一體式內(nèi)燃機動力潛孔鉆機尾氣排放余熱再利用技術(shù)探析

宮福會

摘要：一體式內(nèi)燃機動力潛孔鉆機，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。運行動力依靠柴油內(nèi)燃發(fā)動機，發(fā)動機工作運行期間尾氣排放溫度約在600-800攝氏度，對此熱源進行收集導(dǎo)流合理利用，可做為潛孔鉆機降塵用水的加熱熱源，對潛孔鉆機降塵用水進行加熱升溫，避免設(shè)備在冬季極寒地區(qū)運行作業(yè)期間，風(fēng)水系統(tǒng)出現(xiàn)冰凍導(dǎo)致設(shè)備無法正常運行的情況出現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：一體式；內(nèi)燃機；潛孔鉆機；尾氣；余熱；再利用

引言：

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

一、一體式內(nèi)燃機潛孔鉆機現(xiàn)狀

應(yīng)國家“既要青山綠水，又要金山銀山”的環(huán)保要求，目前在國內(nèi)大型露天礦山行業(yè)，清潔生產(chǎn)環(huán)保達標是硬性指標和要求。穿孔施工是大型露天礦山開采工藝的重要環(huán)節(jié)，內(nèi)燃機式潛孔鉆機具有移設(shè)靈活、操作舒適、作業(yè)效率高等方面的優(yōu)勢，是目前國內(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)備無法正常運行，而影響整個生產(chǎn)開采流程。

在國內(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，在低氣溫時間段內(nèi)，鉆機風(fēng)水降塵系統(tǒng)易出現(xiàn)反復(fù)冰凍，導(dǎo)致設(shè)備無法正常運行的情況出現(xiàn)。并且每次處理風(fēng)水降塵系統(tǒng)冰凍，需要耗費很大的時間、人力和物力。

二、導(dǎo)致潛孔鉆機風(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裝置，供水管道和水泵主要是將降塵用水進行輸送，壓縮風(fēng)管道主要是將降塵水通過壓縮風(fēng)的作用將降塵水噴灑在鉆機穿孔孔內(nèi)底部。其工作原理是，存儲在降塵水箱內(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、鉆頭后噴灑在鉆機穿孔孔內(nèi)底部。完成鉆機在進行鑿巖作業(yè)時的揚塵抑制工作。

（二）風(fēng)水系統(tǒng)冰凍原因

經(jīng)實際探析，潛孔鉆機降塵用水在經(jīng)過鋼制壓縮風(fēng)管道時，其流動速度約6m/s，且在壓縮風(fēng)的作用力下會形成霧狀向前流動，在冬季極寒天氣條件下，鋼制壓縮風(fēng)管道表面溫度過低，會使霧狀流動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)備的正常運行。

三、鉆機內(nèi)燃機尾氣排放余熱再利用

（一）內(nèi)燃機渦輪增壓器工作原理

發(fā)動機渦輪增壓器，是一種利用內(nèi)燃機運作所產(chǎn)生的廢氣通過同軸的兩個葉輪組成的結(jié)構(gòu)驅(qū)動的空氣壓縮機。可增加進入內(nèi)燃機的空氣流量，從而提升燃燒效率。透過利用排出廢氣的熱量及流量，提升內(nèi)燃機的輸出功率或者在同等輸出功率下提升燃油經(jīng)濟性。廢氣通過排氣歧管進入渦輪殼體推動渦輪旋轉(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。整個過程不從發(fā)動機取力，利用發(fā)動機工作產(chǎn)生的廢氣推動，幾乎不使發(fā)動機產(chǎn)生額外的負載。排氣從氣缸出來到增壓器前溫度約在1000度以上，進增壓器推動渦輪后溫度約為600-800度。

（二）如何對尾氣排放余熱再利用

對尾氣排放余熱再利用，主要是對鉆機降塵用水存儲水箱進行技術(shù)改造，對尾氣排放的余熱進行收集利用，作為熱源對降塵用水進行加熱。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)鉆機每天作業(yè)所需的降塵用水量，焊接容積為2m?的長方體水箱，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內(nèi)燃發(fā)動機工作產(chǎn)生的600-800度的熱量進行收集導(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)動機尾氣排放

導(dǎo)管連接，用于收集內(nèi)燃發(fā)動機工作時產(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)備開動運行期間，內(nèi)燃發(fā)動機工作，即可為水箱提供源源不斷的熱源。

四、結(jié)論

簡而言之，通過對內(nèi)燃機動力潛孔鉆機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)燃機動力潛孔鉆機技術(shù)性能，不增加內(nèi)燃發(fā)動機工作負荷的前提條件下，合理利用內(nèi)燃機動力潛孔鉆機的廢棄資源，能夠有效的解決內(nèi)燃機動力潛孔鉆機在極寒氣候條件下風(fēng)水系統(tǒng)易產(chǎn)生冰凍的問題，保障鉆機的正常運行。具有很強的推廣意義，在大型露天礦山機械行業(yè)具有很大的推廣和應(yīng)用價值。

參考文獻

[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）