一种基于甲醇纳米催化氧化矿山井口防冻空气加热装置的制作方法

本实用新型一种基于甲醇纳米催化氧化矿山井口防冻空气加热装置，属于矿山井口防冻空气加热装置技术领域。

背景技术：

冬季寒风进入煤矿进风井口后会与井内的水汽和潮湿空气接触，容易在井壁、井道梁处结冰，严重时将堵塞井口处断面，影响井内空气流动及排风，存在安全隐患，矿井下安全规程要求井口内空气温度须保持在2℃以上，因而井口防冻是煤矿冬季安全生产的重要保证。

目前针对煤矿各个进风井口的防冻，主要有三种防冻制热方式，以燃烧煤炭作为热源的热风炉，以液化石油气或天然气燃烧锅炉提供热风，上述类型锅炉运行复杂，辅助的水质处理带来较高的人工运行成本，并且锅炉排放的尾气还会对环境造成污染；上述类型的锅炉在供热过程中会产生大量氮氧化物，环保部门要求氮氧化物在30mg以下的排放标准，需要对现有锅炉系统进行相应的工艺及结构改进，以求满足排放指标要求；另外由于煤矿大多设置在偏远的位置，车辆运输输送路途较远，必须在煤矿建设天然气储存气化装置，给煤矿带来相应的储存及使用风险。

技术实现要素：

本实用新型为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于甲醇纳米催化氧化矿山井口防冻空气加热装置结构的改进。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种基于甲醇纳米催化氧化矿山井口防冻空气加热装置，包括设置在安装底座上的反应装置和加热装置，所述反应装置和加热装置并排设置，所述反应装置为多块钢板构成的多腔体箱体，所述反应装置内部由下至上依次设置有反应床余热腔、新风交换腔、初始空气热交换腔，所述加热装置内部设置有蒸发换热腔，所述蒸发换热腔中垂直设置有多条交换器热管，所述加热装置的一端设置有热空气出口，所述加热装置的另一端设置有热空气进口；

所述反应装置的初始空气热交换腔中固定设置有多台热反应床，所述热反应床的顶部设置有上盖，所述上盖的外侧设置有混合汽体分布器，所述上盖的底部通过螺栓与上置板连接固定，所述上置板具体为开有多个通孔的密封焊板，所述上置板每个通孔中均设置有反应管，所述反应管穿过中分板后与下置板上设置的通孔相连，所述每条反应管的表面还设置有翘片；

所述每台热反应床中从上置板到中分板一段的反应管被封装在初始空气热交换腔中；

所述每台热反应床中从中分板到下置板一段的反应管被封装在新风交换腔中；

所述下置板的底部接入反应床余热腔中；

所述新风交换腔的一端设置有进风口，所述进风口的外侧设置有新风箱，所述新风箱外侧设置有新风过滤膜，所述新风交换腔的另一端设置有出风口，所述出风口与新风主管道相连，所述新风主管道上并接有多路热反应床支路管道，所述每路热反应床支路管道上还设置有新风比例控制阀和甲醇雾化喷嘴阀组，所述甲醇雾化喷嘴阀组通过甲醇输出管道与甲醇供料系统阀组相连，所述甲醇供料系统阀组通过甲醇输入管道与甲醇存储罐相连；

