一體式內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力潛孔鉆機(jī)尾氣排放余熱再利用技術(shù)探析

宮福會(huì)

摘要：一體式內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力潛孔鉆機(jī)，主要應(yīng)用于大型露天礦山，是露天礦山開采工藝中穿孔施工最重要的施工設(shè)備。運(yùn)行動(dòng)力依靠柴油內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作運(yùn)行期間尾氣排放溫度約在600-800攝氏度，對(duì)此熱源進(jìn)行收集導(dǎo)流合理利用，可做為潛孔鉆機(jī)降塵用水的加熱熱源，對(duì)潛孔鉆機(jī)降塵用水進(jìn)行加熱升溫，避免設(shè)備在冬季極寒地區(qū)運(yùn)行作業(yè)期間，風(fēng)水系統(tǒng)出現(xiàn)冰凍導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行的情況出現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：一體式；內(nèi)燃機(jī)；潛孔鉆機(jī)；尾氣；余熱；再利用

引言：

目前，一體式內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力鉆機(jī)具有穿孔作業(yè)效率高、故障率低、操作簡(jiǎn)便舒適、移設(shè)靈活的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，是大型露天礦山企業(yè)使用最為普遍的穿孔施工設(shè)備。對(duì)鉆機(jī)內(nèi)燃機(jī)尾氣排放的余熱進(jìn)行合理利用，做為熱源對(duì)鉆機(jī)在穿孔作業(yè)過(guò)程中的降塵用水進(jìn)行加熱，保障鉆機(jī)在極寒氣候條件下的正常運(yùn)行，在一體式內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力潛孔鉆機(jī)領(lǐng)域尚屬空白。本文就如何對(duì)鉆機(jī)內(nèi)燃機(jī)尾氣排放余熱再利用進(jìn)行簡(jiǎn)要探討和分析。

一、一體式內(nèi)燃機(jī)潛孔鉆機(jī)現(xiàn)狀

應(yīng)國(guó)家“既要青山綠水，又要金山銀山”的環(huán)保要求，目前在國(guó)內(nèi)大型露天礦山行業(yè)，清潔生產(chǎn)環(huán)保達(dá)標(biāo)是硬性指標(biāo)和要求。穿孔施工是大型露天礦山開采工藝的重要環(huán)節(jié)，內(nèi)燃機(jī)式潛孔鉆機(jī)具有移設(shè)靈活、操作舒適、作業(yè)效率高等方面的優(yōu)勢(shì)，是目前國(guó)內(nèi)大型露天礦山應(yīng)用較為廣泛的穿孔鑿巖設(shè)備。其采用的穿孔降塵方式為干式除塵和濕式除塵兩種，而干式除塵受作業(yè)條件影響較大，降塵效果較差，不能夠符合國(guó)家清潔生產(chǎn)的環(huán)保要求。因此，多采用濕式除塵作為主要的穿孔降塵方式。濕式除塵最大的弊端即是在極寒氣候條件下，風(fēng)水降塵系統(tǒng)易產(chǎn)生冰凍，導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行，而影響整個(gè)生產(chǎn)開采流程。

在國(guó)內(nèi)北方大型露天礦山企業(yè)，多處于高海拔且常年平均氣溫較低的地理區(qū)域，自每年11月至次年3月均處于極寒天氣，受氣候天氣條件的影響，在低氣溫時(shí)間段內(nèi)，鉆機(jī)風(fēng)水降塵系統(tǒng)易出現(xiàn)反復(fù)冰凍，導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行的情況出現(xiàn)。并且每次處理風(fēng)水降塵系統(tǒng)冰凍，需要耗費(fèi)很大的時(shí)間、人力和物力。

二、導(dǎo)致潛孔鉆機(jī)風(fēng)水降塵系統(tǒng)極寒天氣冰凍的因素

（一）風(fēng)水降塵系統(tǒng)工作原理

潛孔鉆機(jī)風(fēng)水降塵系統(tǒng)，主要有降塵水箱、供水管道、供水水泵、壓縮風(fēng)管道四部分組成，降塵水箱是降塵用水的存儲(chǔ)裝置，供水管道和水泵主要是將降塵用水進(jìn)行輸送，壓縮風(fēng)管道主要是將降塵水通過(guò)壓縮風(fēng)的作用將降塵水噴灑在鉆機(jī)穿孔孔內(nèi)底部。其工作原理是，存儲(chǔ)在降塵水箱內(nèi)的降塵用水，經(jīng)供水管道和水泵的作用將降塵用水輸送至壓縮風(fēng)管道，在風(fēng)的作用力下將降塵用水經(jīng)回轉(zhuǎn)頭、鉆桿、沖擊器、鉆頭后噴灑在鉆機(jī)穿孔孔內(nèi)底部。完成鉆機(jī)在進(jìn)行鑿巖作業(yè)時(shí)的揚(yáng)塵抑制工作。

