無動(dòng)力除塵技術(shù)在原煤運(yùn)輸中的應(yīng)用

神華準(zhǔn)能選煤廠 于龍

摘要：分析了粉塵產(chǎn)生機(jī)理、對(duì)人身的傷害，論述了通過對(duì)煤流的控制、誘導(dǎo)風(fēng)量防塵、新型無動(dòng)力除塵裝置工作原理，對(duì)比分析了無動(dòng)力除塵技術(shù)和布袋除塵技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：膠帶輸送機(jī);粉塵污染;無動(dòng)力除塵;轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)

1前言

粉塵污染的作業(yè)環(huán)境嚴(yán)重危害工人的身體健康，可引起肺部病變，造成塵肺病。在我國實(shí)際的嚴(yán)重塵肺病患者有120萬之多，占到全世界塵肺病患者的一半以上，每年因此死亡的人數(shù)超過4000人，每年由此引起的直接損失超過80億元。而在所有因各種粉塵引起的塵肺病中，煤礦工人占到的比例最高。

另一方面，粉塵濃度過高潛伏著爆炸的危險(xiǎn)，懸浮的煤塵也是造成煤礦爆炸的主要原因之一。高濃度粉塵還會(huì)加速機(jī)械設(shè)備磨損，縮短精密儀器的使用壽命。國家規(guī)定，人員在8小時(shí)工作時(shí)間能吸入的粉塵量不得超過2.5mg/m3，因此，控制煤礦粉塵的產(chǎn)生，對(duì)于確保從業(yè)人員生命健康、預(yù)防事故的發(fā)生尤為重要。

準(zhǔn)能選煤廠原煤車間負(fù)責(zé)物料運(yùn)輸?shù)墓ぷ鳝h(huán)境多為室外，使用膠帶運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行運(yùn)輸，在運(yùn)輸?shù)倪^程中，易產(chǎn)生粉塵，尤其是在膠帶運(yùn)輸機(jī)的備轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)，揚(yáng)塵現(xiàn)場嚴(yán)重。為減少粉塵的產(chǎn)坐，2006年在膠帶運(yùn)輸機(jī)的各轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)上安裝布袋式除塵器，以此起到減少粉塵排放的目的，但布袋除塵器對(duì)運(yùn)行的原煤濕度有較嚴(yán)格的要求，當(dāng)原煤過于干燥時(shí)，不能將全部煤塵吸完，如果原煤濕度過大時(shí)，導(dǎo)致吸附量過小，影響除塵效果;將吸附的粉塵振打卸料時(shí)還會(huì)發(fā)生二次粉塵污染;在冬季布袋式除塵器因受潮的原因，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)布袋凍僵而無法正常使用的情況，嚴(yán)重的影響了除塵效果;由于除塵器需要電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)設(shè)備進(jìn)行工作，當(dāng)設(shè)備啟動(dòng)時(shí)在廠房內(nèi)增加很大的噪聲;設(shè)備安裝體積大、部件多，安裝需要有一定的空間，設(shè)備工藝復(fù)雜、輔助系統(tǒng)多，給設(shè)備的維修增加了工作量。

同時(shí)，現(xiàn)在原煤車間使用的膠帶運(yùn)輸機(jī)落料溜槽因落差高無緩沖，對(duì)溜槽耐磨板和膠帶造成很大的沖擊，嚴(yán)重降低了溜槽耐磨板和膠帶的使用壽命，而且因煤溜沖擊大造成噪音和粉塵嚴(yán)重超標(biāo)。為了解決這些問題，經(jīng)過綜合比較，決定應(yīng)用無動(dòng)力除塵技術(shù)。

2膠帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)粉塵產(chǎn)生原因分析

粉塵產(chǎn)生的基本原因可以用以下公式來表達(dá)：

a=空氣流速/粒度·粘著性

從這個(gè)公式可以看出，粉塵的產(chǎn)生除了和物料的特性有關(guān)(煤種)，最為主要的是和空氣的流速即誘導(dǎo)風(fēng)有關(guān)。轉(zhuǎn)運(yùn)過程中主要誘導(dǎo)風(fēng)來源于三種，置換空氣(吸入空氣)，導(dǎo)入空氣，設(shè)備產(chǎn)生空氣。

