輸煤港口皮帶機(jī)回程洗帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張宏生

（河北港口集團(tuán)港口機(jī)械有限公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

皮帶機(jī)作為一種機(jī)械輸送設(shè)備，在港口碼頭中發(fā)揮了重要的作用。但是皮帶機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中也會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題，皮帶機(jī)回程帶煤灑落會(huì)造成環(huán)境污染，現(xiàn)有清掃設(shè)備無(wú)法滿足當(dāng)前形勢(shì)下的環(huán)保要求，設(shè)計(jì)優(yōu)化新的皮帶機(jī)洗帶裝置顯得極為緊迫與必要。因此本文設(shè)計(jì)了新型、有效的皮帶機(jī)洗帶裝置。

1 輸煤港口皮帶機(jī)回程洗帶系統(tǒng)研究背景

輸煤港口皮帶機(jī)回程帶煤對(duì)環(huán)境造成污染的問(wèn)題越來(lái)越突出，主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：1）皮帶機(jī)在回程帶煤嚴(yán)重。原有清掃器裝置清理不徹底，導(dǎo)致回程沿線灑落大量煤片，且皮帶機(jī)距離長(zhǎng)、范圍廣，清理極其困難，嚴(yán)重影響周?chē)h(huán)境。2）分叉漏斗結(jié)構(gòu)的皮帶機(jī)污水漫流（如圖1）。如BC3對(duì)應(yīng)BM6皮帶作業(yè)，污水會(huì)下落到BM5側(cè)，若BM5皮帶不作業(yè)，導(dǎo)料槽就會(huì)積聚大量煤污水，最終漫流至地面，污染環(huán)境。3）冬季設(shè)備結(jié)冰。冬季清掃器運(yùn)行時(shí)，刮下的煤料流動(dòng)性較差，會(huì)逐漸黏附在清掃器刀片上或正下方，低溫導(dǎo)致其逐漸上凍，難以清理，最終形成凍坨甚至頂皮帶，形成嚴(yán)重的安全隱患。

圖1 分叉漏斗皮帶機(jī)結(jié)構(gòu)的污水漫流情況

2 輸煤港口皮帶機(jī)回程洗帶系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)組成及工作原理

輸煤港口皮帶機(jī)回程洗帶系統(tǒng)主要由洗帶裝置整體結(jié)構(gòu)、洗帶噴水管路、阻水箱、清掃器、煤污水收集排放裝置和電控裝置等部分構(gòu)成。

輸煤港口皮帶機(jī)輸送帶物料經(jīng)拋料滾筒拋出后，輸送帶上會(huì)黏附一定量的黏附物，經(jīng)過(guò)第一道聚氨酯清掃器除去大部分物質(zhì)，然后經(jīng)過(guò)清洗裝置，利用水流沖刷掉部分雜質(zhì)，同時(shí)水霧可軟化輸送帶表面的雜質(zhì)，為后續(xù)第二道、第三道清掃器除煤泥創(chuàng)造有利條件。經(jīng)水流沖刷和第二道、第三道清掃器清掃后，回程帶面黏附物能被去除95%以上[1]，煤污水經(jīng)過(guò)收集裝置處理后，通過(guò)煤污水排放裝置返回漏斗溜筒，實(shí)現(xiàn)煤污水零排放。

3 輸煤港口皮帶機(jī)回程洗帶系統(tǒng)技術(shù)方案

3.1 清掃器裝置材質(zhì)、安裝位置及作用

圖2 輸煤港口皮帶機(jī)回程洗帶系統(tǒng)示意圖

1）第一道清掃器是聚氨酯清掃器，安裝于拋料滾筒前方，材質(zhì)柔軟，能夠防止尖銳物對(duì)皮帶的損害，其主要作用是將皮帶回程大部分黏附物質(zhì)去除。第一道聚氨酯清掃器，使用一段時(shí)間后刀尖磨損，刀片與皮帶會(huì)形成6～10 cm寬的貼合面，大顆粒煤塊會(huì)被其刮除。但小顆粒煤粉塵經(jīng)過(guò)貼合面與皮帶擠壓，導(dǎo)致煤粉塵與皮帶粘得更加牢固，不利于后續(xù)沖洗和刮除。通過(guò)調(diào)研分析，合理調(diào)整頭道清掃器的張緊力，例如張緊彈簧長(zhǎng)度調(diào)至12 cm，使刀片與皮帶輕度壓緊，能夠保證清除大顆粒煤塊即可，這樣有利于提高洗帶效果。

