮装置无法灵活移动、输送距离长导致漏气量增大、注氮防灭火出口压力低、井下移动式碳分子筛制氮装置流量小以及膜分离制氮装置价格昂贵、膜组分使用受限、防灭火能力无法满足高效采煤工作面防火需求等缺点，研发大流量的煤矿井下移动式碳分子筛制氮装置，对于提升我国移动式碳分子筛制氮装备整体技术水平，保障煤矿安全高效生产具有重要现实意义。
实用新型内容
[0007]本实用新型目的在于克服传统卧式与立式四塔结构碳分子筛变压吸附塔易产生沟流效应及壁流效应致使制氮纯度下降及吸附塔体积庞大难以入井、现有吸附塔充填工艺导致吸附塔内压力变化对分子筛产生冲击损耗从而影响碳分子筛使用寿命、单控制系统制氮装置气流难以控制以及多台空气压缩机在变压吸附装置上联合运转易产生喘振现象致使变压吸附制氮装置无法平稳运行的问题，提供一种大流量的，煤矿井下移动式碳分子筛制氮装置，为煤矿注氮防灭火提供充足氮气来源。
[0008]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种煤矿井下移动式碳分子筛制氮装置，它包括设置于矿用平板矿车上的防爆外壳内的空气压缩系统，空气预处理系统，气体分离与氮气供给系统，双PLC集中控制系统，特点在于:空气压缩系统由多台螺杆式空气压缩机连接多个逆止阀构成。
[0009]其中:空气预处理系统由连接空气压缩系统的高压胶管顺序连接活性炭过滤器、高效过滤器、多个串联的精密过滤器、空气缓冲罐构成。
[0010]其中:气体分离与氮气供给系统由连接空气缓冲罐的高压胶管连接两个并联后再并联的四个变压吸附塔，两两并联的变压吸附塔分别对应连接两个氮气储罐后连接输出氮气出口构成。
[0011]本实用新型的有益效果是具有氮气流量大，出口浓度高等优点，氮气出口流量达到2000m3/h以上，制氮纯度可达98%以上，特别是本实用新型采用高度模块化设计，整套装置由六部矿用平板矿车构成，各个模块之间可快速连接、拆卸，移动简单快捷，空气压缩系统由多台螺杆式空气压缩机连接多个逆止阀构成，解决了多台空气压缩机在变压吸附装置上联合运转易产生喘振现象，采用双PLC集中控制系统，解决单控制系统制氮装置气流难以控制问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]下面结合附图对本实用新型进一步说明。
[0013]图1是本实用新型的结构原理示意图；
[0014]图2是本实用新型的设置结构示意图；
[0015]图3是本实用新型的双PLC集中控制系统原理示意图。
[0016]图中:1.螺杆式空气压缩机一，2.螺杆式空气压缩机二，3.活性炭过滤器，4.高效过滤器，5.精密过滤器，6.空气缓冲罐，7.变压吸附塔，8.氮气储罐，12.矿用平板矿车，13.防爆外壳，14.双PLC集中控制系统，101.逆止阀一，102.逆止阀二。
【具体实施方式】
[0017]实施例一
[0018]参见如图1、图2、图3，一种煤矿井下移动式碳分子筛制氮装置，它包括设置于矿用平板矿车12上的防爆外壳13内的空气压缩系统，空气预处理系统，气体分离与氮气供给系统，双PLC集中控制系统14，特点在于:空气压缩系统由螺杆式空气压缩机一 I和螺杆式空气压缩机二 2分别连接逆止阀一 101和逆止阀二 102构成。
[0019]其中:空气预处理系统由连接空气压缩系统的高压胶管顺序连接活性炭过滤器
3、高效过滤器4、三个串联的精密过滤器5、空气缓冲罐6构成。
[0020]其中:气体分离与氮气供给系统由连接空气缓冲罐6的高压胶管连接两个并联后再并联的四个变压吸附塔7，两两并联的变压吸附塔7分别对应连接两个氮气储罐8后连接输出氮气出口构成。
[0021]其中:双PLC集中控制系统14为非防爆型改进成防爆本安型结构。
[0022]其中:矿用平板矿车12为六辆，第一辆和第二辆放置螺杆式空气压缩机二 2和螺杆式空气压缩机一 1，第三辆放置活性炭过滤器3、高效过滤器4、精密过滤器5、空气缓冲罐6，第四辆、第六辆放置两个并联后再并联的四个变压吸附塔7，第五辆放置氮气储罐8。