所述初始空气热交换腔的一端设置有冷空气进口，所述初始空气热交换腔的另一端设置有初始空气热交换出口，所述初始空气热交换出口通过热交换空气输送管道与热空气进口相连；

所述反应床余热腔的一侧还设置有窗口，所述反应床余热腔通过窗口与蒸发换热腔连通；

所述新风交换腔的进风口处还设置有新风风机，所述新风主管道内侧还设置有温度传感器。

所述加热装置底部的一侧还设置有尾气余热排放口，所述加热装置顶部还设置有上盖板。

所述新风比例控制阀、甲醇雾化喷嘴阀组、甲醇供料系统阀组的信号输入端均通过导线与空气加热控制器相连；

所述新风风机的控制端通过导线与空气加热控制器相连；

所述温度传感器的信号输出端通过导线与空气加热控制器相连。

所述反应装置和加热装置的外围还设置有封装箱体。

本实用新型相对于现有技术具备以下的有益效果：本实用新型相对于传统的三种井口制热方式，提供一种基于甲醇纳米催化氧化技术的空气加热装置，可以实现空气在加热过程中无焰燃烧，保持氮氧化物等污染尾气的零排放；本装置在运行过程中摆脱了依赖制备软化水的工艺，可以减少水资源的浪费和高盐水排放；本实用新型提供的加热装置解决了就地安装的问题，解决了给排水及蒸汽管网能耗损失和建设费用，本装置具有98%以上的热效率，运行过程无压力、无火焰，消除了安全隐患，采用温度补偿控制技术有效降低了热负荷损失，节约了能源，采用远程监控无人值节省了人力成本支出，达到了降低运行成本，提高企业经济效益的目的。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为图1中a-a面的剖面图；

图4为图1中b-b面的剖面图；

图5为本实用新型热反应床的结构示意图；

图中：1为安装底座、2为反应床余热腔、3为新风交换腔、4为初始空气热交换腔、5为蒸发换热腔、6为交换器热管、7为热空气出口、8为热空气进口、9为热反应床、10为上盖、11为混合汽体分布器、12为上置板、13为反应管、14为中分板、15为下置板、16为翘片、17为新风箱、18为新风过滤膜、19为新风主管道、20为热反应床支路管道、21为新风比例控制阀、22为甲醇雾化喷嘴阀组、23为甲醇供料系统阀组、24为甲醇存储罐、25为冷空气进口、26为初始空气热交换出口、27为热交换空气输送管道、28为尾气余热排放口、29为上盖板。

具体实施方式

如图1至图5所示，本实用新型一种基于甲醇纳米催化氧化矿山井口防冻空气加热装置，包括设置在安装底座1上的反应装置和加热装置，所述反应装置和加热装置并排设置，所述反应装置为多块钢板构成的多腔体箱体，所述反应装置内部由下至上依次设置有反应床余热腔2、新风交换腔3、初始空气热交换腔4，所述加热装置内部设置有蒸发换热腔5，所述蒸发换热腔5中垂直设置有多条交换器热管6，所述加热装置的一端设置有热空气出口7，所述加热装置的另一端设置有热空气进口8；

所述反应装置的初始空气热交换腔4中固定设置有多台热反应床9，所述热反应床9的顶部设置有上盖10，所述上盖10的外侧设置有混合汽体分布器11，所述上盖10的底部通过螺栓与上置板12连接固定，所述上置板12具体为开有多个通孔的密封焊板，所述上置板12每个通孔中均设置有反应管13，所述反应管13穿过中分板14后与下置板15上设置的通孔相连，所述每条反应管13的表面还设置有翘片16；

所述每台热反应床9中从上置板12到中分板14一段的反应管13被封装在初始空气热交换腔4中；

所述每台热反应床9中从中分板14到下置板15一段的反应管13被封装在新风交换腔3中；

所述下置板15的底部接入反应床余热腔2中；

所述新风交换腔3的一端设置有进风口，所述进风口的外侧设置有新风箱17，所述新风箱17外侧设置有新风过滤膜18，所述新风交换腔3的另一端设置有出风口，所述出风口与新风主管道19相连，所述新风主管道19上并接有多路热反应床支路管道20，所述每路热反应床支路管道20上还设置有新风比例控制阀21和甲醇雾化喷嘴阀组22，所述甲醇雾化喷嘴阀组22通过甲醇输出管道与甲醇供料系统阀组23相连，所述甲醇供料系统阀组23通过甲醇输入管道与甲醇存储罐24相连；

所述初始空气热交换腔4的一端设置有冷空气进口25，所述初始空气热交换腔4的另一端设置有初始空气热交换出口26，所述初始空气热交换出口26通过热交换空气输送管道27与热空气进口8相连；