置換空氣來自于開機(jī)后物料對(duì)落煤管中空氣的擠出，帶來的影響是設(shè)備剛開機(jī)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，但運(yùn)行時(shí)就沒有了。設(shè)備產(chǎn)生的空氣是指破碎機(jī)等設(shè)備產(chǎn)生的空氣，這和所選的設(shè)備有關(guān)，有一個(gè)固定的值。

這三種誘導(dǎo)風(fēng)來源中最重要的是導(dǎo)入空氣。導(dǎo)入空氣是指，每個(gè)單獨(dú)物料顆粒或物料集團(tuán)向下移動(dòng)時(shí)周邊會(huì)帶動(dòng)空氣向下移動(dòng)，這些空氣稱為導(dǎo)入空氣。當(dāng)物料撞擊到皮帶會(huì)擠壓出這些空氣，形成巨大的誘導(dǎo)風(fēng)。顆粒和顆粒之間空隙越大，顆粒數(shù)量越多則帶動(dòng)的導(dǎo)入空氣量就越大。下圖為一個(gè)典型的轉(zhuǎn)運(yùn)過程中導(dǎo)入式空氣的形成過程。

其中Au為頂部溜槽有效篩孔面積，R物料流速，S物料自由落下的高度，D平均物料直徑，k轉(zhuǎn)換因數(shù)。

從公式可知，這部分誘導(dǎo)風(fēng)和以下因素相關(guān)：落煤管的密封性——隔絕空氣的來源;物料流速有關(guān)——物料流速越大，則顆粒之間的叢向空隙就越大;落差有關(guān)——落差越高則流速越快;顆粒的直徑代表了顆粒的數(shù)量也和物料集中程度有關(guān)。

因此，如果能夠控制物料以盡可能緊密連貫的方式減緩流動(dòng)的速度，增加落煤管密封性，減少落煤內(nèi)的空氣量，則可以大大降低誘導(dǎo)風(fēng)的產(chǎn)生。如果再能夠控制物料對(duì)皮帶的撞擊，則更加有助于減少誘導(dǎo)風(fēng)的產(chǎn)生以及因?yàn)樽矒艉髶P(yáng)起的粉塵。

3晃動(dòng)力除塵技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

3.1工藝概況

無動(dòng)力除塵技術(shù)通常采用一種叫作“集料斗和接料匙”的輸送設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)包括一個(gè)位于系統(tǒng)頂部的“集料斗”卸料裝置，過渡段落煤管和一個(gè)將物料放在荷載膠帶上的“接料匙”接收轉(zhuǎn)運(yùn)物料。

完整的控制物料流動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)槽項(xiàng)目包括送集料斗、藩料管、接料匙、耐磨襯板、皮帶支承托架、皮帶糾偏系統(tǒng)、皮帶清潔系統(tǒng)、少量物料轉(zhuǎn)運(yùn)槽、檢查門、防溢裙邊、尾部密封箱和沉積區(qū)。

無動(dòng)力除塵技術(shù)是通過引導(dǎo)物料流經(jīng)具有一定的摩擦表面來進(jìn)行細(xì)微的調(diào)整，以控制物料流的方向和速度。過程逐漸改變可盡量減少粉塵的產(chǎn)生，這種方法使得能量在摩擦過程中的損失可以計(jì)算和量化。物料以緊密且連貫的物料流形式在輸送溜槽中連續(xù)運(yùn)動(dòng)，可最大程度地減少物料流所攜帶的引入空氣且產(chǎn)生的浮塵也會(huì)減少。

通過對(duì)溜槽(落煤管)形狀的專門設(shè)計(jì)，來控制物料以緊密且連貫的物料流形式在?留槽中連續(xù)相對(duì)勻速運(yùn)動(dòng)。此外，控制物料流以相同方向和相似的速度輕放在皮帶上，減少?zèng)_擊。物料以“液狀流”的形式移動(dòng)，而不像在傳統(tǒng)的“臺(tái)球流”模式中那樣互相碰撞。