（二）風(fēng)水系統(tǒng)冰凍原因

經(jīng)實(shí)際探析，潛孔鉆機(jī)降塵用水在經(jīng)過(guò)鋼制壓縮風(fēng)管道時(shí)，其流動(dòng)速度約6m/s，且在壓縮風(fēng)的作用力下會(huì)形成霧狀向前流動(dòng)，在冬季極寒天氣條件下，鋼制壓縮風(fēng)管道表面溫度過(guò)低，會(huì)使霧狀流動(dòng)的降塵用水在管道內(nèi)壁層層結(jié)冰，最終導(dǎo)致風(fēng)水管道完全冰凍，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

三、鉆機(jī)內(nèi)燃機(jī)尾氣排放余熱再利用

（一）內(nèi)燃機(jī)渦輪增壓器工作原理

發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器，是一種利用內(nèi)燃機(jī)運(yùn)作所產(chǎn)生的廢氣通過(guò)同軸的兩個(gè)葉輪組成的結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)?？稍黾舆M(jìn)入內(nèi)燃機(jī)的空氣流量，從而提升燃燒效率。透過(guò)利用排出廢氣的熱量及流量，提升內(nèi)燃機(jī)的輸出功率或者在同等輸出功率下提升燃油經(jīng)濟(jì)性。廢氣通過(guò)排氣歧管進(jìn)入渦輪殼體推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)。因渦輪和葉輪共軸所以在另一側(cè)殼體內(nèi)的葉輪也跟隨渦輪共同旋轉(zhuǎn)，葉輪壓縮空氣并將高密度的壓縮空氣送去入燃燒室內(nèi)參與燃燒。整個(gè)過(guò)程不從發(fā)動(dòng)機(jī)取力，利用發(fā)動(dòng)機(jī)工作產(chǎn)生的廢氣推動(dòng)，幾乎不使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生額外的負(fù)載。排氣從氣缸出來(lái)到增壓器前溫度約在1000度以上，進(jìn)增壓器推動(dòng)渦輪后溫度約為600-800度。

（二）如何對(duì)尾氣排放余熱再利用

對(duì)尾氣排放余熱再利用，主要是對(duì)鉆機(jī)降塵用水存儲(chǔ)水箱進(jìn)行技術(shù)改造，對(duì)尾氣排放的余熱進(jìn)行收集利用，作為熱源對(duì)降塵用水進(jìn)行加熱。主要有鋼制箱體①、熱源收集導(dǎo)流鋼制管道⑥、管道支架⑤、檢修孔②、φ100mm加水口③、φ50mm排氣口④、φ25mm出水口⑨、φ50mm放空排污口⑩八個(gè)部件構(gòu)成。其中鋼制箱體采用厚度為8mm的普通鋼板，依據(jù)鉆機(jī)每天作業(yè)所需的降塵用水量，焊接容積為2m?的長(zhǎng)方體水箱，在水箱上部開500mm*500mm的檢查檢修孔、φ100mm加水口、φ50mm排氣口以及φ100mm的熱源釋放口。在水箱底部開φ100mm熱源收集口、φ25mm出水口以及φ50mm放空排污口，并在出水口和排污口上加裝鋼制球閥。利用φ100mm的無(wú)縫鋼管，制作“S”型熱源收集導(dǎo)流管道，下端連接水箱底部的熱源收集口，上端連接水箱上部的熱源釋放口，中間用管道支架支撐固定“S”型熱源收集導(dǎo)流鋼制管道，安裝于水箱內(nèi)部。

其工作原理主要是對(duì)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)工作產(chǎn)生的600-800度的熱量進(jìn)行收集導(dǎo)流，利用“S”型熱源收集導(dǎo)流鋼制管道熱傳遞和散熱良好的特性，在降塵水箱內(nèi)部形成熱源，完成降塵用水的加熱升溫。

其工作方式是φ100mm的熱源收集口⑧與發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放

導(dǎo)管連接，用于收集內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的余熱，作為降塵用水加熱的熱源，收集后的熱源經(jīng)φ100mm“S”型熱源收集導(dǎo)流鋼制管道⑥，在水箱①內(nèi)成“S”型循環(huán)，利用鋼制熱源導(dǎo)流管熱傳遞和散熱性能良好的特性，為水箱①內(nèi)的降塵用水加熱。在設(shè)備開動(dòng)運(yùn)行期間，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)工作，即可為水箱提供源源不斷的熱源。

四、結(jié)論

簡(jiǎn)而言之，通過(guò)對(duì)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力潛孔鉆機(jī)尾氣排放余熱再利用技術(shù)的探討分析和研究，在不改變內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力潛孔鉆機(jī)技術(shù)性能，不增加內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)工作負(fù)荷的前提條件下，合理利用內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力潛孔鉆機(jī)的廢棄資源，能夠有效的解決內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力潛孔鉆機(jī)在極寒氣候條件下風(fēng)水系統(tǒng)易產(chǎn)生冰凍的問(wèn)題，保障鉆機(jī)的正常運(yùn)行。具有很強(qiáng)的推廣意義，在大型露天礦山機(jī)械行業(yè)具有很大的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]毛興茄.廢氣渦輪增壓技術(shù)論文

[2]趙雨旸.增壓器.北京化學(xué)工業(yè)出版社.2005

（作者單位：欒川龍宇鉬業(yè)有限公司）