淺談礦用柴油機防爆排氣系統(tǒng)的改造獲獎科研報告

淺談礦用柴油機防爆排氣系統(tǒng)的改造獲獎科研報告摘要：在礦井作業(yè)中，防爆柴油機是最關(guān)鍵的牽引動力設備。而要想保證防爆柴油機的高效運行，提升防爆柴油機的技術(shù)水平，就必須要對防爆排氣系統(tǒng)進行改造?；诖耍疚闹攸c以濕式防爆排氣系統(tǒng)為例，對礦用柴油機防爆排氣系統(tǒng)的改造進行了詳細的分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：礦用柴油機；防爆；排氣系統(tǒng)；改造

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，柴油機在采掘業(yè)動力機械中的應用越來越廣泛。其中柴油機的使用環(huán)境為具有粉塵和氣體存在的爆炸性環(huán)境。而柴油機的使用，首要條件就是保證其運行的安全性。國家MT990-2006《礦用防爆柴油機通用技術(shù)條件》中明確規(guī)定“防爆柴油機任一部位表面溫度不得超過150℃，廢氣排出口溫度不得超過70℃，任何通氣部位不得有明火噴出”。也就是說，必須要對防爆柴油機排氣系統(tǒng)進行改造，確保降溫與阻焰效果，消除一切可能引起爆炸的因素。

一、防爆排氣系統(tǒng)類型

現(xiàn)階段，我國的防爆排氣系統(tǒng)主要涉及兩種類型：第一種是干式防爆排氣系統(tǒng)，第二種是濕式防爆排氣系統(tǒng)。其中，早期的干式防爆排氣系統(tǒng)主要是在井下礦用動力機械上使用，但是干式防爆排氣系統(tǒng)缺乏尾氣凈化功能，所以其應用優(yōu)勢非常不明顯，后期已經(jīng)逐漸淘汰出市場，被濕式防爆排氣系統(tǒng)所替代。但是隨著科學技術(shù)的發(fā)展，我國對干式防爆排氣系統(tǒng)進行了技術(shù)升級與創(chuàng)新，通過增加專門的尾氣凈化裝置，使其也具備了一定的尾氣凈化功能。所以，具備了尾氣凈化功能的干式防爆排氣系統(tǒng)在我國的應用也越來越廣泛。

（一）干式防爆排氣系統(tǒng)

對于干式防爆排氣系統(tǒng)來說，其排氣系統(tǒng)主要為干式排氣裝置，主要有以下幾部分組成：第一水夾層排氣歧管、第二雙層水冷式排氣波紋管、第三廢氣熱交換器、第四阻火器、第五火星捕捉器、第六排氣尾管等。其中，廢氣和冷卻水不會接觸，水冷式排氣歧管、水冷式排氣波紋管水套夾層、以及發(fā)動機冷卻水路之間長期保持連通狀態(tài)，這樣可以保障排氣降溫的效果。雙層水冷式排氣波紋管的主要作用就是實現(xiàn)零部件的便捷式組裝，并實現(xiàn)排氣的冷卻以及隔爆。廢氣熱交換器中包含很多散熱片以及水夾層，經(jīng)過廢氣熱交換器的排氣都會被冷卻，并將溫度控制在一個合理范圍內(nèi)。阻火器，又被人們稱為防爆柵欄，主要作用就是對火焰進行阻熄、對熱粒子進行快速降溫?；鹦遣蹲狡鞯闹饕饔镁褪遣蹲脚艢庵械幕鹧妫ε艢鈮毫Σ▌舆M行平衡控制，最大限度的降低排氣噪音的影響。排氣尾管的主要作用就是進行尾氣的分散與排除。由此可見，這種類型的防爆排氣系統(tǒng)無法有效除去尾氣中的固體微粒以及一氧化碳等有害物質(zhì)，井下作業(yè)環(huán)境得不到明顯的改善。

（二）濕式防爆排氣系統(tǒng)

與干式防爆排氣系統(tǒng)相比，濕式防爆排氣系統(tǒng)不僅有防爆功能，還有尾氣凈化功能，所以其應用范圍更為廣泛。而且有廢氣處理箱的設計，可以將流經(jīng)此處的廢氣進行冷卻、洗浴以及降溫，除去多余的火焰和火星，同時再通過水將NOx、HC以及固體微粒等有害物質(zhì)吸收，實現(xiàn)尾氣的凈化。

