高寒地區(qū)CS165E鉆孔風(fēng)水系統(tǒng)的節(jié)能保溫改造

張萊慶，孫鵬宇，劉 峰

(欒川龍宇鉬業(yè)有限公司， 河南 欒川縣 471500)

欒川龍宇鉬業(yè)南泥湖礦山的海拔高度在1330～1400 m之間，年平均氣溫較低，寒冷季節(jié)的最低氣溫可達(dá)到-10℃以下。由此造成CS165-E潛孔鉆機(jī)原有風(fēng)水系統(tǒng)中的除塵水管經(jīng)常結(jié)冰堵塞，影響正常生產(chǎn)。目前，鉆機(jī)風(fēng)水系統(tǒng)保溫主要靠外接電熱風(fēng)加熱，耗電比較大。鉆機(jī)配備空壓機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的大量的散熱風(fēng)被排到野外，造成熱能浪費(fèi)，對(duì)此提出對(duì)鉆機(jī)風(fēng)水系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造。

1 改造方案

1.1 改造條件

目前風(fēng)水系統(tǒng)的管路和相關(guān)部件安裝在由除塵水箱、兩道鋼梁和上下底板組成的半封閉空間內(nèi)，改造時(shí)只需加以封堵，就可完成密封，改造工作量較少。除塵水箱內(nèi)已有電熱管對(duì)水箱加熱，故不必考慮水箱防凍的問題，為此改造創(chuàng)造了有利條件。

1.2 安裝導(dǎo)流窗

首先對(duì)風(fēng)水系統(tǒng)周圍進(jìn)行密封，避免熱量散失；其次將現(xiàn)有的熱風(fēng)出口封堵，封堵面積和引風(fēng)道截面積相等，以保證足夠的風(fēng)壓和引風(fēng)流量；再次在空壓機(jī)散熱風(fēng)道底部開一個(gè)0.5 m×0.4 m=0.2 m2的矩形孔，用于對(duì)裝引風(fēng)道；最后安裝導(dǎo)流窗，將散熱器排出的一部分熱風(fēng)利用自身壓力引導(dǎo)至風(fēng)水系統(tǒng)周圍，提高其環(huán)境溫度，達(dá)到防凍目的,如圖1所示。

圖1散熱風(fēng)低溫改造示意

1.3 輔助保溫裝置

考慮到空壓機(jī)停機(jī)時(shí)并不產(chǎn)生熱風(fēng)的情況，公司研究設(shè)計(jì)了一套停機(jī)時(shí)的輔助保溫裝置，主要由測(cè)溫傳感器、控制開關(guān)、交流接觸器以及自控溫電伴熱帶等組成，可以在系統(tǒng)溫度低于設(shè)定值時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)電輔助保溫裝置，在感應(yīng)到散熱風(fēng)系統(tǒng)溫度高于設(shè)定值時(shí)，將自動(dòng)關(guān)閉電保溫裝置，利用散熱風(fēng)進(jìn)行保溫，不僅節(jié)約了電耗，而且達(dá)到了全天候保溫的目的。

2 可行性分析

2.1 散熱風(fēng)保溫部分

鉆機(jī)配備的Ingersoll-Rand雙螺桿空壓機(jī)工作時(shí)冷卻液溫度可達(dá)到80℃～95℃，其散熱器排風(fēng)溫度在50℃以上，初步估算排風(fēng)壓力大概有5級(jí)左右，即風(fēng)速約為9 m/s，根據(jù)公式推算風(fēng)壓：

由此得排風(fēng)壓力為0.05 kPa，推斷散熱風(fēng)壓可以克服引風(fēng)管道的“煙囪效應(yīng)”排至鉆機(jī)下部。

熱風(fēng)口的尺寸為0.5 m×2 m=1 m2，按風(fēng)速9 m/s推算出排風(fēng)量約為9 m3/s；引風(fēng)管道設(shè)計(jì)截面尺寸為0.5 m×0.4 m=0.2 m2，在9 m/s的風(fēng)速下通風(fēng)能力為1.8 m3/s，由此推斷將50℃的散熱風(fēng)以1.8 m3/s的流量引入鉆機(jī)下部完全可以將風(fēng)水系統(tǒng)環(huán)境溫度提高到0℃以上，達(dá)到防凍目的。

