浅谈矿用柴油机防爆排气系统的改造获奖科研报告

浅谈矿用柴油机防爆排气系统的改造获奖科研报告摘要：在矿井作业中，防爆柴油机是最关键的牵引动力设备。而要想保证防爆柴油机的高效运行，提升防爆柴油机的技术水平，就必须要对防爆排气系统进行改造。基于此，本文重点以湿式防爆排气系统为例，对矿用柴油机防爆排气系统的改造进行了详细的分析，以供参考。

关键词：矿用柴油机；防爆；排气系统；改造

随着科学技术的发展，柴油机在采掘业动力机械中的应用越来越广泛。其中柴油机的使用环境为具有粉尘和气体存在的爆炸性环境。而柴油机的使用，首要条件就是保证其运行的安全性。国家MT990-2006《矿用防爆柴油机通用技术条件》中明确规定“防爆柴油机任一部位表面温度不得超过150℃，废气排出口温度不得超过70℃，任何通气部位不得有明火喷出”。也就是说，必须要对防爆柴油机排气系统进行改造，确保降温与阻焰效果，消除一切可能引起爆炸的因素。

一、防爆排气系统类型

现阶段，我国的防爆排气系统主要涉及两种类型：第一种是干式防爆排气系统，第二种是湿式防爆排气系统。其中，早期的干式防爆排气系统主要是在井下矿用动力机械上使用，但是干式防爆排气系统缺乏尾气净化功能，所以其应用优势非常不明显，后期已经逐渐淘汰出市场，被湿式防爆排气系统所替代。但是随着科学技术的发展，我国对干式防爆排气系统进行了技术升级与创新，通过增加专门的尾气净化装置，使其也具备了一定的尾气净化功能。所以，具备了尾气净化功能的干式防爆排气系统在我国的应用也越来越广泛。

（一）干式防爆排气系统

对于干式防爆排气系统来说，其排气系统主要为干式排气装置，主要有以下几部分组成：第一水夹层排气歧管、第二双层水冷式排气波纹管、第三废气热交换器、第四阻火器、第五火星捕捉器、第六排气尾管等。其中，废气和冷却水不会接触，水冷式排气歧管、水冷式排气波纹管水套夹层、以及发动机冷却水路之间长期保持连通状态，这样可以保障排气降温的效果。双层水冷式排气波纹管的主要作用就是实现零部件的便捷式组装，并实现排气的冷却以及隔爆。废气热交换器中包含很多散热片以及水夹层，经过废气热交换器的排气都会被冷却，并将温度控制在一个合理范围内。阻火器，又被人们称为防爆栅栏，主要作用就是对火焰进行阻熄、对热粒子进行快速降温。火星捕捉器的主要作用就是捕捉排气中的火焰，并对排气压力波动进行平衡控制，最大限度的降低排气噪音的影响。排气尾管的主要作用就是进行尾气的分散与排除。由此可见，这种类型的防爆排气系统无法有效除去尾气中的固体微粒以及一氧化碳等有害物质，井下作业环境得不到明显的改善。

（二）湿式防爆排气系统

与干式防爆排气系统相比，湿式防爆排气系统不仅有防爆功能，还有尾气净化功能，所以其应用范围更为广泛。而且有废气处理箱的设计，可以将流经此处的废气进行冷却、洗浴以及降温，除去多余的火焰和火星，同时再通过水将NOx、HC以及固体微粒等有害物质吸收，实现尾气的净化。

二、矿用柴油机防爆排气系统的改造

接下来，本文将以柴油机湿式防爆排气系统为例，从水夹层排气管、废气处理箱以及阻火器三方面的改造来分析矿用柴油机防爆排气系统的改造。

（一）水夹层排气管的改造

防爆柴油机排气管的表面温度应当始终保持在150℃以下，所以要将冷却水夹层设计到排气歧管和排气管外。而水夹层又分为外管和内管两部分，内管充满了柴油机排出来的废气，内外管之间存在一个封闭腔，其中填充着冷却水。而夹层内的水又与柴油机冷却系统连接，所以会使用闭式强制冷却，必须要对发动机的水循环系统进行改造。在柴油机运行过程中，冷却水会通过外管壁上的入口直接到达封闭腔，然后逆流向另一端出口，通过内管关闭的热传递来实现废气的冷却。为了保证冷却效果，可以尽可能多的散热片设计到内管外侧管壁上，通过增大散热面积来保证冷却效果。

在对水夹套排气管进行设计的时候，要尽可能使用大圆弧过度，减少排气阻力，尽量不要出现急转弯。同时注意保持所有管道通路具有相同的管径。如果管道通路结构过于复杂，要优先运用多段管道分段连接的方式，确保制造难度在可控范围内，且与管道的接合面要以隔爆接合面为主。

（二）废气处理箱的改造

现阶段，针对防爆柴油机的尾气处理方式为水洗，也就是将尾气排放到一个废气处理箱中，经过箱内一定高度的水来过滤掉其中的一些油烟、火花以及其它有害物质等，实现尾气的净化和冷却，之后再排放到空气中。水洗废气的方式有两种，但是不喷水的方式更受业内人士认可。即把水夹层套管装置作为排气管，套管内管中流通废气，外管内流通冷却水，水夹层套管与废气处理箱连接，进而将排气管和废气处理箱的外壳温度控制在150℃以下。废气处理箱内储存了水，废气通过水夹层套管就可以到达废气处理箱，但是箱内还设计了两个挡板，发挥阻隔作用。之后再经过排气防爆栅栏，然后再由排气防爆栅栏直接排出箱外，这样排气温度就会控制到70℃以下。這种水洗废气的方式有着非常好的散热效果，且结构也相对简单。

在废气处理箱的上面安装排气防爆栅栏，统一栅栏的固定方式和拆卸方式，确保清洗方便。选择加水方便的位置设计加水口，明确箱内最高水平面，最好水平面上方还有预留出充足的空间，避免初始冲击力过大引起跑水问题。箱体结合的设计必须要确保工作人员可以便捷的清洁箱内杂质。按照国家相关规定设计各大防爆面，选择质量最优的钢材，确保废气处理箱的使用寿命[1]。

（三）阻火器的改造

阻火器主要安装在废气处理箱后面，主要组成结构包含两部分：第一阻火器外壳，第二阻火器元件。阻火器的主要功能是将温度控制到70℃以下。其熄灭火焰原理是通过器壁效应以及传热作用。阻火器包含了很多细小的通道和空隙的固体材质。当火焰进入阻火器之后，就会立即将能量传递到隔爆间隙表面，然后通过间隙的时候被分成若干细小火焰流，此时火焰温度就会有所减小，明火逐步向高温烟雾转变，火焰就会因为无法正常传播而降低、熄灭。在柴油机防爆排气系统中，水封式阻火器的应用最为广泛，集防爆、净化以及阻止回火等功能于一体。

阻火器的改造需要注意安装定位准确，且清晰、检验以及装配方便。阻火器框架隔爆接合面的宽度应当在25mm以上，严禁对阻火器框架隔爆接合面实施钻孔作业。阻火器的制作材料需要具备较高的耐高温、磨损以及磨损等性能。阻火器栅栏板的厚度应当控制到1mm以上，平面度控制到0.15mm以下，气流方向宽度也要控制到50mm以上，两个相邻的栅栏板之间的间隙需要控制在0.5mm以下。对阻火器进行定期检查和清晰，防止排气不畅降低发动机的功率，影响其使用寿命[2]。

结语：

综上所述，为了保证柴油机防爆性