一、防爆燃燒系統 —— 能量產生核心

1. 防爆燃燒器

• 設計標準：符合煤礦井下防爆要求（Ex d I Mb），采用全封閉式結構防止火花外泄。
• 關鍵組件：
  • 電子點火裝置：高壓脈沖點火（點火能量≥10mJ），配合火焰監測器（紫外線傳感器，響應時間＜1s）實時檢測燃燒狀態。
  • 燃氣 / 空氣比例調節：電動執行器控制風門開度，空燃比維持在 1:9-1:12（天然氣），確保燃燒充分（煙氣 CO 含量＜50ppm）。
  • 負荷調節：支持 1:5 比例調節（如 50-250kW），適應不同環境溫度下的熱負荷需求。

2. 燃燒室

• 結構組成：
  • 內襯層：高鋁耐火磚（耐火溫度≥1580℃），厚度 80-120mm，抵抗高溫煙氣侵蝕。
  • 保溫層：陶瓷纖維棉 + 巖棉復合結構（總厚度 100-150mm），外壁溫度≤50℃，熱損失率＜5%。
  • 容積設計：根據熱功率計算（1kW 對應燃燒室容積約 0.02m³），典型 100kW 設備燃燒室直徑 1m、長度 2m，煙氣停留時間≥2s 以保證燃燒完全。

二、高效換熱系統 —— 能量傳遞核心

1. 翅片管換熱器（主流配置）

• 結構特點：
  • 材質：管內 304 不銹鋼（耐煙氣腐蝕，工作溫度≤800℃），管外纏繞鋁翅片（強化換熱，翅片高度 15-20mm，間距 6-8mm）。
  • 換熱面積：按熱負荷計算（1kW 熱功率需 0.2-0.3㎡換熱面積），100kW 設備約需 20-30㎡，采用錯列布置提高換熱效率（傳熱系數≥80W/(㎡?℃)）。
  • 流道設計：煙氣走管內（流速 10-15m/s），空氣走管外翅片間，逆向流動溫差≥300℃，換熱效率 70%-75%。

2. 蓄熱式換熱器（高端配置）

• 工作原理：
  • 填充堇青石陶瓷球（直徑 20-30mm，堆積密度 1.2-1.4t/m³），通過 “煙氣加熱陶瓷球→冷空氣流過吸熱” 的交替循環，熱效率提升至 85% 以上。
• 切換裝置：氣動三通閥（切換周期 5-10min），配合溫度傳感器控制蓄熱 / 放熱過程，減少煙氣余熱浪費。

三、送風與風路系統 —— 熱風輸送核心

1. 防爆風機組

• 選型要求：
  • 類型：隔爆型軸流風機（Ex d I Mb），電機防護等級 IP55，適用于含瓦斯氣體環境。
  • 參數計算：
    • 風量 Q = 井口截面積 × 風速（建議風速 2-3m/s），如 6m 直徑井口（面積 28.3㎡）需風量 Q=28.3×3×3600≈30.5 萬 m³/h。
    • 風壓 H = 管道阻力 + 局部阻力（每 10m 管道阻力約 50Pa，彎頭 / 閥門局部阻力系數 0.5-1.0），總風壓通常 500-1000Pa。
  • 驅動方式：變頻電機（功率 7.5-37kW），根據熱風溫度自動調節轉速（溫度低時增大風量）。

2. 送風管道系統

• 管道設計：
  • 材質：鍍鋅鋼板（厚度≥3mm），防腐蝕；外敷 50mm 巖棉保溫層（導熱系數≤0.04W/(m?K)），確保熱損失≤10%。
  • 布局：主管道直徑根據風速（15-20m/s）計算（30 萬 m³/h 風量對應管道直徑≈800mm），井口處設環形送風管（直徑≥1.2m），均勻分布 φ50-80mm 出風口，間距 0.5-1m，保證送風均勻性。

四、智能控制系統 —— 設備運行核心

1. PLC 控制柜

• 控制邏輯：
  • 溫度閉環：Pt100 熱電阻（精度 ±0.5℃）檢測熱風出口溫度，通過 PID 算法調節燃氣流量與風機轉速，控溫精度 ±3℃。
  • 聯動控制：集成燃料閥、風門、風機的聯動啟停，開機時先啟動風機吹掃（時間≥15min），再點火燃燒，停機時先停燃料，風機延時運行至設備冷卻。

2. 安全連鎖裝置

• 多重保護功能：
  • 超溫保護：熱風溫度＞85℃時自動切斷燃氣，啟動風機強制冷卻。
  • 燃氣泄漏檢測：催化燃燒式傳感器（量程 0-4% CH?），當濃度＞0.5% 時報警并停機，聯動開啟通風機。
  • 風壓保護：壓差傳感器監測風機進出口風壓，風壓不足（＜設定值 80%）時切斷燃燒器。

五、安全防爆組件 —— 本質安全核心

1. 瓦斯監測與防爆裝置

• 檢測系統：
  • 井口及設備周邊布置瓦斯傳感器（數量≥2 個），實時監測 CH?濃度，報警值設為 0.25% CH?，斷電值 0.5% CH?。
• 防爆泄壓組件：
  • 防爆片：安裝于燃燒室與換熱器頂部（爆破壓力 0.1MPa），超壓時自動破裂泄壓，保護設備本體。
  • 阻火器：煙道入口處設置金屬網型阻火器（阻火元件孔隙≤1mm），阻止火焰回流至燃燒系統，阻火速度≥1000m/s。

2. 電氣防爆設計

• 所有電氣元件（如控制器、傳感器、接線盒）均需取得煤礦安全標志（MA 認證），電纜采用防爆撓性管連接，接口密封等級 IP65，防止瓦斯侵入。

核心結構對比表：不同熱源類型設備差異