CN112413891A - 模块化热能综合体和用它实现矿井空气加热的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及模块化热能综合体，包括，至少一个上层模块，至少一个下层模块和至少一个工艺模块，每一个模块都包含支撑框架和至少一个墙面板，所有的模块都可以连接在一起。每个上层模块包含燃料供应系统和冷气管道，每个下层模块包含热力组件和热交换器。另一方面，热力组件包括具有燃料仓的燃烧室，与之相连的鼓风系统，二次鼓风系统和回收系统。此外，穿过上层模块和下层模块的清洁系统和排烟系统连接到燃烧室。热交换器与通过下层模块的热气管道和通过上层的冷气管道连接。热能综合体通过工艺模块中的自动控制系统进行控制。本发明是紧凑的，安装简单和便于使用。烟道气体多层次的净化减少了对使用者健康的危害。燃烧室使用固体燃料。

Description

模块化热能综合体和用它实现矿井空气加热的方法

技术领域

目前的重要问题是建立一个方便，易于管理的大型供热系统，该系统用于大型的室内空间。如果有必要为地下的矿井设施供热，使用供热系统的过程应排除额外产生的热损伤风险和对用户健康的危害。此外，在使用供暖系统中应考虑到系统配置的便利，使该系统能快速的增加供热能量。随着矿产开发和开采过程中矿产空间的增大，这种需求不可避免的会出现。

本发明涉及用于地面和地下各种设施的供热系统，其目的是产生热能供暖，例如，在矿井空气通风设备中。

背景技术

众所周知，在发明RU 2189533 C2的专利中公开了一种加热通风预热装置设备(国际专利分类法F24D 15:00，F24H 3/02，E21F/00；公布于2002年09月20日)。“进气口空气加热装置”，包括加热、运输和将热气输送到矿井通风的主气道中，其中包括燃油燃烧室、空气加热器、风扇、烟道和管道，其特点是，它设备配备了热气分配器和冷热空气混合室。该已知装置的缺点是燃料燃烧速率低，加热器效率低。此外，已知装置设置在主要的建筑物中，不能实现快速安装。

众所周知，在RU 2014121233 A专利申请中公开了矿井空气加热通风的方法；(国际专利分类F24D 15/00，发布于2015年12月10日)，《地下矿井通风供热方法》，是通过燃油燃烧室中产生热气体，通过气体进入空气加热器，对风扇送入空气加热器的空气加热，然后通过热气分配装置进入通风设备。其特征是，通过封闭调节装置，使燃料加热空气温度不低于空气加热器出口+2℃，在这种情况下，使用封闭调节装置和热气送风机、热气分配器的压力比与矿井空气混合的压力要大。

这个已知方法的缺点是缺乏烟气净化阶段，这意味着如果使用这种已知的方法，就会产生环境污染的威胁，从而造成对人类健康的危害，因此，这种矿井空气加热法的方式不符合安全标准。

众所周知，在发明专利中公开的矿井通风装置是一种加热装置(RU 2386034 C1，国际专利分类E21F 3/00，E21F 1/00，F24H 3/02；发布于2010年04月10日)。《矿井通风空气加热法及装置》包括燃料燃烧室、二次鼓风机、对流衬罩、缝隙喷射器、空气加热器、热空气分配器装置、热气风扇、排烟机、烟道、通风管和检测仪表板。

使用已知的矿井空气通风加热装置实现了一种用于加热矿井通风空气的方法。

众所周知，矿井空气通风加热的方法，在RU 2386034 C1专利中公开(国际专利分类E21F 3/00，E21F 1/00，F24H 3/02；发布于年04月10日)。《矿井通风空气加热法及装置》采用已知的通过来自燃烧室烟道的烟气加热用于矿井空气通风大气并通过通风系统进入矿井的方法。其特征是，计量直接进入热气分配装置的热空气的供应量。燃烧室采用二次鼓风，二次鼓风机提供在燃烧室侧壁对流衬罩内的二次风进行加热，在排气管中使用冷风吹除，吹除角度至少45°角向上。

已知设备的缺点和实现使用它的方法是：

采用的烟道气体净化方案转换效率低，不超过50％。

以防护罩形式制成的对流衬罩安装在燃烧室侧壁距离50-70毫米。不能对从大气中提供的冷空气进行充足加热，这对燃烧过程的强度产生了不利影响。

这些因素的后果是，在使用已知装置和方法的情况下，尤其是在使用这些装置和方法的情况下，对人的健康造成很大的危害风险，而这些装置和方法主要是为了保护个人的健康，人的呼吸系统。除此之外，使用已知的装置和方法造成环境污染，由于烟道气体的灰渣颗粒物和炉渣净化率较低(不超过50％)。

此外，已知的装置被放置在一个主要的建筑物中，使它无法迅速安装和拆卸。

众所周知，矿井通风装置被认为最接近的现有技术在RU 2488696 C2专利中公开(国际专利分类E21F 3/00，F24H 3/06；发布于2013年07月27日)。《采石场和大型厂房供热热能综合体》包括：燃料供给系统，燃料燃烧室式空气加热装置，装有烟气净化和排烟气、煤气道、除灰器、排烟机和烟管道、过滤烟道的热交换器。该系统还包括热气通道和冷气通道，以及除灰系统和自动控制系统。

已知的装置包括两个烟道气体净化阶段，并且炉内鼓风系统的被配置为使用除灰器对供应到燃烧室的一部分空气加热。

利用已知装置实现矿井空气加热的方法，其中包括，使用燃料供给系统将燃料供应到燃烧室。与此同时，通过鼓风系统向燃烧室提供空气，并将空气提供到燃烧室，通过轴流送风机将燃烧过程中产生的烟气被送入冷却室，然后将烟气送入热交换器组件，将加热后的大气送入矿井，将冷却后的烟道气体送入烟囱，由此产生的灰渣和炉渣通过除灰系统去除，并且通过自动控制系统进行检测。在这样的情况下，鼓风系统输送的部分空气通过与除灰器的热交换加热，而烟道气体则通过两个净化阶段。

