循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置，包括產(chǎn)氣單元、檢測(cè)單元、冷卻單元以及控制器，所述產(chǎn)氣單元包括惰性氣體發(fā)生爐以及與惰性氣體發(fā)生爐內(nèi)部連通的燃粉自動(dòng)進(jìn)料單元，所述檢測(cè)單元包括瓦斯?jié)舛燃癘2氣體分析儀，所述冷卻單元包括至少一組冷卻過濾器。本發(fā)明將煤礦采空區(qū)保護(hù)空間內(nèi)的瓦斯氣體及一氧化碳?xì)怏w抽出，并通過惰性氣體發(fā)生爐進(jìn)行燃燒，然后將生成的惰性氣體再充入煤礦采空區(qū)的被保護(hù)的相對(duì)密閉空間，其在一定程度上減少了裝置中對(duì)燃粉源的需求量，起到了利廢作用，而且通過主動(dòng)防護(hù)的方式，確保了煤礦采空區(qū)中被保護(hù)的相對(duì)密閉空間的本質(zhì)安全。
【專利說明】循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于消防安全【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種主動(dòng)安全消防防護(hù)技術(shù)，具體是應(yīng)用于對(duì)煤礦采空區(qū)被保護(hù)的密閉空間進(jìn)行主動(dòng)安全防護(hù)的惰性氣體發(fā)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化碳、IG541、七氟丙烷之類的惰性氣體已經(jīng)作為滅火介質(zhì)用于滅火中，而一旦用完，必須及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充，使得維保成本及時(shí)間成本加大。
[0003]煤礦開采過程中采空區(qū)瓦斯是我國(guó)煤礦最嚴(yán)重的災(zāi)害。受不穩(wěn)定地質(zhì)的影響，采空區(qū)煤層深處一旦條件突變，瓦斯就會(huì)裹挾著千百噸煤塊瞬間涌出，造成嚴(yán)重災(zāi)難。煤礦自燃嚴(yán)重威脅著煤礦的安全生產(chǎn)、制約著煤礦的生產(chǎn)，而采空區(qū)煤礦自燃在煤礦自燃發(fā)生總體中占有重要的部分。其存在易揮發(fā)的瓦斯、一氧化碳等可燃?xì)怏w，可采用二氧化碳?xì)怏w通過置換方式，作用于密閉的煤礦采空區(qū)密閉空間，置換掉采空區(qū)密閉空間內(nèi)的瓦斯、一氧化碳等混合氣體，形成惰化氣體保護(hù)區(qū)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦采空區(qū)的相對(duì)密閉空間內(nèi)的瓦斯、一氧化碳可燃?xì)怏w介質(zhì)進(jìn)行主動(dòng)安全消防防護(hù)。但是二氧化碳因貯運(yùn)關(guān)系，需要建造很大的液體儲(chǔ)罐，一旦罐內(nèi)的液態(tài)二氧化碳用完時(shí)需要及時(shí)補(bǔ)充，加大了二氧化碳補(bǔ)給的運(yùn)輸成本及時(shí)間成本，而且通過二氧化碳置換出來的瓦斯、一氧化碳等易燃?xì)怏w還需要經(jīng)過進(jìn)一步處理，若直接排掉會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在 于:針對(duì)上述存在的問題，提供了一種能夠?qū)⒚旱V采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間內(nèi)的瓦斯及一氧化碳?xì)怏w抽出，并送入惰性氣體發(fā)生爐進(jìn)行燃燒，然后將生成的惰性氣體再充入煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間，從而保證煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間安全的循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置，其特征在于:包括產(chǎn)氣單元、檢測(cè)單元、冷卻單元以及控制器，所述產(chǎn)氣單元包括惰性氣體發(fā)生爐以及與惰性氣體發(fā)生爐內(nèi)部連通的燃粉自動(dòng)進(jìn)料單元，所述檢測(cè)單元包括瓦斯?jié)舛燃癘2氣體分析儀，所述冷卻單元包括至少一組冷卻過濾器，所述瓦斯?jié)舛燃癘2氣體分析儀的進(jìn)氣端通過風(fēng)機(jī)I與煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間連通，其出氣端通過管道與二位三通電控閥I的進(jìn)口端連接，所述二位三通電控閥I的一個(gè)出口端通過管道與惰性氣體發(fā)生爐進(jìn)口連通，其另一個(gè)出口端通過風(fēng)機(jī)III與煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間連通，所述惰性氣體發(fā)生爐的出口通過管道與冷卻單元連通，所述冷卻單元通過風(fēng)機(jī)II與煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間連通，所述燃粉自動(dòng)進(jìn)料單元、瓦斯?jié)舛燃癘2氣體分析儀以及二位三通電控閥I分別與控制器連接。
