煤矿热风炉设计方案

煤矿红外线热风输送系统可行性分析方案书扬州黑马机电设备有限公司联系人:王先生13651515160煤矿红外线热风输送系统可行性分析方案扬州黑马机电设备有限公司1目录1总论……………………………………………………………22通风耗热量计算………………………………………………43红外线加热的原理……………………………………………44设备选型………………………………………………………85性能比较………………………………………………………96系统安全运行方案……………………………………………127自动控制系统…………………………………………………138基础设施要求…………………………………………………159三废治理及环境保护…………………………………………1510能耗统计与管理………………………………………………1611热风炉的构造（图）…………………………………………1812控制系统（图）………………………………………………1913热风输送系统（图）…………………………………………2014基础设施分配（图）…………………………………………21煤矿红外线热风输送系统可行性分析方案扬州黑马机电设备有限公司21总论1.1工程背景通风是采矿中的重要环节，冬季通风中由于带来矿井地面环境的寒冷气流经过井下通道，致使井上井下都与环境温度相差无几。采矿设备与设施不能在低温环境下运行工作，如综采设备的润滑油、输送煤炭出井的橡胶输送带、供给井下工作用的自来水、操控作业人员的工作条件等等。为了保证井下设备设施的正常运转，保证安全生产，需对主井及副井进行热风输送，冷热风入井混合后井内上升至5℃左右，确保生产安全运行。传统做法为在主井井口、副井井口处各设空气加热室一座，主副井供热热媒一般为高温蒸汽锅炉提供的蒸汽或常压锅炉提供的蒸汽和热水或使用燃煤对铸铁管道直接加热使管道内空气加热，末端采用散热器或暖风机，经风机将空气加热室的热风输送到井下。远红外线热风输送系统，科学先进地运用了传热的三大主要方式，对流、热传导、辐射技术。远红外线热风输送系统中的热风炉加热管表面温度为800~1000度，使加热管周围15mm内分布的空气产生振荡，并在1~1.4s的时间内被迅间加热到80~210℃。红外线加热管设置为密切分布，在15mm内只有一根加热管工作就能传递热量、辐射周围的其他加热管，整个加热室内的每根加热管均有相应的热量对空气加热。红外线热风输送系统对电能的利用率极高，能效比COP可达到2.8以上，对节约能源、环境保护、安全生产将带来新的条件和效益。其他如用燃汽加热、燃油加热、桔杆加热等这里不作一一的煤矿红外线热风输送系统可行性分析方案扬州黑马机电设备有限公司3分析评估，仅对远红外线热风输送系统在矿井中的应用进行研究分析。远红外热风输送系统已经在内蒙鄂尔多斯煤炭集团阿尔巴斯一矿实质性地运行了四年，运行效果、运行质态较好，运行成本较低、维护费用极低（实际使用四年内无任何维护），从长远考虑，具有一定的经济、环境和社会效益。方案针对煤矿对传统锅炉供热以及远红外线热风输送系统进行性能比较，从投资、热力负荷、电力负荷、安全性、占地面积、运行费用等方面进行全面分析对比，从而对远红外线热风输送系统的节能环保、安全可靠得到明确的结论，为相关主管部门提供科学依据。1.2编制依据（1）《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003（2）《锅炉房设计规范》GB50041-2008（3）《煤炭工业矿井设计规范》GB50215-2005（4）《煤炭工业采暖通风及供热设计规范》GB/T50466-2008（5）《锅炉大气污染物排放标准》GB13271-2001（6）《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996（7）《工业企业厂界噪声标准》GB12348-2008（8）《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