已知装置和方法有若干缺点，烟道气体中含有的灰渣和炉渣的净化质量较低，而且装置设备的热量消耗也不理想。尤其是，已知装置的除尘器排出的热量只能用于加热燃烧室鼓风机送入的一部分空气，通过鼓风系统向燃烧室输送的空气加热不足，因此燃烧过程的强度降低。此外，已知大量的装置被放在主要的建筑物中，无法快速安装和拆卸。

已知的模块化热能综合体在RU 2345291 C1的专利中被公开(国际专利分类F24H3/00；发布于2009年01月27日)，《空气加热器模块组件》包含一个模块，通过隔板分为多个部分。在已知的模块化装置中按顺序排列。同时，在这些部分中安装了连接到冷空气系统的鼓风系统，配备了燃气燃烧器的混合型空气加热器，以及在所述空气加热器，送风机和热空气混合部分出口处安装的平衡装置。这种情况下，所有相邻的部分相互连接，在各部分的分隔处完成自动控制系统与燃油供给调节器和送风机轴转速调节器的连接。

该装置的工作原理如下：

大气空气通过冷气通道进入模块装置的鼓风系统，然后进入混合空气加热器。在混合式空气加热器中，通过燃气管道进入燃气燃烧器的气体，燃烧产物会使进入的大气空气加热。在送风机的作用下加热的空气发生运动，空气进入平衡装置的格栅，那里空气流动分布均匀。自动控制系统调节燃料供给和送风机旋转频率，空气被加热到所需的温度后被送入与加热器室连接的加热室混合。

已知装置有若干缺点。该装置被设计用于燃烧气体燃料，这种结构无法燃烧固体燃料，特别是煤。因此，只有将管道连接到矿井或在开采过程中伴有天然气生产时才有可能加热矿井空气。这种装置在燃烧煤的情况下，燃烧产物必然因固体燃料燃烧产生的灰渣和渣粒一起进入加热的空气中，这是不可避免的，因此这将导致空气中严重的一氧化碳的含量。

此外，已知的设备只有一个装配的模块，但由于尺寸太大，无法以部分组装的方式运输。

发明内容

本发明的目的是创造一种紧凑的、易于安装的、可运输的装置，以便有效的进行矿井中空气加热。

在设备和技术方面，本发明和技术结果是设计简单，同时提高其效率，可安装和使用可申报装置的方便性，以及减少对使用者健康造成危害的风险。

根据本发明提供的模块化热能综合体的。所述模块化热能综合体包括：至少一个上层模块、至少一个下层模块和至少一个工艺模块，每个模块都包含支撑框架和至少一个墙面板，所有模块都是相互连接的。这个情况下，每个上层模块包括燃料供给系统和冷气通道，而每个下层模块包括热力组件和热交换器。同时，热力组件包括具有燃烧室的燃烧单元，其中包括鼓风系统、二次鼓风系统和回收系统。此外，穿过上层模块和下层模块的排烟系统和除灰系统连接到燃烧室，热交换器连接到下层模块的热气管道和通过上层模块的冷气管道。热能综合体的各个装置被位于工艺模块中的自动控制系统控制，所述的模块化热能综合结构的一个显著特征是它的方便性和简单性。由于包括至少一个上层模块，至少一个下层模块和工艺模块形成一个内部的空间，一方面，如果有必要，可以增加模块数。因此增加热力组件的数量，导致模块化热能综合体功率的增加。也就是说，这提高了本发明模块化热能综合体的效率。此外，本发明还可以进行方便地安装。另一方面，有一个单一的空间，允许在模块之间的自由移动，并且不受阻碍地维护模块内的模块化热能综合体的各个设备，特别是热力组件，从而方便的利用本发明，并降低了对用户健康造成危害的风险。

在这中情况下，至少一个上层模块和至少一个下层模块和至少一个墙面板。这能够在模块内保持热量，从而提高热能综合体的效率。

为了提高本发明模块化热能综合体的热能功率，从而提高其效率，模块化热能综合体可以包含两个上层模块和两个下层模块。同时，通过连接相邻的模块水平方向装置和垂直方向装置而连接模块的框架。提高功率的可能性是在每个下层模块中设置的热力组件。因此，热交换器内部产生的热所加热的空气也通过热气输送到主干线导管中，热空气进入到添加空气的混合区域。而烟道气体则通过主烟道从多个热交换器中排除。同时，如果需要提高模块化热能综合体的功率，可以增加上层模块和下层模块的数量。一个工艺模块可以为无限数量的下层模块和上层模块提供服务，因为在工艺模块内部有一个自动控制系统，而工艺模块本身与上层模块和下层模块都有电连接。

实现上述发明的首选办法，建议采用以下层模块化热能综合体，其中包括：至少一个上层模块，至少一个下层模块以及至少一个工艺模块。每个上层模块都有燃料输送系统和冷气通道。每个下层模块都有除灰系统和热力组件，其包括带燃烧室的燃烧单元，该燃烧室设置有鼓风系统和二次鼓风系统。燃烧室设置有烟气净化和排烟系统，通过每个上层模块和下层模块，包括烟道、旁通气道、除灰器、排烟机和烟囱。热能综合体包括位于下层模块的至少一个热交换器。每个热交换器连都与通过每个下层模块的热气管道和通过每个上层模块的冷气管道连接。而自动控制系统则位于工艺模块中。而且，燃烧单元装有对流衬罩，燃烧室装有除灰系统。

一方面，在本发明模块化热能综合体设计中，这种模块化热能综合体的目的是确保所热能综合体的高效率。另一方面，这确保了本发明安装便捷，简化了其构造和将系统分为可连接的模块。

为了有效地清除烟灰颗粒和煤渣，燃烧室配备了烟气净化系统，这意味着从燃烧室的后壁向冷却室过渡。这样的净化可以减少排放到大气中的杂质，从而减少对用户健康造成危害的风险。此外，由于灰渣和炉渣颗粒通过回收返回燃烧室进行进一步燃烧，这可以通过增加模块化热能综合体产生的热量来提高应用的效率。