[0023]防爆外壳13罩在螺杆式空气压缩机一 1、螺杆式空气压缩机二 2外，六部矿用平板矿车12依次串接，移动方便快速。
[0024]实施例二
[0025]参见如图1、图2、图3，一种煤矿井下移动式碳分子筛制氮装置，它包括设置于矿用平板矿车12上的防爆外壳13内的空气压缩系统，空气预处理系统，气体分离与氮气供给系统，双PLC集中控制系统，特点在于:空气压缩系统由螺杆式空气压缩机一 I和螺杆式空气压缩机二 2及螺杆式空气压缩机三分别连接逆止阀一 101和逆止阀二 102及逆止阀三构成。
[0026]其中:空气预处理系统由连接空气压缩系统的高压胶管顺序连接活性炭过滤器
3、高效过滤器4、三个串联的精密过滤器5、空气缓冲罐6构成。
[0027]其中:气体分离与氮气供给系统由连接空气缓冲罐6的高压胶管连接两个并联后再并联的四个变压吸附塔7，两两并联的变压吸附塔7分别对应连接两个氮气储罐8后连接输出氮气出口构成。
[0028]其中:双PLC集中控制系统14为非防爆型改进成防爆本安型结构。
[0029]其中:矿用平板矿车12为七辆，第一辆和第二辆及第三辆放置螺杆式空气压缩机二 2和螺杆式空气压缩机一 I及螺杆式空气压缩机三，第四辆放置活性炭过滤器3、高效过滤器4、精密过滤器5、空气缓冲罐6，第五辆、第七辆放置两个并联后再并联的四个变压吸附塔7，第六辆放置氮气储罐8。
[0030]防爆外壳13罩在螺杆式空气压缩机一 1、螺杆式空气压缩机二 2及螺杆式空气压缩机三外，七部矿用平板矿车12依次串接，移动方便快速。
[0031]该实用新型运行过程通过双PLC集中控制系统控制，其通过动力电缆、信号电缆和气动控制管缆相联接，双PLC集中控制系统协调各塔加压、减压过程，通过27个程控阀门控制各塔吸附及解吸过程，并利用最低工业变压吸附塔回流计算式替代连续吸附过程所需的最低再生清洗量计算公式，确定最小再生回流量，结合PLC控制器控制回流阀门，完成碳分子筛制氮装置快速高效再生，实现了氮气纯度小于98%自动排放功能，避免了高含氧气体进入采空区，同时通过双PLC集中控制系统解决了单控制系统制氮装置气流难以控制的难题。
【权利要求】
1.一种煤矿井下移动式碳分子筛制氮装置，它包括设置于矿用平板矿车上的防爆外壳内的空气压缩系统，空气预处理系统，气体分离与氮气供给系统，双PLC集中控制系统，特征在于:空气压缩系统由多台螺杆式空气压缩机连接多个逆止阀构成。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下移动式碳分子筛制氮装置，其特征在于:空气预处理系统由连接空气压缩系统的高压胶管顺序连接活性炭过滤器、高效过滤器、多个串联的精密过滤器、空气缓冲罐构成。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿井下移动式碳分子筛制氮装置，其特征在于:气体分离与氮气供给系统由连接空气缓冲罐的高压胶管连接两个并联后再并联的四个变压吸附塔，两两并联的变压吸附塔分别对应连接两个氮气储罐后连接输出氮气出口构成。
4.根据权利要求2所述的一种煤矿井下移动式碳分子筛制氮装置，其特征在于:气体分离与氮气供给系统由连接空气缓冲罐的高压胶管连接两个并联后再并联的四个变压吸附塔，两两并联的变压吸附塔分别对应连接两个氮气储罐后连接输出氮气出口构成。
【文档编号】E21F5/00GK203699913SQ201320739516
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】王刚, 罗海珠, 梁运涛, 于贵生, 唐辉, 王振伟, 袁洪军, 崔杰, 张卫亮, 曲晓明, 王福厚, 王大强 申请人:煤科集团沈阳研究院有限公司