一体式内燃机动力潜孔钻机尾气排放余热再利用技术探析

宫福会

摘要：一体式内燃机动力潜孔钻机，主要应用于大型露天矿山，是露天矿山开采工艺中穿孔施工最重要的施工设备。运行动力依靠柴油内燃发动机，发动机工作运行期间尾气排放温度约在600-800摄氏度，对此热源进行收集导流合理利用，可做为潜孔钻机降尘用水的加热热源，对潜孔钻机降尘用水进行加热升温，避免设备在冬季极寒地区运行作业期间，风水系统出现冰冻导致设备无法正常运行的情况出现。

关键词：一体式；内燃机；潜孔钻机；尾气；余热；再利用

引言：

目前，一体式内燃机动力钻机具有穿孔作业效率高、故障率低、操作简便舒适、移设灵活的特点和优势，是大型露天矿山企业使用最为普遍的穿孔施工设备。对钻机内燃机尾气排放的余热进行合理利用，做为热源对钻机在穿孔作业过程中的降尘用水进行加热，保障钻机在极寒气候条件下的正常运行，在一体式内燃机动力潜孔钻机领域尚属空白。本文就如何对钻机内燃机尾气排放余热再利用进行简要探讨和分析。

一、一体式内燃机潜孔钻机现状

应国家“既要青山绿水，又要金山银山”的环保要求，目前在国内大型露天矿山行业，清洁生产环保达标是硬性指标和要求。穿孔施工是大型露天矿山开采工艺的重要环节，内燃机式潜孔钻机具有移设灵活、操作舒适、作业效率高等方面的优势，是目前国内大型露天矿山应用较为广泛的穿孔凿岩设备。其采用的穿孔降尘方式为干式除尘和湿式除尘两种，而干式除尘受作业条件影响较大，降尘效果较差，不能够符合国家清洁生产的环保要求。因此，多采用湿式除尘作为主要的穿孔降尘方式。湿式除尘最大的弊端即是在极寒气候条件下，风水降尘系统易产生冰冻，导致设备无法正常运行，而影响整个生产开采流程。

在国内北方大型露天矿山企业，多处于高海拔且常年平均气温较低的地理区域，自每年11月至次年3月均处于极寒天气，受气候天气条件的影响，在低气温时间段内，钻机风水降尘系统易出现反复冰冻，导致设备无法正常运行的情况出现。并且每次处理风水降尘系统冰冻，需要耗费很大的时间、人力和物力。

二、导致潜孔钻机风水降尘系统极寒天气冰冻的因素

（一）风水降尘系统工作原理

潜孔钻机风水降尘系统，主要有降尘水箱、供水管道、供水水泵、压缩风管道四部分组成，降尘水箱是降尘用水的存储装置，供水管道和水泵主要是将降尘用水进行输送，压缩风管道主要是将降尘水通过压缩风的作用将降尘水喷洒在钻机穿孔孔内底部。其工作原理是，存储在降尘水箱内的降尘用水，经供水管道和水泵的作用将降尘用水输送至压缩风管道，在风的作用力下将降尘用水经回转头、钻杆、冲击器、钻头后喷洒在钻机穿孔孔内底部。完成钻机在进行凿岩作业时的扬尘抑制工作。

（二）风水系统冰冻原因

经实际探析，潜孔钻机降尘用水在经过钢制压缩风管道时，其流动速度约6m/s，且在压缩风的作用力下会形成雾状向前流动，在冬季极寒天气条件下，钢制压缩风管道表面温度过低，会使雾状流动的降尘用水在管道内壁层层结冰，最终导致风水管道完全冰冻，影响设备的正常运行。

三、钻机内燃机尾气排放余热再利用

（一）内燃机涡轮增压器工作原理

发动机涡轮增压器，是一种利用内燃机运作所产生的废气通过同轴的两个叶轮组成的结构驱动的空气压缩机。可增加进入内燃机的空气流量，从而提升燃烧效率。透过利用排出废气的热量及流量，提升内燃机的输出功率或者在同等输出功率下提升燃油经济性。廢气通过排气歧管进入涡轮壳体推动涡轮旋转。因涡轮和叶轮共轴所以在另一侧壳体内的叶轮也跟随涡轮共同旋转，叶轮压缩空气并将高密度的压缩空气送去入燃烧室内参与燃烧。整个过程不从发动机取力，利用发动机工作产生的废气推动，几乎不使发动机产生额外的负载。排气从气缸出来到增压器前温度约在1000度以上，进增压器推动涡轮后温度约为600-800度。

（二）如何对尾气排放余热再利用

对尾气排放余热再利用，主要是对钻机降尘用水存储水箱进行技术改造，对尾气排放的余热进行收集利用，作为热源对降尘用水进行加热。主要有钢制箱体①、热源收集导流钢制管道⑥、管道支架⑤、检修孔②、φ100mm加水口③、φ50mm排气口④、φ25mm出水口⑨、φ50mm放空排污口⑩八个部件构成。其中钢制箱体采用厚度为8mm的普通钢板，依据钻机每天作业所需的降尘用水量，焊接容积为2m?的长方体水箱，在水箱上部开500mm*500mm的检查检修孔、φ100mm加水口、φ50mm排气口以及φ100mm的热源释放口。在水箱底部开φ100mm热源收集口、φ25mm出水口以及φ50mm放空排污口，并在出水口和排污口上加装钢制球阀。利用φ100mm的无缝钢管，制作“S”型热源收集导流管道，下端连接水箱底部的热源收集口，上端连接水箱上部的热源释放口，中间用管道支架支撑固定“S”型热源收集导流钢制管道，安装于水箱内部。

其工作原理主要是对内燃发动机工作产生的600-800度的热量进行收集导流，利用“S”型热源收集导流钢制管道热传递和散热良好的特性，在降尘水箱内部形成热源，完成降尘用水的加热升温。

其工作方式是φ100mm的热源收集口⑧与发动机尾气排放

导管连接，用于收集内燃发动机工作时产生的余热，作为降尘用水加热的热源，收集后的热源经φ100mm“S”型热源收集导流钢制管道⑥，在水箱①内成“S”型循环，利用钢制热源导流管热传递和散热性能良好的特性，为水箱①内的降尘用水加热。在设备开动运行期间，内燃发动机工作，即可为水箱提供源源不断的热源。

四、结论

简而言之，通过对内燃机动力潜孔钻机尾气排放余热再利用技术的探讨分析和研究，在不改变内燃机动力潜孔钻机技术性能，不增加内燃发动机工作负荷的前提条件下，合理利用内燃机动力潜孔钻机的废弃资源，能够有效的解决内燃机动力潜孔钻机在极寒气候条件下风水系统易产生冰冻的问题，保障钻机的正常运行。具有很强的推广意义，在大型露天矿山机械行业具有很大的推广和应用价值。

参考文献

[1]毛兴茄.废气涡轮增压技术论文

[2]赵雨旸.增压器.北京化学工业出版社.2005

（作者单位：栾川龙宇钼业有限公司）