[0006]本發(fā)明所述的循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置，其所述檢測(cè)單元還包括
02、CO氣體分析儀，所述02、CO氣體分析儀通過管道與冷卻單元連通，所述風(fēng)機(jī)II通過管道與二位三通電控閥II的進(jìn)口端連接，所述二位三通電控閥II的一個(gè)出口端通過管道與煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間連通，其另一個(gè)出口端通過管道與惰性氣體發(fā)生爐連通，所述02、CO氣體分析儀以及二位三通電控閥II分別與控制器連接。
[0007]本發(fā)明所述的循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置，其在所述風(fēng)機(jī)I與瓦斯?jié)舛燃癘2氣體分析儀連通的管道上設(shè)置有與控制器連接的氣體流量傳感器。
[0008]本發(fā)明所述的循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置，其所述惰性氣體發(fā)生爐包括由下往上依次連接的支撐座、主加熱區(qū)、副加熱區(qū)以及惰性氣體煙道，在所述支撐座上設(shè)置有與二位三通電控閥I連接的主進(jìn)氣道連接盤、與二位三通電控閥II連接的非惰性氣體二次燃燒進(jìn)氣道連接盤以及爐門；所述主加熱區(qū)包括主加熱爐內(nèi)爐膽隔熱毯、主加熱爐外爐套以及設(shè)置在主加熱爐內(nèi)爐膽隔熱毯和主加熱爐外爐套之間的主加熱爐內(nèi)爐膽，在所述主加熱區(qū)內(nèi)設(shè)置有至少一組電阻加熱層，在所述主加熱區(qū)上設(shè)置有若干與燃粉自動(dòng)進(jìn)料單元連接的燃料進(jìn)料孔；所述副加熱區(qū)由至少一段副加熱段組成，每段副加熱段包括副加熱爐內(nèi)爐膽隔熱毯、副加熱爐外爐套以及設(shè)置在副加熱爐內(nèi)爐膽隔熱毯和副加熱爐外爐套之間的副加熱爐內(nèi)爐膽，在所述每段副加熱段內(nèi)設(shè)置有由耐高溫托盤及支撐組件構(gòu)成的副加熱層，在所述副加熱層上設(shè)置有至少一組鐵絲卷，在所述每段副加熱段上設(shè)置有用于添加鐵絲卷的加鐵絲卷門；所述惰性氣體煙道包括煙?外套以及煙?外套隔熱毯，在所述惰性氣體煙道上設(shè)置有與冷卻單元連接的煙?煙道出口。
[0009]本發(fā)明所述的循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置，其在所述支撐座內(nèi)、主加熱區(qū)下方設(shè)置有熱反射料粉收集器。
[0010]本發(fā)明所述的循環(huán) 閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置，其在所述主加熱爐外爐套、副加熱爐外爐套以及煙囪外套外表涂布有無機(jī)耐高溫涂料層。
[0011]本發(fā)明所述的循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置，其在所述每段副加熱段上設(shè)置有爐溫檢測(cè)件，所述爐溫檢測(cè)件與控制器連接。
[0012]本發(fā)明所述的循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置，其所述冷卻單元包括第一級(jí)冷卻過濾器和第二級(jí)冷卻過濾器，所述惰性氣體發(fā)生爐的出口通過管道與第一級(jí)冷卻過濾器連通，所述第一級(jí)冷卻過濾器通過管道與第二級(jí)冷卻過濾器連通，所述第二級(jí)冷卻過濾器通過風(fēng)機(jī)II與煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間連通。
[0013]本發(fā)明所述的循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置，其所述第二級(jí)冷卻過濾器設(shè)置有溫度傳感器，所述溫度傳感器與控制器連接，在所述惰性氣體發(fā)生爐的出口與第一級(jí)冷卻過濾器連通的管道上設(shè)置有止回閥。
