鐵路粉煤灰裝卸系統(tǒng)的研究

徐金戈

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

如今，由于粉煤灰特殊的化學(xué)性質(zhì)，可利用粉煤灰作為建筑材料，漂珠及作為肥料和微量復(fù)合肥料，在工業(yè)方面可從粉煤灰中回收鐵、碳、銅、鍺和鈧等多種物質(zhì)。是一種用于建筑的能源材質(zhì)，各行各業(yè)對粉煤灰的需求量愈來愈大。例如，水泥廠或混凝土攪拌站、高速公路建設(shè)、粉煤灰磚場等。粉煤灰存在地區(qū)供需不平衡問題，目前大部分地區(qū)均采用罐裝車公路運(yùn)輸。當(dāng)前，為了深入打好污染防治攻堅戰(zhàn)，正在大力推進(jìn)大宗貨物運(yùn)輸“公轉(zhuǎn)鐵”，并且隨著國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及新形勢下對環(huán)保的高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求，針對此類污染較大的大宗散堆裝貨物的鐵路運(yùn)輸品質(zhì)提出了更高的要求，現(xiàn)有裝卸設(shè)備限制了粉煤灰運(yùn)輸效率的提升，且難以降低運(yùn)輸成本，影響了粉煤灰的綜合利用和發(fā)展。如何保證環(huán)保的前提下，提高運(yùn)輸效率并根據(jù)散貨的吞吐量設(shè)計與之相適應(yīng)的的裝卸工藝方案是亟待解決的問題，因此，本文開展鐵路粉煤灰裝卸工藝研究，旨在為粉煤灰裝卸設(shè)計提供參考。

1 運(yùn)輸媒介

隨著鐵路貨物運(yùn)輸朝著物流化發(fā)展，鐵路運(yùn)輸品類逐漸增加，需要考慮運(yùn)輸成本及效率，并依據(jù)貨物品類的環(huán)保要求，結(jié)合企業(yè)的實際情況，采取與之相匹配的運(yùn)輸媒介。對于企業(yè)而言，運(yùn)輸成本主要由滿載率及運(yùn)輸過程中的損耗產(chǎn)生直接影響；而車底或箱體的周轉(zhuǎn)效率將直接影響運(yùn)輸效率。目前，對于水泥、石灰石粉、粉煤灰等易揚(yáng)塵污染大的此類散堆裝貨物，傳統(tǒng)的運(yùn)輸方式主要采用“敞頂箱”“U型水泥罐車”“罐式集裝箱”等進(jìn)行運(yùn)輸。

目前的運(yùn)輸媒介，對于實現(xiàn)高效的整列裝卸均存在一定的缺陷：敞頂箱僅適合在全封閉車間裝箱完成后，通過正面吊采取整箱裝卸的方式放入敞車，實現(xiàn)整列運(yùn)輸，但無法在裝卸線上進(jìn)行直接裝卸。傳統(tǒng)U型罐車及罐式集裝箱靜載重率低，運(yùn)輸成本較高，需要通過向每個罐體中注入壓縮空氣進(jìn)行卸料，實現(xiàn)整列裝卸成本過高。

表1 運(yùn)輸媒介比較表

2 粉煤灰裝卸工藝

2.1 裝卸方式

粉煤灰裝車作業(yè)分為在線和離線裝車。本研究為滿足企業(yè)能夠通過鐵路進(jìn)行高效轉(zhuǎn)運(yùn)的需求，采用在線裝車方式。即將存放于儲存罐的粉煤灰，通過儲灰筒錐形伸縮放灰口，自動化控制放灰，粉煤灰通過輸料管進(jìn)入緩沖倉，在通過輸料管放入U型水泥罐車或罐式集裝箱。并由靜態(tài)軌道衡等設(shè)備控制裝載重量進(jìn)行裝車。

鐵路運(yùn)輸?shù)姆勖夯倚盾囎鳂I(yè)同樣分為離線作業(yè)和在線作業(yè)。在線卸車適用于有專用線的企業(yè)及貨場，由于本研究中某水泥廠項目設(shè)有專用鐵路裝卸且運(yùn)量較大，因此采用整車運(yùn)輸。為滿足高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保要求，粉煤灰采用U型水泥罐車、罐式集裝箱或敞頂箱進(jìn)行鐵路運(yùn)輸。運(yùn)輸?shù)秸竞笸ㄟ^氣力負(fù)壓輸送實現(xiàn)在線卸車作業(yè)。

2.2 粉煤灰裝卸工藝設(shè)計

氣力輸送系統(tǒng)通過管道對粉狀物料進(jìn)行密封式輸送，與機(jī)械輸送相比，該方式不受天氣及氣候影響，不產(chǎn)生揚(yáng)塵利于環(huán)境保護(hù)。且具有工藝布置靈活、結(jié)構(gòu)模塊化便于保養(yǎng)及更換、維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)。粉煤灰、水泥、煤粉﹑生石灰粉、硝石灰等粉粒狀物料均可通過管道進(jìn)行氣力輸送。負(fù)壓抽吸主要用于輪船或火車等散裝粉體物料的轉(zhuǎn)移，如水泥、粉煤灰、礦粉等散裝物料的轉(zhuǎn)移入庫或直接裝入罐裝車運(yùn)送到使用現(xiàn)場。負(fù)壓氣力輸送方式適用于短距離輸送，正壓氣力輸送方式則適合長距離、大輸送量的輸送工況。本研究將兩種方式相結(jié)合，得到粉煤灰裝卸的完整作業(yè)流程。

