高寒地區(qū)CS165E鉆孔風水系統(tǒng)的節(jié)能保溫改造

張萊慶，孫鵬宇，劉 峰

(欒川龍宇鉬業(yè)有限公司， 河南 欒川縣 471500)

欒川龍宇鉬業(yè)南泥湖礦山的海拔高度在1330～1400 m之間，年平均氣溫較低，寒冷季節(jié)的最低氣溫可達到-10℃以下。由此造成CS165-E潛孔鉆機原有風水系統(tǒng)中的除塵水管經(jīng)常結冰堵塞，影響正常生產(chǎn)。目前，鉆機風水系統(tǒng)保溫主要靠外接電熱風加熱，耗電比較大。鉆機配備空壓機工作時產(chǎn)生的大量的散熱風被排到野外，造成熱能浪費，對此提出對鉆機風水系統(tǒng)進行節(jié)能改造。

1 改造方案

1.1 改造條件

目前風水系統(tǒng)的管路和相關部件安裝在由除塵水箱、兩道鋼梁和上下底板組成的半封閉空間內(nèi)，改造時只需加以封堵，就可完成密封，改造工作量較少。除塵水箱內(nèi)已有電熱管對水箱加熱，故不必考慮水箱防凍的問題，為此改造創(chuàng)造了有利條件。

1.2 安裝導流窗

首先對風水系統(tǒng)周圍進行密封，避免熱量散失；其次將現(xiàn)有的熱風出口封堵，封堵面積和引風道截面積相等，以保證足夠的風壓和引風流量；再次在空壓機散熱風道底部開一個0.5 m×0.4 m=0.2 m2的矩形孔，用于對裝引風道；最后安裝導流窗，將散熱器排出的一部分熱風利用自身壓力引導至風水系統(tǒng)周圍，提高其環(huán)境溫度，達到防凍目的,如圖1所示。

圖1散熱風低溫改造示意

1.3 輔助保溫裝置

考慮到空壓機停機時并不產(chǎn)生熱風的情況，公司研究設計了一套停機時的輔助保溫裝置，主要由測溫傳感器、控制開關、交流接觸器以及自控溫電伴熱帶等組成，可以在系統(tǒng)溫度低于設定值時自動啟動電輔助保溫裝置，在感應到散熱風系統(tǒng)溫度高于設定值時，將自動關閉電保溫裝置，利用散熱風進行保溫，不僅節(jié)約了電耗，而且達到了全天候保溫的目的。

2 可行性分析

2.1 散熱風保溫部分

鉆機配備的Ingersoll-Rand雙螺桿空壓機工作時冷卻液溫度可達到80℃～95℃，其散熱器排風溫度在50℃以上，初步估算排風壓力大概有5級左右，即風速約為9 m/s，根據(jù)公式推算風壓：

由此得排風壓力為0.05 kPa，推斷散熱風壓可以克服引風管道的“煙囪效應”排至鉆機下部。

熱風口的尺寸為0.5 m×2 m=1 m2，按風速9 m/s推算出排風量約為9 m3/s；引風管道設計截面尺寸為0.5 m×0.4 m=0.2 m2，在9 m/s的風速下通風能力為1.8 m3/s，由此推斷將50℃的散熱風以1.8 m3/s的流量引入鉆機下部完全可以將風水系統(tǒng)環(huán)境溫度提高到0℃以上，達到防凍目的。

2.2 電輔助保溫部分

自控溫電伴熱帶是在兩根平行金屬母線之間均勻地擠包一層PTC材料制成的芯帶。

圖2 低溫防爆型電熱帶

電纜一端的兩根母線與電源接通時，電流從一根母線橫向流過PTC材料層到達另一根母線，PTC層就是連續(xù)并聯(lián)在母線之間的電阻發(fā)熱體，將電能轉(zhuǎn)化成熱能，見圖2。芯帶電阻隨溫度升高增大，到了高阻區(qū)，電阻大到幾乎阻斷電流，芯帶溫度便達到高限不再升高而自動限溫。自限溫加熱帶具有溫度均勻、不會過熱、節(jié)約電能、升溫快速的特點，可在選用電熱帶的最長使用長度內(nèi)任意剪斷使用，重疊、交叉等使用。由于鉆機下部設計了較多零部件和各種管路，密閉性較差，熱量很容易散失，如果用空氣電熱棒則需要很大的功率。利用自控溫電伴熱帶的特點，只將電熱元件沿著水路部件平行或纏繞敷設進行局部加溫，外部用石棉保溫材料防止熱量散失，理論上具有節(jié)約電耗、保溫效果好的優(yōu)點。至于溫度檢測控制電路目前已經(jīng)在各行業(yè)領域廣泛應用，具有很成熟的解決方案，在項目實施過程中沒有大的技術難題。

3 改造后效能分析

(1) 節(jié)能效果。根據(jù)計算，鉆機用自控溫電伴熱帶約合30 m，按35 W/m的功率測算，改造后在待機狀態(tài)下每小時可以節(jié)電(2 kW-30×35/1000))×1 h=0.95 kW·h，在作業(yè)過程中每小時節(jié)電2 kW×1 h=2 kW·h，節(jié)能效果良好。

(2) 使用效果。在駕駛室設置一個自控溫電伴熱帶開關，只要在待機狀態(tài)下打開即可，而空壓機散熱風利用在作業(yè)過程中會自動啟用，操作比較簡單方便。

4 結 論

綜上所述，通過對鉆機自有保溫系統(tǒng)節(jié)能的改造，同時也是對空壓機產(chǎn)生的熱能進行利用，既能實現(xiàn)節(jié)能和防凍效果，又能保證鉆機生產(chǎn)的持續(xù)進行；對于生產(chǎn)中的礦山來說，鉆機主要是進行穿孔作業(yè)，降低穿孔成本和提高穿孔效率就更能體現(xiàn)鉆機的現(xiàn)實價值。

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