[0014]本發(fā)明所述的循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置，其在連通所述煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間進(jìn)、出端的管道上分別設(shè)置有進(jìn)、出口端安全閥以及進(jìn)、出口端球閥，所述煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間的進(jìn)、出端分別通過進(jìn)、出口端球閥與對(duì)應(yīng)的進(jìn)、出口端的安全閥連通，所述二位三通電控閥II通過單向閥與進(jìn)口端安全閥連通，所述第一級(jí)冷卻過濾器通過管道與冷卻器安全閥連通。
[0015]本發(fā)明利用燃粉以及煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間中的瓦斯及一氧化碳?xì)怏w，通過控制器對(duì)爐溫自動(dòng)調(diào)節(jié)及控制，確保燃燒介質(zhì)與抽入爐膛中空氣中的氧發(fā)生氧化反應(yīng)、生成二氧化碳?xì)怏w及其他惰性氣體，使系統(tǒng)管道內(nèi)的瓦斯、一氧化碳?xì)怏w不斷被消耗掉、直至惰性氣體不斷地被充斥到采空區(qū)密閉空間，達(dá)到破壞煤礦采空區(qū)密閉空間內(nèi)瓦斯、一氧化碳發(fā)生爆炸、燃燒的條件，從而起到對(duì)采空區(qū)密閉空間的惰化保護(hù)。由于嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度，保證在反應(yīng)過程中，不產(chǎn)生CO，并且不發(fā)生CO2的還原反應(yīng)。燃燒反應(yīng)后的混合氣體或空氣，其含氧率低于助燃的濃度條件，經(jīng)過本發(fā)明產(chǎn)生的氣體為:氮?dú)?、CO2, O2及其他惰性氣體，從而保證被保護(hù)的相對(duì)密閉空間的安全。
[0016]本發(fā)明通過對(duì)采空區(qū)瓦斯、一氧化碳的收集、燃燒利用，一定程度上減少了裝置中對(duì)燃粉源的需求量，起到了利廢作用，通過主動(dòng)防護(hù)方式，確保了煤礦采空區(qū)中被保護(hù)的相對(duì)密閉空間的本質(zhì)安全，此外，本發(fā)明與煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間在結(jié)構(gòu)上形成了內(nèi)封閉循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境的“零”污染，利于節(jié)能減排，是一種節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖。
[0018]圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖 圖3是圖2的俯視圖。
[0019]圖4是圖2的主視圖。
[0020]圖5是本發(fā)明中惰性氣體發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖6是惰性氣體發(fā)生爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖中標(biāo)記:1為煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間，2為出口端球閥，3為出口端安全閥，4為風(fēng)機(jī)I，5為氣體流量傳感器，6為瓦斯?jié)舛燃癘2氣體分析儀，7為02、C0氣體分析儀，8為二位三通電控閥I，9為燃粉自動(dòng)進(jìn)料單元，10為控制器，11為惰性氣體發(fā)生爐，12為爐溫檢測(cè)件，13為第一級(jí)冷卻過濾器，14為第二級(jí)冷卻過濾器，15為溫度傳感器，16為風(fēng)機(jī)Π，17為二位三通電控閥ΙΙ，18為風(fēng)機(jī)III，19為冷卻器安全閥，20為單向閥，21為進(jìn)口端安全閥，22 為進(jìn)口端球閥，23為止回閥，24為第一級(jí)冷卻過濾器的液位傳感器，25為第二級(jí)冷卻過濾器的液位傳感器，26、27為與煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間對(duì)應(yīng)的管道連接的進(jìn)、出口連接盤，28為支撐座，29為主加熱區(qū)，30為副加熱區(qū)，31為惰性氣體煙道，32為主進(jìn)氣道連接盤，33為非惰性氣體二次燃燒進(jìn)氣道連接盤，34為爐門，35為主加熱爐內(nèi)爐膽隔熱毯，36為主加熱爐外爐套，37為主加熱爐內(nèi)爐膽，38為電阻加熱層，39為燃料進(jìn)料孔，40為副加熱爐內(nèi)爐膽隔熱毯，41為副加熱爐外爐套，42為副加熱爐內(nèi)爐膽，43為副加熱層，44為加鐵絲卷門，45為煙囪外套，46為煙囪外套隔熱毯，47為煙囪煙道出口，48為熱反射料粉收集器。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說明。