此外，可以为燃烧单元安装对流衬罩，预热通过鼓风系统送入燃烧室的大气空气，以确保所本发明得到有效的利用。

这种情况下，燃烧室侧壁设置至少一个喷嘴，使得空气从二次鼓风系统流向燃烧室。不仅确保了燃烧室的燃料燃烧效率，而且提高了此发明的使用效率。

此外，在实施本发明的过程中，可以将二次鼓风系统与鼓风机连接，但条件是此系统必须符合国际标准，确保本发明的设计简化，便于安装的同时以保持模块化热能复合体的效率。

进而，冷气管道可以和旁通气道进行热交换。可加热进入到至少一组热交换器中的大气空气。这种加热能有效地对被加热的空气进行预热，从而提高模块化热能综合体的效率。

本发明还提供一种矿井空气加热的方法。该矿井空气加热的方法是，通过上层模块的燃料输送系统，向燃料室提供燃料，燃料燃烧，同时燃烧室通过下层模块的鼓风系统和二次鼓风系统输送空气。燃烧过程中产生的烟气被送到燃烧室的降温室，然后烟气被引导到上层模块中的气道，进入到下层模块中的热交换器中。此外，通过上层模块的冷气通道将空气送入热交换器，并通过热交换气器加热。热交换器组件对空气进行进一步加热，并将其送入矿井，烟道气体冷却后被输送到烟囱中，产生的灰渣和炉渣通过下层模块的灰渣清除系统进行处理，并通过工艺模块中的自动控制进行监测。

本发明的矿井空气加热方法使燃料有效的燃烧。与此同时，此方法的实施可通过多阶段处理烟道气体中的灰渣和炉渣来减少使用者的健康危害。这是由于预净化阶段的烟气进一步被输送到燃烧室，与此同时，烟气从燃烧室的后壁转移到气体降温室通过惯性来净化。

除此之外，通过净化将灰渣和炉渣送入回收系统输送到燃烧室，从而增加热量。这样确保了在热能综合体组件产生的热量的增加，从而确保本发明的模块化热能综合体的使用效率。这也减少了向大气中排放的煤渣颗粒的数量，从而减少了对用户健康造成危害的风险。

进而，燃烧室的空气可以通过燃烧室的对流衬罩输送到燃烧室，这可以使空气在通过鼓风系统进入燃烧室之前能够预热。确保了燃料在燃烧室中的效率，也确保了热能综合体的整体利用率。在这种情况下，二次鼓风可以通过喷嘴向燃烧室提供空气，确保燃烧室燃料燃烧的效率，从而提高整个热能综合体的效率。

烟气气体可以通过惯性捕集，在通过过滤烟道，利用回收的热交换器组件进一步净化。这与初步清理一起，可以减少向大气中排放的灰渣颗粒的数量，从而减少对用户健康造成危害的风险。

灰渣和炉渣的处理是利用除灰系统输送带进行的，该系统是位于模块底部的凹槽中。这确保了申报发明的一般使用效率，特别是加热矿井空气方面的效率。

与此同时，热空气通过主风管道输送到矿井，而烟气则通过主烟道输送到烟囱中。这在应用过程中能够有效的向矿井输送热空气，并在多个上层模块和下层模块的情况下清除烟道气体。

附图说明

图1为模块化热能综合体的示意图。

图2为一种可能实施例的剖面图，至少一个上层模块1和至少一个下层模块2和具有凹槽7的底座6。

图3为热力组件9的侧面示意图。

图4示出了在图1中热力组件9A-A线侧视图。

图5示出了管道43、冷空气输送管道42和用虚线表示的旁通气道27的相对配置。

图6示出了可能的实施例燃烧室组11的壳体16的侧视剖面图。

本发明的特点将在下面的描述中结合说明书附图进行说明。在本发明的框架内，为了不使本发明的细节描述过于冗长，可以作为实现本发明的其他备选方案和此外已知的技术内容不做详细的说明。

具体实施方式

根据本发明的设备进行详细描述如下：

本发明的模块化热能综合体包括，至少一个上层模块1，至少一个下层模块2和至少一个工艺模块3(图2)。这些模块的高度为3-3.5米，为运输提供了便利，包括远程运输，更易于安装和拆卸。这一点特别重要，因为需要在低温下安装和拆卸模块化热能综合体，例如在极端的北部。因此，这种分离的模块化提供了方便的安装和使用，以及拆卸方便，称为模块化热能综合体。

每个模块都有自己装配结构，包括预制支撑框架4和至少一个墙板5。任何一种已知的组装金属结构的钢骨架都可以作为预制支撑框架4。例如，金属结构支撑框架4可以通过以下方式实现。

每个预制支撑框架4包括：至少8个水平方向装置53，至少4个垂直方向装置54，以及对角线连接55。如图2所示，支撑框架4的水平方向装置53，垂直方向装置54和对角线连接55在组装的每个下层模块2，上层模块1和工艺模块3中可以和任何已知的方法相互连接。这种连接方法可以是焊接、螺栓或其他已知的方法。反过来，每个支撑框架4的水平方向装置53、垂直方向装置54和对角线连接55可以采用任何已知的方式实现，例如金属梁、金属角材等。

因此，至少一个下层模块2的预制支撑框架4连接至少一个上层模块1的预制支撑框架4以及工艺模块3的预制支撑框架4产生共同框架的整体设计。因此，每个支撑框架4都是相互连接的，这是一个固有的性能和完整的模块。每个模块的设计都是简单的，并确保每个模块的安装和拆卸都是便捷的。

由于每个模块预制支撑框架4之间没有分隔，所以当各模块组合成一个单体结构时，就会在内部形成一个空间。这确保了模块之间的自由移动，以及为了维护和修理，对本发明模块化热能综合体的所有部件，例如，热力组件9，是必要的，通过这种方式就可以实现具有单个空间的组合结构。

每个模块的墙面板5可以用任何已知的方式制成，例如，混凝土、砖块或用建筑中使用的任何已知的复合材料制成。其中包括，墙面板5可以为夹层面板。同时，至少一个下层模块2可以从前面设置至少一个墙面板5，至少一个上层模块1可以从前面和顶面设置至少一个墙面板5。