2）第二道和第三道清掃器分別是合金、聚氨酯除水清掃器，作用是對(duì)皮帶上水、煤泥等黏附物進(jìn)行清掃，清掃物落于煤污水收集裝置中，最后通過(guò)煤污水排放裝置回到漏斗溜筒內(nèi)，避免了清掃物的二次污染。為了保證清掃器效果，在第二道和第三道清掃器上方安裝反壓托輥，確保清掃器與輸送帶的緊密接觸。

3.2 清洗裝置

清洗裝置安裝于第一道清掃器和第二道清掃器之間回程皮帶下方，主要作用是對(duì)回程皮帶進(jìn)行清洗，通過(guò)合理調(diào)整水流大小，保證既滿足清掃皮帶黏附煤塵的作用，同時(shí)避免水流溢出影響周?chē)h(huán)境。灑水裝置通過(guò)電磁閥接入皮帶機(jī)PLC控制系統(tǒng)，和皮帶機(jī)啟停形成電氣連鎖，同時(shí)安裝手動(dòng)截門(mén)可調(diào)節(jié)灑水量大小。

如圖3所示，洗帶灑水管設(shè)置為9個(gè)噴嘴，噴嘴與皮帶距離為200 mm，與皮帶運(yùn)行方向夾角為75°，保證了噴嘴噴水扇面對(duì)皮帶寬度的全部覆蓋，而且相鄰扇面間還有交叉區(qū)域，設(shè)置噴嘴傾斜方向與皮帶運(yùn)行方向相反，提高皮帶面與水流的相對(duì)速度，噴嘴噴出的水霧對(duì)帶面沖擊力較強(qiáng)，能夠沖洗掉皮帶上面的黏附物。

圖3 洗帶裝置噴嘴示意圖

洗帶裝置灑水量控制，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)逐步調(diào)整灑水量大小，并跟蹤洗帶效果，實(shí)驗(yàn)表明每萬(wàn)噸煤灑水量在4～5 t時(shí)較為合理，效果最佳。按照每萬(wàn)噸煤灑水量為4～5 t計(jì)算，煤炭增加外含水為0.4‰～0.5‰，相對(duì)翻車(chē)機(jī)底層灑水增加外含水7‰考慮[2]，洗帶裝置灑水量增加的煤炭外含水可以忽略。

3.3 防水霧裝置

如圖4所示，為了解決噴嘴噴水造成的水霧逸散現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了專(zhuān)門(mén)的阻水箱對(duì)其進(jìn)行限制，阻水箱上方周邊鑲嵌橡膠擋簾，左右焊接角鋼滑道，在現(xiàn)場(chǎng)相應(yīng)位置安裝角鋼滑道后，將阻水箱直接向內(nèi)插裝即可[3]，這樣就可以將水霧嚴(yán)密封堵，杜絕逸散。阻水箱裝置主要解決了灑水、水汽的濺出，并將清掃器清掃產(chǎn)生的煤塵、污水按照設(shè)定方向引流到回煤溜筒、集水箱。

圖4 阻水箱示意圖

3.4 煤污水有序排放方案

為解決清掃器清掃產(chǎn)生的煤泥、污水自動(dòng)返回皮帶，且不影響現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，設(shè)計(jì)煤污水自動(dòng)返回裝置及控制系統(tǒng)。

如圖5所示，集水箱由箱體、泥漿泵、攪拌沖洗管、電動(dòng)機(jī)、高低水位開(kāi)關(guān)、排污管構(gòu)成。煤污水自動(dòng)返回裝置及控制系統(tǒng)功能主要是清掃器清掃下來(lái)的煤泥、煤污水水嘴密封箱導(dǎo)流至接料漏斗，通過(guò)接料漏斗進(jìn)入集水箱，集水箱內(nèi)部水位到達(dá)高水位，皮帶機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)下，泥漿泵工作，一方面將煤污水通過(guò)排污管排入主溜筒，另一方面通過(guò)攪拌沖洗管實(shí)現(xiàn)集水箱內(nèi)部煤泥和污水的攪拌，使煤泥能夠通過(guò)泥漿泵排出。同時(shí)攪拌沖洗管能夠手動(dòng)調(diào)節(jié)排水量，實(shí)現(xiàn)污水管壓力的調(diào)節(jié)，防止污水返回主溜筒時(shí)的壓力過(guò)大，導(dǎo)致污水濺出。水箱內(nèi)安裝排污泵，將污水返回到主溜筒，回水管自翻板上方進(jìn)入主溜筒，無(wú)論翻板導(dǎo)向哪一側(cè)，污水都將與煤料混合落入下游皮帶。

