CN109139193B - 一种煤矿井下防爆柴油机用干-湿混合尾气处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤矿井下用无轨胶轮车防爆柴油机尾气处理技术领域，具体是一种煤矿井下防爆柴油机用干‑湿混合尾气处理装置。解决了现有井下无轨胶轮车防爆柴油机排放颗粒物多、尾气温度高的问题，包括与尾气进口连通的强制换热体，强制换热体一部分设置在外圆筒I内，另一部分设置在外圆筒II内，外圆筒I与外圆筒II连通，外圆筒II上设置有尾气出口，强制换热体下端与导气管连通，导气管下端伸入在开口向上的导流桶I内，导流桶I上方设置有开口向下的导流桶II，导流桶I和导流桶II设置在外圆筒I内，外圆筒I一侧设置有进水口，外圆筒I底部设置有排污口。本发明装置的使用可以大幅的降低处理尾气时所用的耗水量，增加防爆柴油机的运行时间。

Description

一种煤矿井下防爆柴油机用干-湿混合尾气处理装置

技术领域

本发明属于煤矿井下用无轨胶轮车防爆柴油机尾气处理技术领域，具体是一种煤矿井下防爆柴油机用干-湿混合尾气处理装置。

背景技术

以防爆柴油机作为动力源的煤矿井下无轨胶轮车作为一种辅助运输设备，已经广泛运用在各大煤矿生产中。防爆柴油机优势在于功率范围覆盖大，布置灵活，柴油获取方便，但其劣势在于燃烧后的尾气排放中含有多种有害物质——颗粒物等，且尾气温度极高，通常温度大于等于400°。国家对在煤矿井下使用的防爆柴油机排放进行了强制限制。

目前国内煤矿上防爆柴油机尾气处理采用单一的湿式废气处理箱，该种装置能够起到降温除颗粒物的作用，但是其体积大，不便于整车设计布置，而且由于进入水中的尾气温度高，降温耗水量巨大，需要配备大容积的蓄水容器。

目前国内煤矿上无轨胶轮车装备的防爆柴油机均没有配备干-湿混合尾气处理装置，本发明对防爆柴油机的排放性能的提升有着积极意义。

发明内容

本发明为了解决现有井下无轨胶轮车防爆柴油机排放颗粒物多、尾气温度高的问题，提供一种煤矿井下防爆柴油机用干-湿混合尾气处理装置。

本发明采取以下技术方案：一种煤矿井下防爆柴油机用干-湿混合尾气处理装置，包括与尾气进口连通的强制换热体，强制换热体一部分设置在外圆筒I内，另一部分设置在外圆筒II内，外圆筒I与外圆筒II连通，外圆筒II上设置有尾气出口，强制换热体下端与导气管连通，导气管下端伸入在开口向上的导流桶I内，导流桶I上方设置有开口向下的导流桶II，导流桶I和导流桶II设置在外圆筒I内，外圆筒I一侧设置有进水口，外圆筒I底部设置有排污口。

进一步的，强制换热体包括换热体挡气管、换热体外壳、换热体底板、防爆进气法兰、换热体扩压板、换热气环和换热水环，换热体外壳底部设置有换热体底板，换热体外壳顶部设置有防爆进气法兰，换热体挡气管设置在换热体外壳内，防爆进气法兰上分别设有尾气进口、冷却液进口和冷却液出口，冷却液进口和冷却液出口与换热体挡气管和换热体外壳之间的冷却液空间连通，尾气进口与换热体挡气管内部空间连通，换热体挡气管两端分别设置有换热体扩压板，换热体挡气管外侧设置有换热水环，换热水环内边沿开有过液孔，换热体挡气管内侧设置有换热气环。

进一步的，外圆筒I与外圆筒II之间设置有中隔板，中隔板上均布开有过气孔。

进一步的，导流桶I底部通过连接筋板安装在外圆筒I内，导流桶I底部开有均布的方圆孔。

进一步的，冷却液进口和冷却液出口上安装有进出水接头，并且设置有封水环。

进一步的，换热气环为环面结构，环面角度为136.4°，换热气环的环面上设置有若干凸起，所述的换热水环与换热气环结构相同。

进一步的，换热体扩压板为喇叭形结构，换热体扩压板环向上设置有若干平行设置的凹环。

本发明采用循环冷却技术实现尾气的一次降温，首先通过水泵将低温的冷却液输送入换热水套中，通过热传导、热对流，使尾气中大部分的热量传递给冷却液，降低尾气温度，温度升高的冷却液通过水泵输送到散热器中，由散热器将热量散失到空气中，实现一个工作循环。