然而，如果需要的话，可以在各模块之间设置隔板，在这样的情况下，模块之间的隔板可以为标准的墙面板5。

至少一个下层模块2和至少一个工艺模块3安装在底座6上。例如，底座6可以为包括凹槽7的混泥土平台，用于容纳模块化热能综合体除灰系统用的除渣传送带8。因此，可以方便地安装本发明的模块化热能综合体。

同样，如图1所示，至少一个上层模块1位于至少一个下层模块2的上方，工艺模块3位于至少一个下层模块2的侧面。这通过将工艺模块3的支撑框架4的垂直方向装置54与至少一个下层模块2的支撑框架4的垂直方向装置54的连接来实现。

作为实现上述发明的一种可能的实施例，可以将模块组合以获得单个自由空间，具体如下。在本实施例中，使用至少两个下层模块2和至少两个上层模块1。每个下层模块2均有至少有两个位于下层模块2相对两侧的墙面板5。在这种情况下，下层模块2组装后的支撑框架4的每个水平方向装置53，垂直方向装置54和对角线连接55是定位并互连，从而在下层模块2之间形成统一的空间，如图形2所示。每个下层模块2的边缘设置有一个额外的墙面板5，以作为统一空间的侧壁结构的功能。

上层模块1位于下层模块2的上方。同时，每个上层模块1支撑框架4的水平方向装置53与每个下层模块2的支撑框架4的水平方向装置53连接，如图2所示。每个上层模块1至少有两个墙面板5位于上层模块1的相对侧。这样，上层模块1支撑框架4的水平方向装置53、垂直方向装置54和对角线连接55相互定位连接，在上层模块1形成统一的空间。每个上层模块1配有额外的墙面板5，作为组合结构的侧壁，此外，每个上层模块1顶面都设置有水平的墙面板5。

另外，实现本发明的一种可能的实施例，将模块与结构统一的自由空间结合起来。在这种情况下，至少有三个下层模块2和至少三个上层模块1。每个下层模块2至少有两个墙面板5，位于下层模块2的相对侧。在这种情况下，下层模块2支撑框架4的水平方向装置53、垂直方向装置54和对角线连接55相互定位连接，以便在下层模块2之间形成一个空间。每个下层模块2形成统一的空间。此外，提供了一个额外的墙面板5，作为统一的空间的组合结构的侧壁。

上层模块1位于下层模块2的上方。在这种情况下，每个上层模块1的支撑框架4的水平方向装置53，与每个下层模块2的支撑框架4的水平方向装置53连接。每个上层模块1至少有两个位于上层模块1相对侧的墙面板5。同时，每个上层模块1的支撑框架4相互定位并连接，使上层模块1形成一个自由的空间。位于自由的空间边缘处的每个上层模块1还设置有附加的墙面板5，作为自由空间的组合结构的侧壁的功能。此外，每个上层模块1顶部设置有水平墙面板5。

每个下层模块2都设置容纳包括燃烧单元11、至少一组换交热器12、鼓风系统13、二次鼓风系统14、回收系统15、除灰传送带8的热力组件9。

每个上层模块1都设置容纳燃料供给系统部件，首先是，燃料输送带40，以及冷气通道42。

根据模块化热能综合体的上层模块1和下层模块2位置划分的原因是：燃料加载到热力组件9的燃烧室10、燃烧单元11中是通过由上而下的重力作用，因此燃料供给系统位于每个上层模块1，热力组件9、鼓风系统13、二次鼓风系统14、回收系统15和连接到热力组件9的热交换器组件12位于每个下层模块2。

除渣传送带8相对下层模块2的位置是这样设置的，由于燃烧过程中形成的炉渣和灰渣沉积到燃烧室10的平板上，受到重力作用落到燃烧室10下方的除渣传送带8上。因此，灰渣和炉渣在重力作用下沉淀在过滤烟道29和除灰器47的底部。由于燃烧单元11的燃烧室10和热交换器组件12的过滤烟道29、热交换器组件除灰器47位于每个下层模块2中。因此，灰渣和炉渣在本发明的模块化热能综合体设计结构的底部，即每个下层模块2中进行收集。

冷气通道42在每个上层模块2的位置，为了防止热交换器组件12中的空气加热器32中形成冷凝水，加热器热交换器组件必须通过与旁通气道27的热交换先将冷气通道42中的冷空气进行预热。为此，在冷气通道42结构中设计了冷气通道42的管道43冷气通道。位于燃烧单元11的上方并被设置为可以与旁通气道27进行热交换，因此，整个冷气通道位于每个上层模块2中。

同时，每个上层模块1和下层模块2都有排烟系统49和热气管道44。

排烟系统49是按照如下方式来配置的，在燃烧的过程中，烟气从下向上移动。因此，为了在降温室18出口处有效收集烟气，旁通气道27、排烟系统49都必须位于烟道气体降温室18的上方。所以，燃烧单元11位于每个下层模块2中，而旁通气道27和排烟系统49位于每个上层模块1中。同时，除灰器47和与其连接的烟道46位于每个下层模块2中，因为在每个下层模块2中配置热交换器组件12。为此，每个下层模块2和每个上层模块1配置排烟系统49。

热气通道44在每个下层模块2中按照如下方式设置，热气通道44与热交换器组件12连接，位于每个下层模块2中。

工艺模块3与每个上层模块1和每个下层模块2电连接，从而能够实现对本发明的模块化热能综合体配置在每个下层模块2和每个上层模块1中部件进行控制。

本发明的模块化热能综合体的设计特点是方便性和简单性。模块化的构造，特别是支撑框架4，提供了创建单个空间的集成结构的可能性。由于每个下层模块2可以配置热力组件9，如有必要，可以增加模块数量，从而增加热力组件9的数量，从而增加模块化热能综合体的功率(如图1所示)。也就是说，提供增加本发明的模块化热能综合体在工作中释放的热量从而提高了它的效率此外，还可以保障本发明的安装方便。另一方面，单个空间允许在模块之间自由移动，并且不受阻碍地对位于下层模块中的模块化热能综合体的组件，特别是热力组件9，进行维护，就是说确保了本发明的使用便利性，并减少对使用者健康造成损害的风险。