圖5 煤污水收集排放裝置示意圖

實(shí)施過(guò)程中，最開(kāi)始選用普通排污泵，功率為0.75 kW，流量為10 m3/h，總體功率較低，只能設(shè)置單管線排污，無(wú)法安裝分支管路對(duì)箱體內(nèi)泥漿進(jìn)行攪渾。這樣導(dǎo)致箱體內(nèi)泥漿不斷沉積，煤泥將下限位開(kāi)關(guān)埋上，水位到達(dá)上限位后，水泵將持續(xù)工作直至流程停機(jī)，一般啟泵5 min即可，作業(yè)1列車(chē)需要約80 min，水泵長(zhǎng)期空轉(zhuǎn)，而且淤積的煤泥一旦埋上排污泵，會(huì)導(dǎo)致其過(guò)載損毀。鑒于這種情況，最終選定了離心式泥漿泵[4]，其功率為3 kW，流量為40～50 m3/h，在向上排污的同時(shí)，其還能夠安裝分支管路對(duì)底層泥漿進(jìn)行沖洗、混攪，避免沉淀。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明，煤污水自動(dòng)返回裝置能夠?qū)崿F(xiàn)煤泥、煤污水的收集及自動(dòng)返回導(dǎo)料槽主溜筒，實(shí)現(xiàn)了煤污水自動(dòng)排放。

3.5 冬季防凍方案

冬季存在的主要問(wèn)題有：鋼結(jié)構(gòu)結(jié)冰、落料溜筒凍住，導(dǎo)致料溜筒堵塞、冬季無(wú)低壓水及保溫措施、接料溜筒、水箱無(wú)保溫、清掃器結(jié)冰和落煤凍住等。

為了解決冬季用水防凍問(wèn)題，洗帶裝置的防凍解決方案如下：1）保證冬季供水，供水管路安裝電伴熱及保溫材料；2）安裝泄水閥和氧氣吹空系統(tǒng)，防止灑水管路及噴嘴結(jié)冰，其結(jié)構(gòu)如圖6所示[5]，安裝時(shí)水管泄水閥側(cè)相對(duì)于另一側(cè)低3 cm，便于水管中的水自然排出，其主要功能是當(dāng)皮帶機(jī)停止作業(yè)后，泄水閥自動(dòng)打開(kāi)，60 s之后啟用氧氣吹空5 s，實(shí)現(xiàn)水管中的水全部排出，防止低溫結(jié)冰。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)管路安裝示意圖

3.6 電氣控制原理

通過(guò)遠(yuǎn)程站信號(hào)采集來(lái)實(shí)現(xiàn)洗帶裝置的自動(dòng)控制[6]，實(shí)現(xiàn)隨著皮帶機(jī)的啟停開(kāi)啟灑水、高水位控制污水泵兩大核心功能，同時(shí)電伴熱的低溫報(bào)警系統(tǒng)也能實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

回程洗帶系統(tǒng)電氣控制原理如圖7所示。洗帶灑水電磁閥根據(jù)皮帶機(jī)系統(tǒng)的啟停串聯(lián)開(kāi)啟關(guān)閉，當(dāng)皮帶機(jī)有啟動(dòng)信號(hào)且皮帶秤流量超過(guò)1000 t/h，洗帶系統(tǒng)灑水開(kāi)啟，否則關(guān)閉；高、低水位開(kāi)關(guān)與泥漿泵控制污水排放，當(dāng)觸發(fā)污水泵高水位時(shí)，泥漿泵啟動(dòng)排污，直至觸發(fā)低水位時(shí)泥漿泵自動(dòng)關(guān)閉；氧氣吹掃電磁閥，當(dāng)皮帶機(jī)運(yùn)行信號(hào)停止后60 s，自動(dòng)開(kāi)啟氧氣吹掃5 s，然后自動(dòng)關(guān)閉；冬季熱吹風(fēng)投運(yùn)時(shí)，為防止熱吹風(fēng)造成水霧飛濺，當(dāng)灑水閥開(kāi)啟時(shí)，熱吹風(fēng)停止工作，而當(dāng)灑水關(guān)閉時(shí)，熱吹風(fēng)一直處于開(kāi)啟狀態(tài)，保障洗帶系統(tǒng)的整體溫度。

圖7 回程洗帶系統(tǒng)電氣控制原理圖

4 輸煤港口皮帶機(jī)回程洗帶系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用核算

為了核算回程洗帶系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的運(yùn)行費(fèi)用，統(tǒng)計(jì)了一段時(shí)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行核算分析。