本发明采用湿式颗粒捕捉原理，通过尾气进入存有水的箱体中，尾气中的颗粒物及可溶物被水吸附沉淀在箱体底部，由排污口定期排走；在吸附沉淀尾气颗粒物的同时，箱体中的水对尾气实现二次降温，使尾气温度达到煤矿安全要求。最终符合煤矿要求的防爆柴油机尾气通过防爆排气法兰，经防爆排气栅栏排入空气中。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明装置采用防爆结构，内嵌式，结构紧凑，便于布置，对于低矮、窄小布置空间受限的胶轮车尤为适用。

2、本发明装置的使用可以大幅的降低处理尾气时所用的耗水量，可以使整车配备的蓄水容器体积变小，节约布置空间，增加防爆柴油机的运行时间。

3、本发明装置通用性好，可以作为防爆柴油机尾气处理系统的标准化配置之一，通用于不同的机型上，经济效益高。

4、本发明装置换热时冷却液吸收的热量可以为低温状态下的防爆柴油机进行预热，因此它可以作为胶轮车整车热管理系统的一部分。

5、采用全焊接结构，结构强度大，抗压能力强。

6、换热水环与换热气环采用136.4°凹形，并且表面采用圆形5mm凸起结构，实现导流作用并增加流体紊流程度，换热效率高。

附图说明

图1为本发明的系统原理图；

图2为本发明的结构简图；

图3为本发明强制换热体结构图；

图4为换热气环结构示意图；

图5为图4中AA剖面图；

图6为换热体扩压板结构示意图；

图中1-箱体底板，2-支撑肋，3-导流底板，4-导流桶I，5-导流桶II，6-导流顶板，7-中隔板，8-外圆筒I，9-外圆筒II，10-箱体顶板，11-防爆排气法兰，12-排污口，13-连接板I，14-连接板2，15-导气管，16-强制换热体，17-换热体挡气管，18-换热体外壳，19-换热体底板，20-防爆进气法兰，21-换热体扩压板，22-换热气环，23-换热水环，24-进水接头，25-分水板，26-封水环，27-凸起，28-凹环。

具体实施方式

制造过程中优先焊接强制换热体，其结构如图3。调整换热体挡气管17、换热气环22与换热水环23之间角度，使环与环之间通孔错位布置，通过点焊使三者焊接为整体；换热气环22与换热水环23采用不锈钢板一次冲压成型，环面采用冲压多排凸起结构，环面角度136.4°，凸起直径不宜过大或过小，直径5mm为最佳，环面角度起到导向引流作用，凸起的作用在于增强通过环面水流与气流的紊流程度——紊流程度愈大更有利于换热效率的提高，结构见图4；换热气环与换热气环、换热水环与换热水环之间采用平行布置，间距18mm，间距不宜过大影响气流或水流导流效果，过小阻力太大；采用氩弧连续焊接工艺，由内而外的顺序将强制换热体其他零件焊接完成。强制换热体焊接完成后做水压试验，水压0.8MPa，不得出现渗漏，变形的现象。

采用氩弧连续焊接工艺，由下而上、由内而外的顺序将强制换热体与尾气处理装置其他零件焊接为一体，不得出现漏焊现象，焊接完成后其内部结构如图2所示。尾气处理装置焊接完成后，清理焊缝，做水压试验，水压0.8MPa，不得出现渗漏，变形的现象。

工作过程：

干-湿混合尾气处理装置工作过程原理如图1。

冷却液在水泵的驱动下由防爆进气法兰上左侧进水接头流入强制换热体内并充满冷却液空间，冷却液沿换热水环边沿过液孔及表面流动，吸收热量后的冷却液由右侧进水接头流出，并送至外接散热器进行散热，完成一次强制换热冷却。图3中，换热体挡气管内侧焊有换热水环23，换热水环23内边沿开有过液孔，换热水环23作用是加强冷却液流动时的紊乱程度，提高冷却液的换热效率，增强冷却液的冷却能力；防爆进气法兰上有螺栓孔用于外连排气管，其上进水接头用于外连冷却胶管形成冷却循环，进水接头与法兰之间有两个封水环26，用于冷却液的密封；冷却套内部对称焊接有两个分水板25，分水板底部开有过水孔，其作用在于使冷却液强制向下流经冷却套底部后再向上流动，实现图1中冷却液的流动路线。