因此，至少一个上层模块1，至少一个下层模块2和工艺模块3的简化设计可以获得一个紧凑的、方便用户使用和安装的模块化热能综合体。该模块化热能综合体可以通过增加模块数量和热力组件的配置而具有任何可能的热功率，从而提高效率。本发明的模块化热能综合体，可以通过配置热力组件9和以固体燃料运行的燃烧室10从而为矿井通过加热的空气，例如，在没有煤气供应的情况下，为其使用提供了方便。

在模块化热能综合体中的至少一个下层模块2中设置热力组件9。热力组件9包括：燃烧单元11，至少一个热交换器组件12、鼓风系统13、二次鼓风系统14和回收系统15。如果本发明的模块化热能综合体具有一个以上的上层模块和下层模块时，热力组件9的数量增加了下层模块2的数量。在这种情况下，热气管道44的数量也增加了下层模块2的数量，并组合成为主气道56，而且连接到热空气混合区，从而产生了一种倍增的效应，提高了本发明的效率，也提高了其利用率。

热力组件9的燃烧单元11是箱型的壳体16，其中配置有燃烧舱17，以固体燃料为燃料的燃烧室10。可以使用任何一种已知的固体燃料，如褐煤、炼焦煤或无烟煤，以及木柴或者火泥煤。

燃烧舱17的燃烧室10配置在燃烧舱17底部。燃烧舱17的燃烧室10可以是任何已知的结构。燃烧室10可以使用现有的或以后的。另外燃烧舱17的燃烧室10设置有炉篦格栅(为了方便未示出)。炉篦格栅可以是任何已知设计。例如，炉篦格栅可以是制成条状的。炉篦格栅也可以设置炉篦格栅驱动装置(没有在图纸上显示)。炉篦格栅的驱动装置可以使用任何已知设计的驱动装置。例如，可以使用电力驱动装置，例如，RGP-1电力驱动装置。

燃烧单元11内部还设置烟道气体降温室18。燃烧舱17连接烟道气体降温室18，通过滤烟道19、燃烧舱17的后壁降低烟道气体温度。

燃烧舱17和烟道气体降温室18的外壁可以采用任何已知的绝缘体材料制成，导热性不超过0.9瓦/米，并且软化的温度不低于1350℃。例如，耐火砖，其确保了本发明的有效性。

燃烧单元11的壳体16是多层的，并且包括至少一层例如金属的导热材料20，至少一层隔热材料21和对流衬罩22，如图6所示。一方面可以简化本发明装置的设计，另一方面可以提高效率。可以将MTPMC-30莫来石硅质材料用作隔热材料。

同时，在燃烧单元11的壳体16的顶部可以设置水平板23，作为为燃烧舱17和烟道气体降温室18的顶板。例如，可以用混凝土制成水平板23.

一种可能的实施例，将燃烧舱17后壁的烟道19设置成S-型，如图4所示。在这种情况下，烟道19可以通过配置在燃烧舱17和气体降温室18边缘的两个隔板24来实现。

在要求保护的的发明的设计中，燃烧舱后壁的烟道19可实现烟道中大颗粒的灰渣和炉渣的初步清除。为了收集这些颗粒，在气体降温室18的烟道中，设置有连接到回收系统15的颗粒收集通道25。这有助于清除烟道气体中的灰渣和炉渣颗粒，从而减少对使用者健康的危害。

为了提供灰渣和炉渣颗粒回收系统15，在燃烧室10的设计中设置有适当的颗粒进料通道26。这条进料通道26的出口位于燃烧室平板的上方(没有在图纸上显示)，为了有效的烧尽灰渣和炉渣，通过回收系统15向燃烧室10输送。因此，清除烟道气体中的灰渣和炉渣颗粒，从而减少对使用者健康的危害。此外，也提高了本发明的效率。

同时，烟道气体降温室18设置有包含轴流送风机35的通风管51，将空气向烟道气体降温室18提供。这对于控制通过从配置在烟道气体降温室18顶部的出口处的旁通气道27进入至少有一个热交换器组件12的空气温度是必要的，可以减少对使用者健康造成损害的风险。

由于烟道气体降温室18配置在燃烧单元11的上部，旁通气道27配置在每个上层模块1的结构中。旁通气道27的位置能够有效的从烟道气体降温室18中排除烟气，因为烟道气体是从下向上上升。

旁通气道27设置有排烟机28，有效将燃烧舱17中通过烟道气体降温室18、旁通气道27和至少一个热交换器组件12中的烟气排除，并送入到烟囱48，排烟机28可以为任何已知的结构，例如，DN-9排烟机。

热交换器组件12被设计成用来自燃烧舱17产生的热烟气体先加热来自大气的冷空气，并被配置在每个下层模块2中。进而，热交换器组件12的设计包括，至少一个过滤烟道29，作为惯性收集器功能(图3)。包括至少一个过滤烟道29的热交换器组件12确保可以清除烟道气体中供给的灰渣颗粒，所述灰渣密度为2.5克/立方厘米，直径大于20微米。在发明的操作过程中减少了对用户健康损害造成的风险。在过滤烟道29的下面配置除灰系统的料斗30，其目的是收集在过滤时烟道29中沉降的灰渣和炉渣的细小颗粒。

作为一种可能备选的实施例，热交换器组件12可包括框架31，框架31配有置至少两个空气加热器32和作为惯性收集器的过滤烟道29(图3)。在实现模块化热能综合体的各种可能的实施例中，空气加热器32可以为任何已知的设计。例如，空气加热器可以是片状的或者管状。

在本发明的各种实施例方案中，热交换器组件12可以配置在模块化热能综合体的至少一个下层模块2中，确保它安装方便。

燃烧室的鼓风系统13，包括通风管33和风扇鼓风机34配置在每个下层模块2中。燃烧室的鼓风系统13被设置为通过燃烧单元11的壳体16的对流衬罩22向燃烧室10提供大气空气。这就可以在将大气空加输入到燃烧室10之前在对流衬罩22进行加热，因此，提高燃料的燃烧效率。