3.2各部件設(shè)計(jì)原理

3.2.1集料斗

目的是將離開卸載滾筒向下散開落下的物料集中起來向下移動(dòng);通過圖示可以看出，當(dāng)物料經(jīng)過膠帶運(yùn)輸機(jī)卸載滾筒后，位于卸料裝置上方卸料口處的頭部集料斗首先接觸運(yùn)輸?shù)奈锪希诮佑|的瞬間，由于膠帶運(yùn)輸機(jī)帶的運(yùn)轉(zhuǎn)帶速為4.5m/s，使得物料具有一定的沖擊動(dòng)能，在轉(zhuǎn)運(yùn)中，正是由于物料具有的沖擊動(dòng)能，使得煤塊對(duì)卸料溜槽的耐磨板及下方膠帶運(yùn)輸機(jī)的膠帶造成損傷和磨損，降低設(shè)備的使用壽命，同時(shí)，由于之前使用布袋式除塵器時(shí)未對(duì)物料進(jìn)入導(dǎo)料槽的進(jìn)口面積進(jìn)行限制.使得大量空氣隨物料進(jìn)入導(dǎo)料槽中，這部分空氣使得物料在轉(zhuǎn)運(yùn)后到達(dá)下一膠帶運(yùn)輸機(jī)的膠帶時(shí)所產(chǎn)生的粉塵量大大增加。

頭部集料斗如下圖所示：

新設(shè)計(jì)的頭部集料斗，采用低沖擊角度收集并限制物料流的運(yùn)動(dòng)，使物料主體的膨脹最小化，這樣可將物料離開卸料滾筒時(shí)所攜帶的對(duì)落煤管的沖擊動(dòng)能轉(zhuǎn)化為向下動(dòng)能，將物料從之前對(duì)卸料斗的撞擊轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)卸料斗的“沖刷”，從而減少物料對(duì)耐

磨板的沖擊力，降低耐磨板的損耗。同時(shí)，在垂直方向改變物料流動(dòng)的方向，將物料由水平方向運(yùn)動(dòng)變?yōu)榇怪狈较蜻\(yùn)動(dòng)，降低物料攜帶的動(dòng)能，減緩物料的運(yùn)動(dòng)速度，減小物料在接觸下方膠帶時(shí)對(duì)膠帶的沖擊。

并且，頭部集料斗減小了開口面積，這樣就減少了進(jìn)入落煤管的導(dǎo)入空氣量，同時(shí)也是降低物料在轉(zhuǎn)運(yùn)后到達(dá)下一膠帶運(yùn)輸機(jī)的膠帶時(shí)所產(chǎn)生的粉塵量。

3.2.2過渡段落煤管

目的是保證物料以集中和連續(xù)的方式以可控制的速度沿著落煤管的一側(cè)壁向下移。

實(shí)際上落煤管沒有所謂的固定形狀，其形狀主要是為保證物料能夠集中，連續(xù);能夠保證物料能夠沿著壁移動(dòng);能夠有一定的曲折來控制物料移動(dòng)的速度。

從以上模擬截圖可以看到，最佳形狀來滿足這種狀況是槽形，因?yàn)檫@種狀況一方面容易集中物料，另一方面也容易改變形狀以幫助物料改變移動(dòng)方向。而如果是圓形，則一方面物料還是容易散開，另一方面圓形也不容易改變形狀以改變物料移動(dòng)方向。

曲線落煤管和普通落煤管不同在于物料是集中沿著落煤管壁移動(dòng)，而普通落煤管則物料基本上在落煤管內(nèi)憑空移動(dòng)，是在幾個(gè)撞擊點(diǎn)對(duì)物料產(chǎn)生巨大撞擊和磨損。因此，曲線落煤管耐磨內(nèi)襯對(duì)耐磨性要求較高，而對(duì)耐撞擊方面只是在幾個(gè)擅擊點(diǎn)有要求。經(jīng)驗(yàn)表明，陶瓷是最佳的耐磨材料，而只需在撞擊點(diǎn)選用耐撞擊的耐磨材料。

另外，耐磨板基本上以內(nèi)襯方式襯在基板。因?yàn)椋湍バ暂^高的耐磨板其硬度較大，因此其加工性非常差，根本無法按控制物料流動(dòng)的要求來加工成各種異型形狀。因此如果用整塊耐磨板來作為耐磨側(cè)面，則其加工出來的形狀根本無法滿足控制物料流動(dòng)的要求，也根本達(dá)不到曲線落煤管的應(yīng)用目的。陶瓷的連接方式為陶瓷塊和基板之間再用一層高韌性環(huán)氧樹脂膠水，目的是加強(qiáng)粘結(jié)力，同時(shí)起到一定緩沖作用。