2.2 電輔助保溫部分

自控溫電伴熱帶是在兩根平行金屬母線之間均勻地?cái)D包一層PTC材料制成的芯帶。

圖2 低溫防爆型電熱帶

電纜一端的兩根母線與電源接通時(shí)，電流從一根母線橫向流過PTC材料層到達(dá)另一根母線，PTC層就是連續(xù)并聯(lián)在母線之間的電阻發(fā)熱體，將電能轉(zhuǎn)化成熱能，見圖2。芯帶電阻隨溫度升高增大，到了高阻區(qū)，電阻大到幾乎阻斷電流，芯帶溫度便達(dá)到高限不再升高而自動(dòng)限溫。自限溫加熱帶具有溫度均勻、不會(huì)過熱、節(jié)約電能、升溫快速的特點(diǎn)，可在選用電熱帶的最長(zhǎng)使用長(zhǎng)度內(nèi)任意剪斷使用，重疊、交叉等使用。由于鉆機(jī)下部設(shè)計(jì)了較多零部件和各種管路，密閉性較差，熱量很容易散失，如果用空氣電熱棒則需要很大的功率。利用自控溫電伴熱帶的特點(diǎn)，只將電熱元件沿著水路部件平行或纏繞敷設(shè)進(jìn)行局部加溫，外部用石棉保溫材料防止熱量散失，理論上具有節(jié)約電耗、保溫效果好的優(yōu)點(diǎn)。至于溫度檢測(cè)控制電路目前已經(jīng)在各行業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，具有很成熟的解決方案，在項(xiàng)目實(shí)施過程中沒有大的技術(shù)難題。

3 改造后效能分析

(1) 節(jié)能效果。根據(jù)計(jì)算，鉆機(jī)用自控溫電伴熱帶約合30 m，按35 W/m的功率測(cè)算，改造后在待機(jī)狀態(tài)下每小時(shí)可以節(jié)電(2 kW-30×35/1000))×1 h=0.95 kW·h，在作業(yè)過程中每小時(shí)節(jié)電2 kW×1 h=2 kW·h，節(jié)能效果良好。

(2) 使用效果。在駕駛室設(shè)置一個(gè)自控溫電伴熱帶開關(guān)，只要在待機(jī)狀態(tài)下打開即可，而空壓機(jī)散熱風(fēng)利用在作業(yè)過程中會(huì)自動(dòng)啟用，操作比較簡(jiǎn)單方便。

4 結(jié) 論

綜上所述，通過對(duì)鉆機(jī)自有保溫系統(tǒng)節(jié)能的改造，同時(shí)也是對(duì)空壓機(jī)產(chǎn)生的熱能進(jìn)行利用，既能實(shí)現(xiàn)節(jié)能和防凍效果，又能保證鉆機(jī)生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)行；對(duì)于生產(chǎn)中的礦山來說，鉆機(jī)主要是進(jìn)行穿孔作業(yè)，降低穿孔成本和提高穿孔效率就更能體現(xiàn)鉆機(jī)的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊萬輝.自限溫電熱帶的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].化學(xué)工程,1996(2):71-75.

[2]段鵬文.露天鉆機(jī)新型除塵系統(tǒng)的研究[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2001(1):105-107.

[3]蘇汝維.塵源控制與治理技術(shù)問答[M].北京：經(jīng)濟(jì)學(xué)院出版社，1992:23-45.

[4]王 艷.空壓機(jī)的節(jié)能方法與途徑[J].通用機(jī)械，2008(9):48-51.