二次鼓风系统14是向燃烧舱17供给的风管，二次鼓风系统14配置在至少一个下层模块2中。在这种情况下，燃烧舱17的侧壁可以设置至少一个喷嘴36。该喷嘴36可以为任何已知的机械喷嘴，为了优化模块化热能综合体的结构，二次鼓风系统14和风扇鼓风机34连接。因此，风扇鼓风机34被设置为向燃烧单元的鼓风系统13和二次鼓风系统14提供空气。这使得本发明的模块化热能综合体设计更简化，从而保证安装的简便。

本发明的模块化热能综合体系统结构的独特特点是，热力组件9提供配置在至少有一个下层模块2中的回收系统15。回收系统15包括任何已知设计的回风机37，例如，WWY-4，3-3000送风机，回收喷射器(图未示)以及回收系统15的管道。回收喷射器可以为任何已知的设计。例如，喷射器可以使用VU回收喷射器。除此之外，回收系统15包括配置在烟道气体降温室18中的颗粒收集通道25，以及将颗粒供给燃烧室10的供给通道26。回收系统15是为了回收灰渣和炉渣，在第一阶段净化过程中，灰渣和炉渣从燃烧舱17通过燃烧室后壁的烟道19进入烟道气体降温室18，然后借助回风机37和回收喷射器(图未示)返回燃烧室10。这大大的简化了模块化热能综合体的结构，能够实现安装更紧凑、更简单、更方便的模块化热能综合体。此外，这提高了本发明的热能综合体的效率，也降低了对用户健康造成损害的风险，因为它排除了灰渣颗粒和炉渣颗粒进入大气。

除灰系统被设置在燃烧单元11下方的至少一个下层模块中。除灰系统包括除渣传送带8、料斗38、灰渣收集槽30和装卸台39。除渣传送带8可以为任何已知的设计。作为本发明的可能实施例之一，除渣传送带8可以是刮板。

本发明的热能综合体中在至少一个上层模块1配置燃料供应系统。

燃料输送系统包括料斗40、燃料传送带41和装卸台57。并且燃料传送带41配置在每个上层模块1中。这个系统的目的是为了确保不间断的输送燃料到燃烧舱17。由于燃料供给是在重力的作用下从上而下进行的，所以燃料输送系统配置在每个上层模块1中，位于依次设置于每个下层模块2中的热力组件9的燃烧单元11的燃烧室17上方。燃料传送带41的控制可以通过一个自动操作系统来实现——操作位于工艺模块3的触摸控制板，或者在本地状态下——安装在电传动装置上的按钮(为了方便没有显示)。燃料传送带41可以是任何已知的设计。可以用刮板来实现燃料传送带41。

还可以为燃料供给系统的料斗40额外的提供至少一个开关(图未示)。开关可以配置线性机械装置(图未示)。例如，这种机械可以使用MAP型式的线性机构。

冷气通道42配置在至少一个上层模块1中，被设置成通过冷气通道42的管道43为至少一个热交换器组件12供给冷的大气空气冷气通道，如图5所示。冷的大气空气是通过冷气通道配置在每个下层模块2的热鼓风机50供给到冷气通道42中。同时，冷气通道42的管道43冷气通道可以和旁通气道27实现热交换。所以，预热的大气空气进入至少一个热交换器组件12。至少一个热交换器组件12的热空气加热器32能有效加进行加热，从而提高本发明的模块化热能综合体的效率。此外，这种加热可避免因热交换器组件12的热管和冷的大气空气的温度差而形成冷凝水，也提高了模块化热能综合体使用效率。

热气通道44配置在至少一个下层模块2中。热气通道44是将离开一个热气交换器组12的热空气添加到用于例如矿井通风的冷空气气流中。为此，热气通道44设置有可以通过控制按钮(图未示)或者分配装置(图未示)远距离操控开的关(图未示)。在实现本发明的一种可能的方案中，控制热气通道44的远距离开关可以配置在工艺模块3中。为了补偿因热气通道长度产生的温度变化，热气通道44可以安装任何已知的热补偿装置(图未示)。例如，热气通道44可以设置PGVU热补偿装置。

本发明的模块化热能综合体可以设置一个以上的热力组件9和一个以上热交换器组件12，来自每个热交换器组件12的热空气在混合区域(在图纸上没有显示)通过热气通道44合并到主气道56的通道(图1)。

模块化热能综合体还设置有排烟系统49，被设置为在至少一个上层模块1和至少一个下层模块2中。排烟系统49包括烟道46，旁通气道27，至少一个排烟机28，至少一个除灰器47和烟囱48。在这种情况下排烟系统49通过旁通气道27和至少一个热交换器组件12，烟道46，以及至少一个除灰器47串联。除灰器47可以为任何已知的设计。惯性除灰器可作为除尘器47具体实施例。

因此排烟系统49被设置为将来自燃烧舱17通过旁通气道27和至少一个热交换器组件12的燃料燃烧产物(烟气)借助排烟机28，通过排烟系统49的烟道46排出到除灰器47和烟囱48中。为了补偿烟道长短的变化，排烟系统49也可也提供任何已知结构的热补偿装置45。例如，排烟系统49可以设置PGVU热补偿装置。

在本发明的模块化热能综合体中，可以设置一个以上热力组件9和一个以上的热交换器组件12，连接到热交换器组件12的每个除尘器47，通过烟道46与主烟道52连接的烟囱48实现统一，如图形1所示。

本发明的模块化热能综合体配置了自动控制系统(ACS)，用于控制送风机鼓风系统34、回风机37、热鼓风机50和轴流送风机35，燃烧室炉篦驱动装置、燃烧室供料装置(图未示)排烟机28，燃料传送带41和除渣传送带8和开关(图未示)。自动挥控系统规定，如果在空气加热器后的热气中的一氧化碳含量超标时，将紧急切断热气供应，从而保证使用本发明的安全。在本发明中，自动化控制系统(ASC)的控制中心配置在工艺模块3中，电连接到每个下层模块2和上层模块1.