1）水費(fèi)用核算。洗帶裝置有9個(gè)噴嘴，總用水量為79.688 t，作業(yè)總量為201 815 t，洗帶裝置萬(wàn)噸煤的用水量為79.688÷201815×10000=3.02 t。按照每條卸車(chē)流程需要2個(gè)洗帶裝置計(jì)算，卸車(chē)時(shí)萬(wàn)噸煤灑水量為3.02×2=6.04 t；按照每條裝船流程需要2個(gè)洗帶裝置計(jì)算，裝船時(shí)萬(wàn)噸煤灑水量為3.02×2=6.04 t；因此萬(wàn)噸煤洗帶裝置總計(jì)用水量=卸車(chē)+裝船=6.04+6.04=12.08 t。按照每噸水價(jià)格為5 元計(jì)算，裝卸每萬(wàn)噸煤的洗帶裝置水費(fèi)用為60.4 元。

圖8 遠(yuǎn)程控制站

2）電費(fèi)用核算。集水箱高低水位開(kāi)關(guān)的距離為0.4 m，長(zhǎng)、寬分別為2.0、1.5 m，其體積為1.5×2×0.4=1.2 m3，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，集水箱從高水位啟動(dòng)到低水位停止需要15 min，可得出泥漿泵排污速度為1.2÷15×60=4.8 t/h。綜上，洗帶裝置萬(wàn)噸煤排污泵運(yùn)行時(shí)間為3.02÷4.8=0.63 h，泥漿泵功率為1.5 kW，不考慮啟動(dòng)功率較大情況下，洗帶裝置萬(wàn)噸煤排污泵耗電為0.63×1.5=0.945 kW·h。按照每萬(wàn)噸煤“卸車(chē)-裝船”需要4個(gè)洗帶裝置計(jì)算，萬(wàn)噸煤耗電量為0.945×4=3.78 kW·h。為保證箱體內(nèi)溫度，在冬季需要運(yùn)行熱吹風(fēng)及加熱棒等裝置，其總功率為15 kW，運(yùn)行時(shí)間按照3個(gè)月計(jì)算?？偤碾娏繛?5×24×90=32400 kW·h，單條皮帶全年作業(yè)總量約為730 萬(wàn)t，合計(jì)萬(wàn)噸煤耗電量為32400÷730=44.4 kW·h，按照整條流程4個(gè)洗帶裝置計(jì)算，萬(wàn)噸煤耗電量為44.4×4=177.6 kW·h。按照工業(yè)用電每度電0.7元計(jì)算，“卸車(chē)-裝船”萬(wàn)噸煤耗電量為（3.78+177.6）×0.7=127 元。

因此，“卸車(chē)-裝船”萬(wàn)噸煤費(fèi)用=水費(fèi)+電費(fèi)=60.4+127=187.4 元?？梢钥闯觯咳f(wàn)噸煤洗帶裝置的運(yùn)行成本僅為187.4 元，運(yùn)行成本非常低，具有極高的推廣使用價(jià)值。

5 輸煤港口皮帶機(jī)回程洗帶系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值

皮帶機(jī)回程洗帶系統(tǒng)解決了一直以來(lái)困擾業(yè)界的皮帶機(jī)回程帶煤造成沿線污染的環(huán)保難題。皮帶機(jī)回程帶煤造成沿線灑漏煤一直是環(huán)保治理的難題，需要人工不斷地清理且效果不佳，此外高架皮帶往往成為清掃盲區(qū)，極大影響了清潔生產(chǎn)效果，回程洗帶系統(tǒng)的投入從根本上解決了此問(wèn)題。

該皮帶機(jī)洗帶系統(tǒng)集洗帶、清掃、烘干、保溫和排污等功能于一體，通過(guò)將清掃器刮除的煤污水導(dǎo)入專(zhuān)門(mén)的集水箱，再由泥漿泵將污水抽取返回到主溜筒，徹底解決了下游皮帶積煤、積水問(wèn)題，做到了零排放。為保障冬季正常運(yùn)行，該裝置配套設(shè)計(jì)了電伴熱保溫等措施，杜絕了冬季噴嘴結(jié)冰的可能。該洗帶裝置將洗帶、封堵、導(dǎo)引、除水、排污等裝置合為一體，提供了一套可普遍適用的模塊化解決方案，可大幅降低清煤人員勞動(dòng)強(qiáng)度，降低用工成本，且制作成本及運(yùn)行成本較低，具有極強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。

6 結(jié)語(yǔ)

該皮帶機(jī)洗帶系統(tǒng)已經(jīng)在秦皇島港投入使用，通過(guò)與未安裝回程洗帶系統(tǒng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，使用該洗帶系統(tǒng)回程落煤量減少了98.7%。通過(guò)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，從根本上解決了輸煤港口皮帶機(jī)回程帶煤的環(huán)保難題及煤污水的有序排放問(wèn)題，極大提高了輸煤港區(qū)的粉塵治理水平，為建設(shè)綠色生態(tài)港口打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。