-20021.3气象资料（1）冬季极端最低温度平均值：-17.6℃（2）冬季采暖设计室外计算温度：-12℃煤矿红外线热风输送系统可行性分析方案扬州黑马机电设备有限公司4（3）年采暖天数：150天（4）冬季主导风向：WN（西北风）（5）冬季室外平均风速：2.9m/s1.4其他资料（1）远红外热风输送系统单台机组处理风量20000m³/h,机组装机功率310kw（2）送风温度90~110℃（3）主井风机排风量30m³/s，副井风机排风量32m³/s（4）主井及副井内温度保证值≥5℃2通风耗热量计算（1）空气温度-17.6℃下，空气密度ρ=1.378kg/m3。主井及副井总风量G=30+30=62m³/s转换成质量流量G=62×1.378=85.5kg/s。（2）进风温度t1=-17.6℃，排风温度t2=5℃，空气的比热容cp=1.01KJ/Kg·℃。（3）耗热量Q1=Gcp（t2-t1）=85.5×1.01×（5-（-17.6））=1952kw3红外线加热的原理3.1什么是远红外线远红外线是电磁波。电磁波是电场与磁场交互而产生的一种波。太阳从伽马线到电波放射着各种波长的电磁波。其中０．７５～１００煤矿红外线热风输送系统可行性分析方案扬州黑马机电设备有限公司5０微米（μｍ）的波长范围称作红外线。比这更长的，４～１０００μｍ波长范围叫做远红外线。把这波长换算成温度则是４５０℃～ー２７０℃。也就是比较而言低温的放射体所发电磁波就是远红外线。图1电磁波的种类与远红外线的波宽3.2远红外线的加热作用远红外线可以给予持有电极特性的分子（譬如水分子）运动能量。给了分子振动能量后就可以使运动活跃起来。分子原来就是运动着的。氢分子的速度是1.8Km/s、笔直可跑距离为1.78×10-5cm，与其它分子的冲突次数是１秒100亿。得到远红外线能量的分子会加速与其他分子冲撞，分子冲撞产生热。远红外线本身并非热。能让对方分子自己发热的是电磁波。3.3远红外线与热风的区别远红外线不是热风，是叫做电磁波的一种电波，容易被有机物吸收，被吸收后变成热。热的传导方法有热传导、对流、辐射3种，远红外线只是辐射传递。热风是给物质表面加热，远红外线则是给物质煤矿红外线热风输送系统可行性分析方案扬州黑马机电设备有限公司6内部加热，区别在此。3.4红外线的传热学基本理论（1）不同特性的物体发射的红外线特性（波长）不同，不同特性的红外线易为特性相同的物体所接收。（2）热能传递的形式：辐射、传导、对流。（3）热能在高温下主要（90%）以辐射的形式传递，其辐射强度与温度的四次方成正比。（4）辐射热能的吸收能力与受热物体的表面黑度成正比。（5）受热物体的热能传导强度与（该物体表面和内部）温度梯度成正比与热阻成反比。3.6远红外线的用途工业加热与干燥的方法很多，自能源危机以来，世界各国为提高能源使用效率与发展能源多元化，纷纷研发各种节约与替代能源技术，其中辐射加热干燥由于方法的特殊性，被证实为最有效率的加热与干燥技术之一，而被广泛地用于取代传统的热风式加热与干燥系统。辐射加热与干燥包括红外线、紫外线、微波/射频、电子束与雷射等，其中红外线加热干燥是利用电磁辐射热传原理，以直接方式传热而达到加热干燥物体的目的，从而避免加热热传媒体导致的能量损失，有益能源节约，同时红外线因有产生容易，可控性良妤等特质，而有加热迅速、干燥时间短、生产力提高，产品品质改进及设备空间节省等优点。红外线的波长区间大致为0.75nm至1000nm，因其波长位于红色煤矿红外线热风输送系统可行性分析方案扬州黑马机电设备有限公司7光波长(0.6nm至0.75nm左右)外而得名。在低于2000℃的常规工业热工范围内，红外线是最主要的热射线。人们有时将红外线又划分为「近红外」、「中红外」、「远红外」等若干小区间，所谓的远、中、近，是指其在电磁波谱中距红色光的相对距离远近而言。采用红外线加热是否有效，主要取决于被加热物体的吸收程度，吸收率越高，红外线辐射效果就越好。而吸收率取决于被加热物质的类别、表面状态、红外线辐射源的波长等。