礦車燃油預熱系統技術開發與應用

郭 雷，王國強，王二利

(1.承德石油高等專科學校機械工程系，河北 承德 067000;2.北京安沃科技有限公司，北京 102446)

我國北方冬季比較寒冷，礦車往往會出現由于燃油結蠟導致發動機停機無法正常工作及礦車無法啟動導致無法采礦和運輸的問題［1-4］。為了避免此類問題的出現，這類柴油車、發電車必須使用與環境溫度相適應的高標號柴油，而高標號的柴油的高成本(柴油每提高一個標號每t價格將增加100～200元)也給企業和運輸人員增加了很大的成本壓力。200 t礦車采用柴油發動機，由于礦山冬季環境比較惡劣(現場無暖庫)，常常由于燃油結蠟問題導致發動機停機無法工作，影響礦車的正常運行［5-6］。

本研究主要是首先對冷卻液進行預熱，再利用達到預定溫度的冷卻液對油箱及管路內的燃油進行加熱，從而解決此問題。

1 方案原理

柴油機燃油預熱系統改造方案如圖1所示，副油箱內裝低標號柴油(－35#)，從而確保輔助加熱設備在低溫極端環境下可以正常啟動并加熱發動機內的冷卻液。利用副油箱中的柴油對冷卻液進行加熱，加熱到預定溫度的冷卻液首先通過油箱取油加熱器，將熱量傳遞給燃油箱內的柴油，使其預熱油箱中的燃油，確保燃油箱的燃油不會結蠟;由于油箱與發動機之間的距離較遠，環境溫度較低，燃油管路中增加了管路加熱器，燃油經過管路加熱器后被繼續加熱，確保了管路里的油不會結蠟;另外，為了防止油水分離器結蠟，加裝油水分離器加熱器確保油水分離器里的柴油不會結蠟;燃油經過濾芯后，繼續流入溫控閥，如果燃油溫度到達40℃后溫控閥將會自動切斷加熱水路，避免管路燒干，確保發動機正常使用。

2 實驗數據分析

本文分別對柴油機燃油預熱改造系統中的油箱取油加熱器、管路加熱器及濾芯加熱器進行了實驗研究，通過對其實驗過程中加熱器進出口的燃油溫度進行數據采集，觀察并記錄了油箱及燃油管路中柴油溫度的變化，分析其加熱效果是否能夠滿足要求。

2.1 油箱取油加熱器

油箱取油加熱器實驗系統如圖2所示，在實驗中，利用恒溫水箱提供恒定溫度的循環冷卻液，為火龍加熱器提供熱源，并保持循環冷卻液的流量和溫度保持不變。加熱器與實驗油箱組裝好后放入低溫試驗箱，將溫度調至－30℃，待油箱內的平均溫度降至－30℃時進行實驗，其冷卻液流量調為600 L/h，持續15分鐘，待其運行穩定之后打開油泵，開始取油，觀察并記錄加熱器進出口油溫變化，實驗數據如圖3所示。從圖3中可以看出，在外界溫度為－30℃的情況下，油箱出口油溫穩定在6～8℃，在此條件下用0#柴油代替－35#柴油是完全可行的，達到了燃油系統改造的目的。

2.2 管路加熱器

管路加熱器實驗系統如圖4a)所示，其管路加熱器的結構如圖4b)所示。首先將油箱內的平均溫度降至－2℃時進行實驗，其冷卻液流量調為600 L/h，持續運行15 min，待運行穩定之后開始通油，并觀察記錄加熱器進出口燃油溫度的變化，其實驗數據如圖5所示，從圖中可以看出，燃油經過管路加熱器之后，出口溫度維持在10.5～12℃之間，從而可以保證管路內的燃油不會因為溫度較低結蠟導致管路堵塞，進而避免了由于溫度較低導致發動機停機無法正常運行問題的發生。

2.3 濾芯加熱器

濾芯加熱器的實驗系統如圖6所示，水箱中的冷卻液首先經加熱器加熱至預定溫度，之后，冷卻液通過濾芯加熱器對取油加熱器中流出的燃油再次進行加熱。實驗中冷卻液流量調為600 L/h，觀察并記錄濾芯加熱器進出口油溫的變化，其油溫變化如圖7所示，從圖中可以看出，濾芯出口的油溫能夠達到25℃以上，此溫度完全能夠滿足發動機采用0#柴油正常運行的要求，達到了燃油系統改造的目的。

3 經濟效益分析

本文對礦車發動機燃油系統的改造實驗取得了成功，達到了設計的目的，使其在我國北方冬季寒冷地區礦車的“燃油低燒”得以實現，其經濟效益非常可觀，以我國內蒙古某煤炭公司大型礦場為例，以當地－30℃為低溫(每年有90 d處于該溫度下)，主要節約的成本主要來自于節約的濾芯和不同標號柴油的差價，其改造前后的運行費用如表1所示。

表1 某大型礦場礦車燃油系統改造前后運行費用對比表

從上表可以看出，若該技術能夠得以推廣使用，其經濟效益非常客觀。

4 結論

本研究對發動機燃油管路預熱系統的改造是充分利用發動機冷卻液的熱量對油箱及管路中的燃油進行預熱，通過對油箱取油加熱器、管路加熱器及濾芯加熱器的實驗研究，發現其出口油溫完全能夠滿足礦車在寒冷冬季采用0#柴油來代替－35#柴油而正常運行的要求，達到了發動機燃油系統改造的目的，而且能為企業節約大量的運行成本，在工程實踐中具有很好的應用前景和研究價值。

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［3］謝新民，土明林，鄧松圣等.新型燃油加熱器研制［J］.節能技術，2004(6):42－46.

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［5］吳社強.柴油機低溫冷啟動方法探討［J］.柴油機，2003(2):53－56.

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