二、礦用柴油機防爆排氣系統(tǒng)的改造

接下來，本文將以柴油機濕式防爆排氣系統(tǒng)為例，從水夾層排氣管、廢氣處理箱以及阻火器三方面的改造來分析礦用柴油機防爆排氣系統(tǒng)的改造。

（一）水夾層排氣管的改造

防爆柴油機排氣管的表面溫度應當始終保持在150℃以下，所以要將冷卻水夾層設計到排氣歧管和排氣管外。而水夾層又分為外管和內(nèi)管兩部分，內(nèi)管充滿了柴油機排出來的廢氣，內(nèi)外管之間存在一個封閉腔，其中填充著冷卻水。而夾層內(nèi)的水又與柴油機冷卻系統(tǒng)連接，所以會使用閉式強制冷卻，必須要對發(fā)動機的水循環(huán)系統(tǒng)進行改造。在柴油機運行過程中，冷卻水會通過外管壁上的入口直接到達封閉腔，然后逆流向另一端出口，通過內(nèi)管關(guān)閉的熱傳遞來實現(xiàn)廢氣的冷卻。為了保證冷卻效果，可以盡可能多的散熱片設計到內(nèi)管外側(cè)管壁上，通過增大散熱面積來保證冷卻效果。

在對水夾套排氣管進行設計的時候，要盡可能使用大圓弧過度，減少排氣阻力，盡量不要出現(xiàn)急轉(zhuǎn)彎。同時注意保持所有管道通路具有相同的管徑。如果管道通路結(jié)構(gòu)過于復雜，要優(yōu)先運用多段管道分段連接的方式，確保制造難度在可控范圍內(nèi)，且與管道的接合面要以隔爆接合面為主。

（二）廢氣處理箱的改造

現(xiàn)階段，針對防爆柴油機的尾氣處理方式為水洗，也就是將尾氣排放到一個廢氣處理箱中，經(jīng)過箱內(nèi)一定高度的水來過濾掉其中的一些油煙、火花以及其它有害物質(zhì)等，實現(xiàn)尾氣的凈化和冷卻，之后再排放到空氣中。水洗廢氣的方式有兩種，但是不噴水的方式更受業(yè)內(nèi)人士認可。即把水夾層套管裝置作為排氣管，套管內(nèi)管中流通廢氣，外管內(nèi)流通冷卻水，水夾層套管與廢氣處理箱連接，進而將排氣管和廢氣處理箱的外殼溫度控制在150℃以下。廢氣處理箱內(nèi)儲存了水，廢氣通過水夾層套管就可以到達廢氣處理箱，但是箱內(nèi)還設計了兩個擋板，發(fā)揮阻隔作用。之后再經(jīng)過排氣防爆柵欄，然后再由排氣防爆柵欄直接排出箱外，這樣排氣溫度就會控制到70℃以下。這種水洗廢氣的方式有著非常好的散熱效果，且結(jié)構(gòu)也相對簡單。

在廢氣處理箱的上面安裝排氣防爆柵欄，統(tǒng)一柵欄的固定方式和拆卸方式，確保清洗方便。選擇加水方便的位置設計加水口，明確箱內(nèi)最高水平面，最好水平面上方還有預留出充足的空間，避免初始沖擊力過大引起跑水問題。箱體結(jié)合的設計必須要確保工作人員可以便捷的清潔箱內(nèi)雜質(zhì)。按照國家相關(guān)規(guī)定設計各大防爆面，選擇質(zhì)量最優(yōu)的鋼材，確保廢氣處理箱的使用壽命[1]。

（三）阻火器的改造

阻火器主要安裝在廢氣處理箱后面，主要組成結(jié)構(gòu)包含兩部分：第一阻火器外殼，第二阻火器元件。阻火器的主要功能是將溫度控制到70℃以下。其熄滅火焰原理是通過器壁效應以及傳熱作用。阻火器包含了很多細小的通道和空隙的固體材質(zhì)。當火焰進入阻火器之后，就會立即將能量傳遞到隔爆間隙表面，然后通過間隙的時候被分成若干細小火焰流，此時火焰溫度就會有所減小，明火逐步向高溫煙霧轉(zhuǎn)變，火焰就會因為無法正常傳播而降低、熄滅。在柴油機防爆排氣系統(tǒng)中，水封式阻火器的應用最為廣泛，集防爆、凈化以及阻止回火等功能于一體。

阻火器的改造需要注意安裝定位準確，且清晰、檢驗以及裝配方便。阻火器框架隔爆接合面的寬度應當在25mm以上，嚴禁對阻火器框架隔爆接合面實施鉆孔作業(yè)。阻火器的制作材料需要具備較高的耐高溫、磨損以及磨損等性能。阻火器柵欄板的厚度應當控制到1mm以上，平面度控制到0.15mm以下，氣流方向?qū)挾纫惨刂频?0mm以上，兩個相鄰的柵欄板之間的間隙需要控制在0.5mm以下。對阻火器進行定期檢查和清晰，防止排氣不暢降低發(fā)動機的功率，影響其使用壽命[2]。

結(jié)語：

綜上所述，為了保證柴油機防爆性