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0025]如圖1-4所示，循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置，包括產(chǎn)氣單元、檢測(cè)單元、冷卻單元以及控制器10，本裝置通過進(jìn)、出口連接盤26、27與預(yù)先布置在煤礦采空區(qū)的管道相連接。
[0026]所述產(chǎn)氣單元包括惰性氣體發(fā)生爐11以及與惰性氣體發(fā)生爐11內(nèi)部連通的燃粉自動(dòng)進(jìn)料單元9，所述燃粉自動(dòng)進(jìn)料單元包括沿惰性氣體發(fā)生爐圓周方向均布的一組進(jìn)料機(jī)構(gòu)、上料電機(jī)及吹料電機(jī)等，進(jìn)料量由進(jìn)料電機(jī)根據(jù)電氣控制系統(tǒng)對(duì)溫度傳感器、瓦斯?jié)舛?、氧氣及一氧化碳?xì)怏w分析儀的檢測(cè)反饋的信號(hào)，進(jìn)行自動(dòng)變速，實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)供量，吹料電機(jī)通過電磁閥打開或關(guān)閉吹料管中的吹風(fēng)電機(jī)，燃粉主要為碳粉和鐵粉的混合物。
[0027]所述檢測(cè)單元包括瓦斯?jié)舛燃癘2氣體分析儀6以及02、CO氣體分析儀7，其中瓦斯?jié)舛燃癘2氣體分析儀用于對(duì)煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間至惰性氣體發(fā)生爐這一段的管道內(nèi)氣體的瓦斯?jié)舛燃把鯘舛鹊臋z測(cè)及分析，02、CO氣體分析儀用于對(duì)經(jīng)惰性氣體發(fā)生爐生成的惰性氣體的一氧化碳濃度及氧濃度的檢測(cè)及分析。
[0028]所述冷卻單元包括第一級(jí)冷卻過濾器13和第二級(jí)冷卻過濾器14，用于對(duì)經(jīng)惰性氣體發(fā)生爐生成的惰性氣體的降溫處理及過濾處理以及分別通過對(duì)應(yīng)冷卻過濾器中的液位傳感器24、25檢測(cè)及反饋對(duì)應(yīng)冷卻過濾器內(nèi)液位情況。通過惰性氣體發(fā)生爐生成的惰性氣體熱氣體經(jīng)過冷卻單元中的水冷卻過濾方式，由于水的比熱容較大，常溫(20攝氏度)下為4.183kJ/(Kg.°C )，所以只需要較小的體積就可以有良好的降溫效果，且使得占地面積小。本裝置中采用的冷卻單元是埋入式的，大大減少了地面空間的占用。
[0029]其中，所述惰性氣體發(fā)生爐11的出口通過管道與第一級(jí)冷卻過濾器13連通，所述第一級(jí)冷卻過濾器13通過內(nèi)部穿墻管道與第二級(jí)冷卻過濾器14連通，所述第二級(jí)冷卻過濾器14通過風(fēng)機(jī)II 16與煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間I連通，所述瓦斯?jié)舛燃癘2氣體分析儀6的進(jìn)氣端通過風(fēng)機(jī)I 4與煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間I連通，其出氣端通過管道與二位三通電控閥I 8的進(jìn)口端連接，所述二位三通電控閥I 8的一個(gè)出口端通過管道與惰性氣體發(fā)生爐11進(jìn)口連通，其另一個(gè)出口端通過第三風(fēng)機(jī)18與煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間I連通，所述燃粉自動(dòng)進(jìn)料單元9、瓦斯?jié)舛燃癘2氣體分析儀6以及二位三通電控閥I 8分別與控制器10連接。所述充入煤礦采空區(qū)的惰性氣體處于循環(huán)工作狀態(tài)時(shí)，煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間、風(fēng)機(jī)1、瓦斯?jié)舛燃癘2氣體分析儀、二位三通電控閥I以及風(fēng)機(jī)III之間形成循環(huán)閉合回路。
[0030]所述02、C0氣體分析儀7通過管道與第二級(jí)冷卻過濾器14連通，所述風(fēng)機(jī)II 16通過管道與二位三通電控閥II 17的進(jìn)口端連接，所述二位三通電控閥II 17的一個(gè)出口端通過管道與煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間I連通，其另一個(gè)出口端通過管道與惰性氣體發(fā)生爐11連通，所述02、C0氣體分析儀7以及二位三通電控閥II 17分別與控制器10連接，所述控制器根據(jù)02、CO氣體分析儀檢測(cè)的結(jié)果，控制二位三通電控閥II通過管道與煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間或惰性氣體發(fā)生爐連通。在惰性氣體發(fā)生爐前級(jí)及后級(jí)分別采用氣體濃度檢測(cè)分析，通過對(duì)經(jīng)惰性氣體發(fā)生爐前后兩種狀況氣體中氧含量的在線檢測(cè)，對(duì)后級(jí)的一氧化碳?xì)怏w濃度的在線檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了裝置自動(dòng)循環(huán)時(shí)進(jìn)行小循環(huán)還是采用大循環(huán)工作模式的切換。