物质反射的辐射能量与入射能量的比值叫反射率，不同材料和不同表面状况的反射率各不相同。物质透过的辐射能量与入射能量的比值叫穿透率，穿透率随材料的性质及厚度不同而变化。不同材料的有效穿透范围也不一样。通常把非透明材料的穿透率看作零。一般金属晶体十分细密，透过表面的电磁辐射能在很短的距离内迅速衰减，因此热辐射对金属的穿透深度在微米数量级上。而非金属材料分子结构不很细密，在常温下不同非金属物质各自具有特殊振动频率，因此当入射的电磁波到达界面时，电磁波很少被反射，较易穿过界面进入表层，有些激起共振变为热量，有些不能激起共振的则受到折射、散射和反射作用。由于实际物体都不是单一结构的单纯物质，故有些未被表层吸收的辐射波，在深入过程中还会被其它物质的共振而不同程度地加以吸收。只有在穿过全部厚度时，未破吸收的那部分辐射能量才能透过。因此非金属的穿透深度比金属的要高。红外线加热优势及效率,红外线干燥加热方式在近几年来则以惊人的发展速度被接受，并被实际使用于各层次，主要是红外线干燥方煤矿红外线热风输送系统可行性分析方案扬州黑马机电设备有限公司8式有下述之优点：（1）具有穿透力，能内外同时加热。（2）不需热传介质传递，热效率良好。（3）可局部加热，节省能源。（4）提供舒适的作业环境。（5）节省炉体的建造费用及空间，组合、安装及维修简单容易。（6）干净的加热过程。（7）温度控制容易、且升温迅速，并较具安全性。（8）热惯性小，不需要暖机，节省人力。因为红外线加热其有上述优点，因比获得高效率高均一性的加热是可能的进而获得高品质的产品。4设备选型4.1传统锅炉供热为了防止通风井筒冬季结冰，保证安全生产，在主井井口、副井井口各设空气加热室一座，主井筒进风量30m3/s，副井井筒进风量32m3/s，室外计算温度-17.6℃，冷热风入井混合后温度5℃。主副井供热煤均为高温蒸汽，额定蒸汽温度为194℃，在空气加热室内设散热器，主斜井散热器选SRL-6×6/2型二套，离心通风机4-72-12C型，功率45kw，二台，副斜井散热器选SRL-5××/3型二套，离心通风机4-7212C型，功率45kw二台。矿井主、副井井筒冬季防冻供热计算负荷Q=1952kw，选用煤矿红外线热风输送系统可行性分析方案扬州黑马机电设备有限公司9WNS4-1.25-AⅢ型蒸汽锅炉二台，冬季运行。4.2红外线热风输送系统红外线加热机组处理风量G=20000m3/h=7.66kg/s送风温度t2=100℃，进风温度t1=-17.6℃，空气的比热容cp=1.01KJ/Kg·℃。加热机组能力Q2=Gcp（t2-t1）=7.66×1.01×（100-（-17.6））=910kw加热机组台数为N=Q1/Q2=1952/910=2.15，N取值3，考虑备用，选定红外线加热机组为4台。5性能比较根据传统的锅炉供热以及远红外线热风输送系统的特点、系统运行的特征、以及管理水平等，确定性能比较内容如下：（1）热力负荷与电力负荷（2）投资与运行费用（3）安全环保5.1热力负荷与电力负荷主井及副井供热耗热量为1952kw，传统的锅炉供热需消耗至少同等能量的煤，能效比COP＜1；远红外线热风输送系统，需采用3组加热机组，此时机组耗电功率Q2=667kw，能效比COP=1952/667=2.93。远红外线加热器的节能是由电热涂料在加热器幅射面形成固化涂层，该涂层因其表面黑度高，故能吸收大量的辐射热能，又因其发射煤矿红外线热风输送系统可行性分析方案扬州黑马机电设备有限公司10率高，故能将吸收的辐射热能转换成物体易吸收的远红外热能以电磁波的形式传递.微米级电热涂料的涂层厚、热阻大、反射率高，用于加热器内表面，将散失的热能转换成远红外热能以电磁波的形式辐射加热器内，为加热器内的被加热物体所吸收，从而将热能留在加热器内，使加热器内的温度升高，加热器内的温度得到了充分的利用。纳米级电热涂料的涂层薄、热阻小，用于加热器中受热导温的金属材料表面，在传热过程中，该涂料层不仅将吸收的辐射热能转换成远红外热能传递，其自身变成远红外辐射热源，而且也因其表面