由于物料是以集中方式移動(dòng)，因此同樣的通過率，其管徑要比普通落煤管小。另外，管徑越大，則管道中空氣的量就越大，則可以帶來的誘導(dǎo)風(fēng)的空氣來源的數(shù)量也會(huì)增大。這對(duì)控制誘導(dǎo)風(fēng)的產(chǎn)生不利。同時(shí)，因?yàn)榍鄣脑颍_(dá)到效果的曲線落煤管長度要比普通長許多，一般情況下要長30～40%。

3.2.3給料匙

目的是將物料以和皮帶移動(dòng)相同的方向、和皮帶運(yùn)行速度相似的速度放置到皮帶上。

為了將物料逐漸卸載到下方膠帶輸送機(jī)上，以便物料的移動(dòng)方向與膠帶輸送機(jī)的運(yùn)行方向相同，而且其速度接近皮帶的速度，它可以以適當(dāng)?shù)乃俣取倪m當(dāng)?shù)慕嵌葘⒕奂奈锪狭饕峤邮掌У闹行模瑥亩鴾p少對(duì)膠帶的沖擊、膠帶的磨損、粉塵產(chǎn)生、偏心加載以及其它問題。在某些具有較大落差的復(fù)雜轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)處，可能需要多個(gè)“集料斗和給料匙”以控制物料，如下圖所示：

3.2.4導(dǎo)料槽

因?yàn)橐环矫媛涿汗芸梢詼p少大部分的誘導(dǎo)風(fēng)，但不能解決全部，只要有誘導(dǎo)風(fēng)，粉塵就需要導(dǎo)料槽來幫助最后沉降。另一方面由于煤種變化，會(huì)導(dǎo)致誘導(dǎo)風(fēng)的控制程度差別很大。這需要優(yōu)良設(shè)計(jì)的導(dǎo)料槽來起輔助作用。

新設(shè)計(jì)的導(dǎo)料槽采用沉降式導(dǎo)料槽，高度達(dá)到1120mm，導(dǎo)料槽兩側(cè)采用雙層防溢裙板密封，安裝固定活扣襯板為可調(diào)式。另加外置可調(diào)節(jié)高度的襯板，底部距離膠帶高度不大于19mm，保證大顆粒不會(huì)溢出損壞防溢裙邊，延長裙邊壽命。在落煤管后導(dǎo)料槽尾部設(shè)有尾箱長度不小于500mm。導(dǎo)料槽外側(cè)密封能方便快速地拆卸和安裝，導(dǎo)料槽的沉積區(qū)設(shè)計(jì)應(yīng)穩(wěn)住氣流，降低氣流速度，以優(yōu)化含塵空氣的穩(wěn)定以及浮塵的沉積。在沉積區(qū)內(nèi)，設(shè)置S型的抑塵擋簾，使浮塵脫離空氣沉積下來，且大部分粉塵將返回至主要物料層上，而不會(huì)泄漏到外面。

下圖為導(dǎo)料槽內(nèi)部沉降區(qū)擋簾俯視布置圖：

下圖為導(dǎo)料槽邊部設(shè)置，其外置式耐磨板可以上下調(diào)節(jié)。

4實(shí)施效果及結(jié)論

在設(shè)備整體改造完成后，通過設(shè)備實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的觀察發(fā)現(xiàn)，膠帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)的煤塵液度大幅度下降，同時(shí)生產(chǎn)過程中的噪音也有明顯降低，達(dá)到或接近國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

通過本次粉塵治理改造實(shí)踐證明：煤炭生產(chǎn)企業(yè)的粉塵治理必須根據(jù)不同的煤種、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備、運(yùn)行工況、現(xiàn)場環(huán)境、氣候條件等因素科學(xué)分析產(chǎn)生粉塵機(jī)理，選擇有針對(duì)性的治理方案和設(shè)備設(shè)施，才能取得良好的效果。