[0031]其中，在所述 風(fēng)機(jī)I 4與瓦斯?jié)舛燃癘2氣體分析儀6連通的管道上設(shè)置有與控制器10連接的氣體流量傳感器5，用于對(duì)進(jìn)風(fēng)量的氣體流量檢測(cè)，以便通過進(jìn)口端球閥實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦采空區(qū)混合氣體經(jīng)管道進(jìn)入本發(fā)明的固定流量的控制，以確保瓦斯及一氧化碳?xì)怏w的流速被控制在安全范圍內(nèi)。本裝置中進(jìn)風(fēng)處的風(fēng)機(jī)I將煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間里瓦斯及一氧化碳可燃?xì)怏w通過管道打入惰性氣體發(fā)生爐前的管道里時(shí)，因煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間的瓦斯為易燃、揮發(fā)性氣體，其在管道中流動(dòng)時(shí)受靜電的影響，因此需要對(duì)其流速進(jìn)行控制，采用氣體流量傳感器對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)流速的控制，確保了整個(gè)裝置及被保護(hù)的相對(duì)密閉空間的安全。
[0032]所述第二級(jí)冷卻過濾器14設(shè)置有溫度傳感器15，所述溫度傳感器15與控制器10連接，在所述惰性氣體發(fā)生爐11的出口與第一級(jí)冷卻過濾器13連通的管道上設(shè)置有止回閥23。所述溫度傳感器用于對(duì)經(jīng)第二級(jí)冷卻過濾器冷卻后的氣體溫度檢測(cè)與反饋。在連通所述煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間I進(jìn)、出端的管道上分別設(shè)置有進(jìn)、出口端安全閥21、3以及進(jìn)、出口端球閥22、2，所述煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間I的進(jìn)、出端分別通過進(jìn)、出口端球閥22、2與對(duì)應(yīng)的進(jìn)、出口端的安全閥21、3連通，所述二位三通電控閥II 17通過單向閥20與進(jìn)口端安全閥21連通，所述第一級(jí)冷卻過濾器13通過管道與冷卻器安全閥19連通。三個(gè)安全閥分別用于保護(hù)裝置進(jìn)、出口端處及第一級(jí)冷卻過濾器的密閉空間內(nèi)的氣體壓力的泄壓保護(hù)。
[0033]如圖5和6所示，所述惰性氣體發(fā)生爐11包括由下往上依次連接的支撐座28、主加熱區(qū)29、副加熱區(qū)30以及惰性氣體煙道31，其相互之間通過螺釘進(jìn)行緊固連接，并用耐火泥對(duì)縫隙進(jìn)行充填，以防漏氣。
[0034]在所述支撐座28上設(shè)置有與二位三通電控閥I 8連接的主進(jìn)氣道連接盤32、與二位三通電控閥II 17連接的非惰性氣體二次燃燒進(jìn)氣道連接盤33以及爐門34 ;所述主加熱區(qū)29包括主加熱爐內(nèi)爐膽隔熱毯35、主加熱爐外爐套36以及設(shè)置在主加熱爐內(nèi)爐膽隔熱毯35和主加熱爐外爐套36之間的主加熱爐內(nèi)爐膽37，在所述主加熱區(qū)29內(nèi)設(shè)置有至少一組電阻加熱層38，所述電阻加熱層由電阻絲盤和電阻絲盤支架構(gòu)成，在所述主加熱區(qū)29上設(shè)置有若干與燃粉自動(dòng)進(jìn)料單元9連接的燃料進(jìn)料孔39 ;所述副加熱區(qū)30由三段副加熱段組成，每段副加熱段包括副加熱爐內(nèi)爐膽隔熱毯40、副加熱爐外爐套41以及設(shè)置在副加熱爐內(nèi)爐膽隔熱毯40和副加熱爐外爐套41之間的副加熱爐內(nèi)爐膽42，在所述每段副加熱段內(nèi)設(shè)置有由耐高溫托盤及支撐組件構(gòu)成的副加熱層43，在所述副加熱層43上設(shè)置有至少一組鐵絲卷，在所述每段副加熱段上設(shè)置有用于添加鐵絲卷的加鐵絲卷門44 ;所述惰性氣體煙道31包括煙?外套45以及煙?外套隔熱毯46，在所述惰性氣體煙道31上設(shè)置有與冷卻單元連接的煙囪煙道出口 47。所述主加熱爐內(nèi)爐膽隔熱毯、副加熱爐內(nèi)爐膽隔熱毯以及煙囪外套隔熱毯用于將內(nèi)部 的熱氣溫度與相鄰的內(nèi)爐膽或煙囪內(nèi)道進(jìn)行隔熱。