防爆柴油机排出的尾气经防爆进气法兰进入强制换热体内，尾气沿换热气环22中心及外边沿流过强制换热体。换热体挡气管17内侧焊有换热气环，换热气环外边沿开有过气孔，换热气环作用是加强尾气流动时的紊乱程度，提高尾气换热效率，增强强制换热体降温能力。在强制换热体两端焊接有圆台型换热体扩压板21，如图2所示，扩压板可以增大尾气换热容积，减缓气流速度，其目的同样是增强强制换热体降温能力。

尾气经过强制换热体降温冷却后经导气管15进入箱体冷却水中，尾气与冷却水中经过反复融合，尾气温度降低实现尾气的二次降温作用、尾气中蕴含的颗粒物被冷却水吸附沉淀在箱体底部。处理后的尾气达到排放要求经过防爆排气法兰11排入后续部件中最终排入空气中；沉淀后的颗粒物在清洗尾气处理装置时沿排污口排出12。导流底板3、导流内环4、导流外环5、导流顶板6、外圆筒I8、导气管15组成箱体底部尾气3层导流通道，见图2，尾气在该通道中可以实现尾气与冷却水的二次融合提高冷却效率与除颗粒物能力，尾气流经路线如图1所示。导流桶I4底部开有均布的方圆孔，在尾气流量大的时候起到分流减压作用；外圆筒I8上开有进水孔并焊接有过水接头，当尾气处理装置中冷却水消耗到需要补水时，可以经过该处为装置补水；箱体中部焊接有中隔板7，其上均布开有过气孔，在满足尾气通过量的同时，提高整个装置的强度及耐压能力；防爆排气法兰11按照防爆尺寸要求设计，其上打有盲端螺纹孔，用于固定防爆排气栅栏。

Claims (6)

1.一种煤矿井下防爆柴油机用干-湿混合尾气处理装置，其特征在于：包括与尾气进口（S2）连通的强制换热体（16），强制换热体（16）一部分设置在外圆筒I（8）内，另一部分设置在外圆筒II（9）内，外圆筒I（8）与外圆筒II（9）连通，外圆筒II（9）上设置有尾气出口（S4），强制换热体（16）下端与导气管（15）连通，导气管（15）下端伸入在开口向上的导流桶I（4）内，导流桶I（4）上方设置有开口向下的导流桶II（5），导流桶I（4）和导流桶II（5）设置在外圆筒I（8）内，外圆筒I（8）一侧设置有进水口（S5），外圆筒I（8）底部设置有排污口（12）；

所述的强制换热体（16）包括换热体挡气管（17）、换热体外壳（18）、换热体底板（19）、防爆进气法兰（20）、换热体扩压板（21）、换热气环（22）和换热水环（23），换热体外壳（18）底部设置有换热体底板（19），换热体外壳（18）顶部设置有防爆进气法兰（20），换热体挡气管（17）设置在换热体外壳（18）内，防爆进气法兰（20）上分别设有尾气进口（S2）、冷却液进口（S1）和冷却液出口（S3 ），冷却液进口（S1）和冷却液出口（S3 ）与换热体挡气管（17）和换热体外壳（18）之间的冷却液空间连通，尾气进口（S2）与换热体挡气管（17）内部空间连通，换热体挡气管（17）两端分别设置有换热体扩压板（21），换热体挡气管（17）外侧设置有换热水环（23），换热水环（23）内边沿开有过液孔，换热体挡气管（17）内侧设置有换热气环（22）。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下防爆柴油机用干-湿混合尾气处理装置，其特征在于：所述的外圆筒I（8）与外圆筒II（9）之间设置有中隔板（7），中隔板（7）上均布开有过气孔。

3.根据权利要求1所述的煤矿井下防爆柴油机用干-湿混合尾气处理装置，其特征在于：所述的导流桶I（4）底部通过连接筋板安装在外圆筒I（8）内，导流桶I（4）底部开有均布的方圆孔。

4.根据权利要求1所述的煤矿井下防爆柴油机用干-湿混合尾气处理装置，其特征在于：所述的冷却液进口（S1）和冷却液出口（S3 ）上安装有进出水接头（24），并且设置有封水环（26）。

5.根据权利要求1所述的煤矿井下防爆柴油机用干-湿混合尾气处理装置，其特征在于：所述的换热气环（22）为环面结构，环面角度为136.4°，换热气环（22）的环面上设置有若干凸起（27），所述的换热水环（23）与换热气环（22）结构相同。

6.根据权利要求1所述的煤矿井下防爆柴油机用干-湿混合尾气处理装置，其特征在于：所述的换热体扩压板（21）为喇叭形结构，换热体扩压板（21）环向上设置有若干平行设置的凹环（28）。

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