所述反应床余热腔2的一侧还设置有窗口，所述反应床余热腔2通过窗口与蒸发换热腔5连通；

所述新风交换腔3的进风口处还设置有新风风机，所述新风主管道19内侧还设置有温度传感器。

所述加热装置底部的一侧还设置有尾气余热排放口28，所述加热装置顶部还设置有上盖板29。

所述新风比例控制阀21、甲醇雾化喷嘴阀组22、甲醇供料系统阀组23的信号输入端均通过导线与空气加热控制器相连；

所述新风风机的控制端通过导线与空气加热控制器相连；

所述温度传感器的信号输出端通过导线与空气加热控制器相连。

所述反应装置和加热装置的外围还设置有封装箱体。

本实用新型提供一种运行维护成本低、使用安全、节能环保、燃料供应稳定，并能保持有害气体零排放的制热装置，本实用新型基于甲醇催化氧化燃烧控制方法，将其应用于重新设计的空气加热装置中。

本实用新型在空气加热装置中设置有专用的纳米催化氧化反应床，用于进行甲醇的催化氧化燃烧反应，采用一种上进下排底部余热加热反应装置作为单元模块，根据矿井通风量、气候温度变化情况对热负荷需求的影响，实现对温度补偿的过程控制，通过在反应床的输入管道上设置新风控制阀及甲醇雾化控制阀进行自动化调整，从而控制单个反应床的热功率输出，满足相应的热负荷需求，达到防冻目的。

本实用新型提供的纳米催化氧化反应床由上置板、中分板、下置板、催化剂列管、中心定位辐射腔陶瓷催化剂担体、不锈钢中心定位杆、锁口圈、密封法、陶瓷密封垫、分流器、内置布风板、封头、混合气体导管等组成。

本实用新型空气加热装置启动运行后，通过新风箱过滤后的新风由新风风机吸入新风交换腔，新风与热反应床进行初次热交换后输入新风主管道中，经过各支路的控制阀控制从热反应床顶部接入，输入的雾化甲醇及新风在催化剂列管中反应产生大量热量，并通过翘片散发至初始空气热交换腔内，与初始空气热交换腔内的冷空气进行热交换后，经初始空气热交换出口输送至蒸发换热腔内，再与交换器热管进行热交换后由热空气出口排出至矿山井口用于防冻；为提高热利用效率，经热反应床下置板排出的甲醇混合气体通过反应床余热腔进入蒸发换热腔内，可同时对交换器热管进行热交换。

在新风进入预热反应床时，温度传感器采集新风主管道内温度数据，由空气加热装置控制器对温度数据进行分析判断后，输出相应启动预热反应床的指令，控制预热反应床新风比例阀和甲醇注入雾化电磁阀动作，使预热反应床启动运行。

反应床启动完成后，可以对外输出10万大卡（116kw）的热量，对反应床单元启动腔预热，根据各反应床模块实时采集的温度数据，控制器依据采集到的外部温度数据，补偿控制器的信息计算输出热负荷参数，并反馈相应的投入做功模块数量、新风风机控制指令；控制器在供热期根据设定参数，根据外界动态气候温度补偿机制，控制调整本装置各个反应床模块投入或退出，达到根据环境温度变化动态调整制热单元热负荷做功输出，最大程度减少能源的消耗，降低运行成本。在控制过程中，对新风控制采用变频控制技术，对各个反应床模块采用电动（或气动）执行器实现开启闭合控制。

本实用新型提供的加热装置为加热冷空气，分为两个两级交换即热，使得交换后出口热风温度达到设计出口温度；

初始换热：由反应床单元进行初始换热，为提高反应列管的换热效率，反应列管表面需焊接全程交换翘片，设计交换面积符合初始空气热交换要求；

二级换热过程：反应床底部出口温度控制在400摄氏度以下，在新风正压压力作用下，通过热风装置下部通道，进入二级换热器即热管换热器中，通过热管换热器下部换热蒸发器，将高温热量迅速传导至交换腔，进行冷空气的二次交换加热。

采用的交换器热管体积小、交换效率高、交换介质间隔离、系统设计优化、长期运行成本低，对冷空气进风量的控制是控制器在对反应床单元控制同步完成的，采用变频控制技术对冷空气主风机进行控制。

装置另外设置有相应的自动手动启停控制装置，停止运行开启后，装置会自动将进入停止运行保养模式，可以保持催化剂的催化性能处于最佳状态，当保养完成后装置将自动封闭反应床阀体，切断全部燃料供应系统合其他电力，使装置进入休眠状态。

关于本实用新型具体结构需要说明的是，本实用新型采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本实用新型提出的技术问题，本实用新型中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。