[0035]其中，在所述支撐座28內(nèi)、主加熱區(qū)29下方設(shè)置有熱反射料粉收集器48，所述熱反射料粉收集能夠?qū)ξ⒘繗堄嗳挤鄣氖占约皩⒅骷訜釁^(qū)幅射的熱量，通過反射板將熱量聚焦的同時(shí)再反射到主加熱區(qū)，減少了輻射熱量，并在一定程度上起到了對(duì)爐膛溫度的保溫作用，減少了熱量損耗。在所述主加熱爐外爐套36、副加熱爐外爐套41以及煙囪外套45外表涂布有常用于冶金窯爐、陶瓷、玻璃、金屬等的無機(jī)耐高溫涂料層，使外表面溫度能快速降低，同時(shí)減少了對(duì)發(fā)生爐裝置周邊的熱輻射。在所述每段副加熱段上設(shè)置有爐溫檢測(cè)件12，所述爐溫檢測(cè)件12與控制器10，所述爐溫檢測(cè)用于惰性氣體發(fā)生爐的爐溫的檢測(cè)及反饋。
[0036]根據(jù)系統(tǒng)控制器反饋的信號(hào)，所述惰性氣體發(fā)生爐內(nèi)的電阻加熱層進(jìn)行空載預(yù)加熱，經(jīng)爐溫檢測(cè)件檢測(cè)達(dá)到燃粉能完全氧化反應(yīng)的設(shè)定溫度后，向系統(tǒng)控制器反饋信號(hào)，燃粉自動(dòng)進(jìn)料單元工作，主加熱區(qū)全面進(jìn)行工作，煤礦采空區(qū)內(nèi)的瓦斯、一氧化碳等經(jīng)管道、閥、主進(jìn)氣道連接盤抽到惰性氣體發(fā)生爐的爐膛內(nèi)，分別經(jīng)主加熱區(qū)、副加熱區(qū)高溫爐膛通道，進(jìn)行完全燃燒，產(chǎn)生二氧化碳惰性氣體，經(jīng)系統(tǒng)中的氣體分析儀進(jìn)行檢測(cè)、分析，確認(rèn)后，將惰性氣體通過系統(tǒng)另一端的回氣管道打回到煤礦采空區(qū)，形成了對(duì)煤礦采空區(qū)密封空間內(nèi)剩余瓦斯、一氧化碳等氣體的置換。經(jīng)抽氣、燃燒生成惰性氣體、打回、置換，直至所檢測(cè)出的瓦斯、一氧化碳濃度，使其在整個(gè)系統(tǒng)中的濃度達(dá)不到燃燒、爆炸的條件，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦采空區(qū)密封空間的惰化保護(hù)。
[0037]本裝置與被保護(hù)的相對(duì)密閉空間形成了一個(gè)密閉的內(nèi)環(huán)形通道，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦采空區(qū)的保護(hù)空間中的瓦斯易燃?xì)怏w及一氧化碳可燃?xì)怏w及氧含量的降低控制，使得煤礦采空區(qū)的被保護(hù)空間里的瓦斯易燃?xì)怏w及一氧化碳可燃?xì)怏w因被抽入惰性氣體發(fā)生爐內(nèi)進(jìn)行燃燒而減少，煤礦采空區(qū)的整個(gè)被保護(hù)對(duì)象的密閉空間被裝置生成的惰性氣體不斷充斥，甚至占滿，使得煤礦采空區(qū)的整個(gè)保護(hù)空間不再具備燃燒的條件，從而避免了煤礦采空區(qū)的被保護(hù)空間內(nèi)易燃物體燃燒或因雷擊、靜電等造成的火災(zāi)。其中，采用燃粉自動(dòng)進(jìn)料單元，通過進(jìn)料電機(jī)自動(dòng)調(diào)速，自動(dòng)控制燃粉的進(jìn)料量與惰性氣體發(fā)生爐前置端所測(cè)出的瓦斯及氧氣含量的不斷變化，從而實(shí)現(xiàn)燃粉的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，以滿足燃粉、殘存的瓦斯、一氧化碳?xì)怏w與空氣中的氧氣、混合氣體中的氧氣在一定溫度下進(jìn)行的完全燃燒化學(xué)反應(yīng)。本發(fā)明裝置將經(jīng)惰性氣體發(fā)生爐生成的二氧化碳?xì)怏w作為惰性氣體經(jīng)裝置冷卻過濾處理后打入到煤礦采空區(qū)的被保護(hù)空間起到惰化保護(hù)作用，此外，通過本發(fā)明裝置還能將生成的惰性氣體直接用于滅火或貯存起來。而且，采用對(duì)惰性氣體發(fā)生爐的爐溫檢測(cè)及反饋，實(shí)現(xiàn)了燃粉與氧氣的完全燃燒在其規(guī)定的溫度區(qū)間，避免了因溫度過低產(chǎn)生的不完全燃燒、或溫度過高產(chǎn)生的還原反應(yīng)，而這兩種情形均會(huì)產(chǎn)生一氧化碳可燃?xì)怏w。
[0038]本發(fā)明的工作原理:
風(fēng)機(jī)I將煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間的瓦斯、一氧化碳等混合氣體抽出，經(jīng)氣體流量傳感器和瓦斯?jié)舛燃癘2氣體分析儀進(jìn)入惰性氣體發(fā)生爐。氣體流量傳感器和瓦斯?jié)舛燃癘2氣體分析儀將 所測(cè)數(shù)據(jù)輸入控制器；經(jīng)過惰性氣體發(fā)生爐的氣體和燃粉自動(dòng)進(jìn)料單元輸入的干料混合反應(yīng)后，經(jīng)高溫止回閥進(jìn)入第一級(jí)冷卻過濾器后，再進(jìn)入第二級(jí)冷卻過濾器，經(jīng)過第一級(jí)冷卻過濾器的惰性氣體經(jīng)空壓機(jī)，打入儲(chǔ)氣罐，供燃粉自動(dòng)進(jìn)料單元進(jìn)料時(shí)使用，同時(shí)o2、co氣體分析儀檢測(cè)反應(yīng)后的氧氣含量和一氧化碳含量并輸入控制器，控制器根據(jù)02、CO氣體分析儀檢測(cè)的結(jié)果，控制相應(yīng)二位三通電控閥進(jìn)行相應(yīng)的切換。