在本发明描述的实现该设备的实施例并非唯一可能的选择，而是提供了最明显的方法来揭示发明的本质。

在涉及方法的一部分详细描述这项发明。

使用本发明的模块化热能综合体，可以实现矿井空气加热的方法。

配置在每个上层模块1的燃料供给系统的料斗40中的固体燃料，通过燃料传送带41输送到配置在每个下层模块2燃烧舱17的燃烧室10，进行燃料的燃烧。

同时，燃烧舱17通过配置在每个下层模块2的鼓风系统13提供空气。与此同时，大气空气通过热鼓风系统34产生的排放进入鼓风系统13。之后，通过通风管33、鼓风系统13的空气进入位于每个下层模块2的燃烧单元11壳体16的对流衬罩22，通过和燃烧室10的壁进行热交换，然后进入炉篦格栅下方。

通过配置在每个下层模块2中送风机鼓风系统34，二次空气通过二次鼓风系统14的通风管进入燃烧舱17。来自二次鼓风系统14的空气通过至少一个喷嘴36进入燃烧舱17。

在燃烧过程中，燃烧舱17中产生烟道气体。，在燃烧舱17高温加热温度(约900℃)的烟道气体，在排烟机28中产生的真空作用下，灰渣和炉渣通过燃烧舱17后壁上隔板24形成的烟道19进入气体降温室18。由于这些元件都是燃烧单元11的部分，因此它们配置在下层模块2中。

烟道气体在通过燃烧舱17后壁的过滤烟道19过程中，气体气流两次翻转180°，导致大量的灰渣和炉渣从烟道气体中沉淀，从燃烧舱17后壁的过滤烟道19下降到气体降温室18。大量的灰渣和炉渣颗粒从气体降温室18进入收集通道25。之后，颗粒通过回风机37和返回喷射器(没有显示在图纸上)带走进入回收系统15。然后，颗粒通过颗粒进料通道26输送到燃烧舱17的燃烧室10用于燃烧。因此，在简化设计的条件下提高本发明的模块化热能综合体的效率，以减少对用户健康的危害风险。

此外，在燃烧舱17和气体降温室18之间的隔板24确保烟道气体在燃烧舱17里的循环，从而使固体燃料进入燃烧舱有效的燃烧。

经过气体降温室18的第一阶段净化，烟道气体排通过排烟机28产生的真空，通过位于上层模块1的旁通气道27出到位于每个下层模块2至少一个热交换器组件12的空气加热器32。进入至少一个热交换器组件12的空气加热器32中的烟道气体温度不能超过允许的温度，通过供应大气空气(燃烧室和二次鼓风)进入燃烧舱17或者使配置在每个下层模块2中的轴流送风机35工作(气体温度达到紧急数值)得以保障，。

同时，至少一个热交换器组件12的至少一个空气加热器32通过配置在每个下层模块1和每个下层模块2中的冷气通道42输送冷空气。通过配置在每个下层模块2的热鼓风机50冷气通道42与至少一个热交换器组件12连接。在这种情况下，空气进入冷气通道42，在配置在每个上层模块1中的冷气通道42管道43通过与旁通气道27热交换进行预热。热交换器组件12空气加热器32通过烟道气体对空气加热，空气通过至少一个热交换器组件12空气加热器管32被加热到大约300℃，，如果空气加热器32是片状的，这确保本发明的使用效率。

配置在每个下层模块2中的至少一个热交换器组件12将热的烟道气体的温度冷却到180-190℃。然后，烟道气体经过过滤烟道29，也就是说烟道气体被送到第二阶段清除灰渣和炉渣。气体的气流在过滤烟道29改变运行方180°，并由于流动截面的增加使得速度降低了2.5倍。在保持了原有的速度和方向的同时，密度为2.5克/立方米，直径大于20微米的灰渣颗粒降落在过滤烟道29下面并沉淀在位于每个下层模块2中的除灰系统的渣槽30中。因此，烟道气体净化第二阶段通过至少一个热交换器组件12的过滤烟道29清除灰渣和炉渣。通过减少进入大气层的灰烬和炉渣的数量，来减少对使用者健康造成危害的风险。之后，将由至少一个热交换器组件12冷却到180-190℃温度的烟道气体导入配置在每个下层模块2的至少一个除灰器47排烟系统，沉淀存留在温度冷却到180-190℃的烟道气体中的灰渣和炉渣，因此实现了烟道气体第三阶段的净化。这确保了本发明的使用安全。之后烟道气体被配置在每个下层模块2的排烟机28吸入管道并通过烟囱48进入大气。

根据本发明的模块化热能综合体，设置至少两个下层模块2和至少两个上层模块1，因此，至少有两个热交换器组件12配置在下层模块2，烟道气体冷却从每个热交换器组件12输送到除灰器47。它们将冷却至180-190℃的烟道气体中剩余的灰渣和炉渣沉淀。由此实现了烟道气体的第三净化阶段。确保了本发明的使用安全。此外，烟道气体借助排烟机28并通过烟道46输送到主烟道52(图1)，然后通过烟囱48，烟道气体进入大气层。

通过至少一个热交换器组件12的空气加热器32加热到大约300℃的空气通过配置在每个下层模块2的热气通道44供给到分配装置(图未示)，作为矿井通风空气主要气流的添加物。至少一个热交换器组件12的空气加热器32内部的气体气流，在排烟机28的真空作用下，以及自由空间的空气处于热鼓风机50产生的压力下，避免了燃烧产物进入热空气，并通过热气通道43进入矿井通风的可能，确保热能综合体利用的效率和安全。

模块化热能综合体设置至少两个下层模块2和至少两个上层模块1，也就是说，至少两个热交换器组件12配置在下层模块2，热空气通过空气加热器32进入热气通道44。然后，热空气输送给与热气通道44连接的主气道56，并进入热空气混合区域，如图1所示。这样一来，增加了模块化热能综合体的功率，可以将热气输送到矿井中，从而实现了其使用的效率。

热空气混合区域(在图纸上没有显示)和矿井通风主要的冷空气气流通风装置是接触式的热交换，没有用于加热媒介的管道的热量泄露，这样的热交换器的效率是100％。

本发明的热能综合体系统是通过自动化控制系统进行管理(ACS)，确保控制风扇鼓风机34，回风机37，热鼓风机50和轴流送风机35，燃烧格栅驱动装置，燃烧室供给装置(为了方便没有显示)，排烟机28，燃料传送带41和除渣传送带8和开关(为了方便没有显示)。自动化综合系统规定，当空气加热器的热空气中的一氧化碳含量超标时，应紧急切断热气供应，这将减少用户在使用本发明时的所造成的健康损害的风险。这种情况下，自动化综合系统配置在工艺模块3中，与每个下层模块2和上层模块1电连接。