[0039]當(dāng)02、C0氣體分析儀檢測(cè)出的數(shù)據(jù)高于設(shè)定值時(shí)，二位三通電控閥II將自動(dòng)換向，二位三通電控閥II將反應(yīng)后的惰性氣體重新打回惰性氣體發(fā)生爐，進(jìn)行二次反應(yīng)；當(dāng)o2、co氣體分析儀檢測(cè)出的數(shù)據(jù)低于設(shè)定值時(shí)，二位三通電動(dòng)閥II換向，將冷卻過濾后的惰性氣體經(jīng)風(fēng)機(jī)II打回被保護(hù)的相對(duì)密閉空間。
[0040]此外，日常監(jiān)測(cè)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間的含氧率工況時(shí)，此時(shí)作為循環(huán)工作狀態(tài)，只需開動(dòng)瓦斯?jié)舛燃癘2氣體分析儀和02、C0氣體分析儀、風(fēng)機(jī)1、111、二位三通電控閥I處于常通位置、風(fēng)機(jī)II自動(dòng)關(guān)閉即可，在該工況中，惰性氣體發(fā)生爐前置通道被關(guān)閉，此前，兩個(gè)氣體分析儀檢測(cè)出的氧氣含量應(yīng)該相等且低于設(shè)定的上限值，整個(gè)裝置在循環(huán)工作狀態(tài)下只是一個(gè)氣體通道。
[0041]在第二級(jí)冷卻過濾器上面設(shè)有溫度傳感器，測(cè)量惰性氣體溫度，當(dāng)溫度超過規(guī)定值時(shí)，控制器會(huì)停機(jī)；在惰性氣體發(fā)生爐內(nèi)裝有爐溫檢測(cè)件，控制反應(yīng)爐溫，保證反應(yīng)爐的正常工作；在被保護(hù)的相對(duì)密閉空間管路的前后級(jí)冷卻器上面裝有安全閥，保證整個(gè)系統(tǒng)在出現(xiàn)工作異常時(shí)，可安全運(yùn)行?？刂破鹘缑嬗泄ぷ鳡顩r顯示界面和工作狀況自動(dòng)報(bào)警及信息傳輸系統(tǒng)，隨時(shí)將系統(tǒng)工作狀況報(bào)知工作人員。
[0042]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等`同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置，其特征在于:包括產(chǎn)氣單元、檢測(cè)單元、冷卻單元以及控制器(10)，所述產(chǎn)氣單元包括惰性氣體發(fā)生爐(11)以及與惰性氣體發(fā)生爐(11)內(nèi)部連通的燃粉自動(dòng)進(jìn)料單元(9)，所述檢測(cè)單元包括瓦斯?jié)舛燃癘2氣體分析儀(6)，所述冷卻單元包括至少一組冷卻過濾器，所述瓦斯?jié)舛燃癘2氣體分析儀(6)的進(jìn)氣端通過風(fēng)機(jī)I (4)與煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間(I)連通，其出氣端通過管道與二位三通電控閥I (8)的進(jìn)口端連接，所述二位三通電控閥I (8)的一個(gè)出口端通過管道與惰性氣體發(fā)生爐(11)進(jìn)口連通，其另一個(gè)出口端通過風(fēng)機(jī)111(18)與煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間(I)連通，所述惰性氣體發(fā)生爐(11)的出口通過管道與冷卻單元連通，所述冷卻單元通過風(fēng)機(jī)II (16)與煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間(I)連通，所述燃粉自動(dòng)進(jìn)料單元(9)、瓦斯?jié)舛燃癘2氣體分析儀(6)以及二位三通電控閥I (8)分別與控制器(10)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置，其特征在于:所述檢測(cè)單元還包括02、C0氣體分析儀(7),所述02、C0氣體分析儀(7)通過管道與冷卻單元連通，所述風(fēng)機(jī)II (16)通過管道與二位三通電控閥II (17)的進(jìn)口端連接，所述二位三通電控閥II (17)的一個(gè)出口端通過管道與煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間(I)連通，其另一個(gè)出口端通過管道與惰性氣體發(fā)生爐(11)連通，所述02、CO氣體分析儀(7)以及二位三通電控閥II (17)分別與控制器(10)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置，其特征在于:在所述風(fēng)機(jī)I (4)與瓦斯?jié)舛燃癘2氣體分析儀(6)連通的管道上設(shè)置有與控制器(10)連接的氣體流量傳感器(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置，其特征在于:所述惰性氣體發(fā)生爐(11)包括由下往上依次連接的支撐座(28)、主加熱區(qū)(29)、副加熱區(qū)(30)以及惰性氣體煙道(31)，在所述支`撐座(28)上設(shè)置有與二位三通電控閥I (8)連接的主進(jìn)氣道連接盤(32)、與二位三通電控閥II (17)連接的非惰性氣體二次燃燒進(jìn)氣道連接盤(33)以及爐門(34);所述主加熱區(qū)(29)包括主加熱爐內(nèi)爐膽隔熱毯(35)、主加熱爐外爐套(36)以及設(shè)置在主加熱爐內(nèi)爐膽隔熱毯(35)和主加熱爐外爐套(36)之間的主加熱爐內(nèi)爐膽(37)，在所述主加熱區(qū)(29)內(nèi)設(shè)置有至少一組電阻加熱層(38)，在所述主加熱區(qū)(29 )上設(shè)置有若干與燃粉自動(dòng)進(jìn)料單元(9 )連接的燃料進(jìn)料孔(39 );所述副加熱區(qū)(30 )由至少一段副加熱段組成，每段副加熱段包括副加熱爐內(nèi)爐膽隔熱毯(40)、副加熱爐外爐套(41)以及設(shè)置在副加熱爐內(nèi)爐膽隔熱毯(40)和副加熱爐外爐套(41)之間的副加熱爐內(nèi)爐膽(42)，在所述每段副加熱段內(nèi)設(shè)置有由耐高溫托盤及支撐組件構(gòu)成的副加熱層(43)，在所述副加熱層(43)上設(shè)置有至少一組鐵絲卷，在所述每段副加熱段上設(shè)置有用于添加鐵絲卷的加鐵絲卷門(44);所述惰性氣體煙道(31)包括煙?外套(45)以及煙?外套隔熱毯(46),在所述惰性氣體煙道(31)上設(shè)置有與冷卻單元連接的煙囪煙道出口(47)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置，其特征在于:在所述支撐座(28 )內(nèi)、主加熱區(qū)(29 )下方設(shè)置有熱反射料粉收集器(48 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置，其特征在于:在所述主加熱爐外爐套(36)、副加熱爐外爐套(41)以及煙囪外套(45)外表涂布有無機(jī)耐高溫涂料層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置，其特征在于:在所述每段副加熱段上設(shè)置有爐溫檢測(cè)件(12)，所述爐溫檢測(cè)件(12)與控制器(10)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置，其特征在于:所述冷卻單元包括第一級(jí)冷卻過濾器(13)和第二級(jí)冷卻過濾器(14)，所述惰性氣體發(fā)生爐(11)的出口通過管道與第一級(jí)冷卻過濾器(13)連通，所述第一級(jí)冷卻過濾器(13)通過管道與第二級(jí)冷卻過濾器(14)連通，所述第二級(jí)冷卻過濾器(14)通過風(fēng)機(jī)II(16)與煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間(I)連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置，其特征在于:所述第二級(jí)冷卻過濾器(14)設(shè)置有溫度傳感器(15)，所述溫度傳感器(15)與控制器(10)連接，在所述惰性氣體發(fā)生爐(11)的出口與第一級(jí)冷卻過濾器(13)連通的管道上設(shè)置有止回閥(23)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的循環(huán)閉合式煤礦采空區(qū)惰性氣體發(fā)生裝置，其特征在于:在連通所述煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間(I)進(jìn)、出端的管道上分別設(shè)置有進(jìn)、出口端安全閥(21、3)以及進(jìn)、出口端球閥(22、2)，所述煤礦采空區(qū)被保護(hù)的相對(duì)密閉空間(I)的進(jìn)、出端分別通過進(jìn)、出口端球閥(22、2 )與對(duì)應(yīng)的進(jìn)、出口端的安全閥(21、3 )連通，所述二位三通電控閥II (17)通過單向閥(20)與進(jìn)口端安全閥(21)連通，所述第一級(jí)冷卻過濾器(13)通過管道與冷卻器安全閥(1·9)連通。
【文檔編號(hào)】E21F7/00GK103848423SQ201410082359
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】汪映標(biāo), 張宗勤, 孟石如, 張寧甲, 楊曦 申請(qǐng)人:四川威特龍消防設(shè)備有限公司