因此，热能综合体的活动原理包括：获得热力组件9中产生的热烟气，输入至少一个热交换器组件12，加热后的大气空气，通过加压热鼓风机50和供给热空气分配装置(图未示)输送到矿井通风的主要换气送风机。

为了本发明便于安装，每个下层模块2和至少一个工艺模块3安装在具有凹槽7的底座6上。然后，凹槽7中配置除渣传送带8，确保有效的收集灰渣和炉渣，也就意味着，在减少对使用者健康造成的危害的风险方面本发明的有效性。

在本文中描述的方法的实施例方案不是唯一可选择的，目的是为了最明显的揭示本发明的本质。

本发明的模块化热能综合体是紧凑的，便于安装和使用。减少多层烟道气体净化系统在使用过程中对用户健康造成危害的风险，热能综合体的燃烧室是利用固体燃料，在没有天然气供应的情况下，本发明是必不可少的，并可以利用工业生产来实现。

Claims (23)

1.一种模块化热能综合体，其包括：至少一个上层模块，至少一个下层模块和一个工艺模块，每一个模块均包含预制支撑框架和至少一个墙面板，

每个上层模块包含燃料供应系统和冷气管道，

每个下层模块包含热力组件和热交换器，同时热力组件包括具有燃烧室的燃烧单元，与之相连的是鼓风系统、二次鼓风系统和回收系统，

此外，穿过上层模块以及下层模块的除灰系统和排烟系统连接到燃烧室，

热交换器与下层模块的热空气管道和上层模块的冷气管道连接，热能综合体通过工艺模块中的自动控制系统控制，所有的模块都相互连接。

2.根据权利要求1所述的模块化热能综合体，其特征是，工艺模块与一个以上的上层模块和下层模块电连接。

3.根据权利要求2所述的模块化热能综合体，其特征是，至少一个上层模块和至少一个下层模块包含各自的端面墙面板。

4.根据权利要求1所述的模块化热能综合体，其特征是，包含两个上层模块和两个下层模块。

5.根据权利要求4所述的模块化热能综合体，其特征是，热气管道连接到主气道。

6.根据权利要求4所述的模块化热能综合体，其特征是，来自下层模块的相邻的烟道合并成主烟道。

7.一种模块化热能综合体，包括，至少一个上层模块，至少一个下层模块和至少一个工艺模块，

每个上层模块包含燃料供给系统和冷气管道，

每个下层模块包括排烟系统和热力组件，热力组件包括具有燃烧室的燃烧单元，炉内鼓风系统和二次鼓风系统，

穿过每个上层模块和每个下层模块连接到燃烧室的排烟系统，包括烟道、旁通气道、除灰器、排烟机和烟囱，

另外，每个下层模块配置至少一组热交换器，与通过每个下层模块的热气管道和通过每个上层模块的冷气管道连接，

以及工艺模块中配置的自动控制系统，

并且燃烧仓设置的对流管套，

燃烧室设置的除灰系统。

8.根据权利要求7所述的模块化热能综合体，其特征是，燃烧舱设置有烟气净化装置。

9.根据权利要求8所述的模块化热能综合体其特征是，烟道气体的初步处理阶段是从燃烧室后壁的烟道向降温室过渡。

10.根据权利要求7所述的模块化热能综合体，其特征是，燃烧舱的壳体设置有对流管套。

11.根据权利要求7所述的模块化热能综合体，其特征是，燃烧舱的侧壁上设置至少一个喷嘴。

12.根据权利要求7所述的模块化热能综合体，其特征是，二次鼓风系统与风扇鼓风机连接。

13.根据权利要求7所述的模块化热能综合体，其特征是，冷气管道被制成能与旁通气道进行热交换。

14.一种矿井空气加热的方法，利用上层模块的燃料供给系统向下层模块中具有带燃烧室的燃烧单元提供燃料，在燃料燃烧的同时，燃烧室通过下层模块的鼓风系统和二次鼓风系统提供空气，

燃烧过程产生的烟气被送到燃烧室的气体降温室，然后烟气通过位于上层模块中的旁通气道输送到位于下层模块的热交换器，通过冷气管道输送到热交换器的中的空气在上层模块被与旁通气道进行预加热，

在热交换器组件的空气加热器中，进一步加热空气并将其送入矿井，

然后将冷却后的烟气送入烟囱，所产生的灰渣和炉渣可以通过下层模块的除灰系统进行处理，并且通过工艺模块中的自动控制系统实现监测。

15.根据权利要求14所述的矿井空气加热的方法，其特征是，所述烟气被另外输送到燃烧室进行第一阶段净化。

16.根据权利要求14所述的矿井空气加热的方法，其特征是，所述烟气用惯性收集的方式净化，从燃烧室后壁的烟道进入气体降温室。

17.根据权利要求16所述的矿井空气加热的方法，其特征是，通过净化产生的灰渣和炉渣颗粒通过回收系统送回到燃烧室燃烧。

18.根据权利要求14所述的矿井空气加热的方法，其特征是，空气通过鼓风机经过燃烧室的对流衬罩被送至燃烧室。

19.根据权利要求14所述的矿井空气加热的方法，其特征是，第二次鼓风通过喷嘴送入燃烧室。

20.根据权利要求14所述的矿井空气加热的方法，其特征是，烟气先通过惯性的收集方式回收，利用热交换器组件的过渡烟道进行进一步净化，然后用除尘器净化。

21.根据权利要求14所述的矿井空气加热的方法，其特征是，灰渣和炉渣的处理通过位于底部模块的凹槽除灰系统传送带进行。

22.根据权利要求14所述的矿井空气加热的方法，其特征是，热空气通过主气道送入矿井。

23.根据权利要求14所述的矿井空气加热的方法，其特征是，烟气通过主烟道送入烟囱。

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