粉煤灰整列到達(dá)后，采用負(fù)壓氣力輸送方式。通過真空泵作為動力源，吸嘴作為供料裝置，物料同大氣一起從入口處進(jìn)入輸送管道，通過負(fù)壓氣流輸送到緩沖倉。進(jìn)入緩沖倉后采用空氣壓縮機(jī)作為動力源，氣力輸送送料泵作為供料裝置，物料由緩沖倉落入供料裝置內(nèi)，并同時向輸送管道內(nèi)注入高壓氣體，氣體和物料充分混合，使物料流態(tài)化并通過高壓氣流輸送到末端儲料罐。粉煤灰裝車作業(yè)與卸車流程相比僅需要正壓氣力輸送方式。儲料罐的氣力輸送送料泵通過空氣壓縮機(jī)作為動力來源，使物料進(jìn)入送料泵并同時向送料管道注入高壓氣體，物料輸送至緩沖倉，緩沖倉的空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的高壓氣體使物料在其下方的氣力輸送送料泵中流態(tài)化，之后通過裝料管將物料輸送至罐車或罐式集裝箱中。根據(jù)敞頂箱與U型水泥罐車、罐式集裝箱的結(jié)構(gòu)差異，敞頂箱的卸料及裝料口均采用頂部伸入內(nèi)部進(jìn)行作業(yè)，而U型水泥罐車及罐式集裝箱卸料口位于下側(cè)面，利用了現(xiàn)有罐車的下方出料口。不同運(yùn)輸媒介的整體作業(yè)流程示意圖，詳見圖1、圖2。

圖1 粉煤灰敞頂箱裝卸整體作業(yè)流程示意圖

圖2 粉煤灰U型水泥罐車及罐式集裝箱裝卸整體作業(yè)流程示意圖

3 氣力輸送設(shè)備設(shè)計

3.1 負(fù)壓抽吸設(shè)備

負(fù)壓抽吸能夠根據(jù)實際需求采用不同的承載工具，分為固定式、移動式(導(dǎo)軌式、車載式)、船載式。經(jīng)負(fù)壓抽吸卸料后，后續(xù)送料方式采用正壓氣力輸送。根據(jù)北京水泥廠項目的使用需求及現(xiàn)有站臺條件，本研究采用固定式負(fù)壓氣力輸送及正壓氣力輸送相結(jié)合的方式進(jìn)行散裝物料U型水泥罐車或罐式集裝箱的卸車作業(yè)。

散裝物料負(fù)壓抽吸機(jī)利用真空泵產(chǎn)生負(fù)壓，吸嘴伸入敞頂箱、U型水泥罐車或罐式集裝箱內(nèi)部，將物料與一定量的空氣混合后經(jīng)過吸臂上的卸車輸料管送到分離裝置（除塵器）內(nèi)。卸車輸料管采用軟管便于較大范圍移動。伸入敞頂箱的吸嘴頭部可通過兩側(cè)電控閥門，實現(xiàn)吸、放出口的切換。物料從空氣中分離后落下,進(jìn)入緩沖倉；分離后清潔的空氣則由除塵器頂部經(jīng)排風(fēng)管道排出，經(jīng)真空泵排氣口排入大氣。后續(xù)向儲料罐的輸送為正壓氣力輸送。氣力輸送送料泵即單倉泵作為正壓氣力輸送容器，通過壓縮氣體為對粉狀物料加壓從而實現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的管道輸送。該倉泵將壓縮氣體通過自上而下分布的三處進(jìn)氣口，分別進(jìn)入泵體，該種方式融合了推送及差壓式輸送器的優(yōu)勢，充分使粉煤灰流態(tài)化。隨著不間斷的輸送，倉泵中處于上部的壓縮氣體積聚，從而轉(zhuǎn)化為靜壓能更加有效地壓送粉煤灰。中部進(jìn)氣口的氣體則持續(xù)產(chǎn)生混合輸送物料的流態(tài)化作用。底部進(jìn)氣口轉(zhuǎn)化的動壓能保持管道輸送效率。粉煤灰在送料管中為集團(tuán)流運(yùn)動，輸送末期形成快速的沙丘狀移動?？諝鈮嚎s機(jī)能夠提供0.5～0.6MPa的壓縮氣體。粉煤灰通過送料管道最終進(jìn)入儲料罐頂部的除塵器中，粉煤灰與空氣分離后持續(xù)進(jìn)入儲料罐，直至卸車作業(yè)完成。系統(tǒng)布置及設(shè)備構(gòu)成，詳見圖3。

圖3 粉煤灰卸車作業(yè)設(shè)備結(jié)構(gòu)布置圖

本研究以某水泥廠項目為例，其中粉煤灰的氣力輸送量為120t/h，輸料起始點(diǎn)距廠區(qū)粉煤灰儲存?zhèn)}距離為280m左右，輸送高度為30m。為保證作業(yè)效率站臺緩沖倉底可設(shè)置兩臺倉泵交替運(yùn)行，保證送料連續(xù)性。另外，若增大存儲量新增粉煤灰儲存?zhèn)}可以通過在輸料管線上安裝粉體兩路切換閥，并在接近存儲倉的末端增加管道分路。

3.2 正壓輸送設(shè)備

本研究中裝車作業(yè)通過兩次正壓氣力輸送完成。將粉煤灰存儲倉中的物料輸送至敞頂箱、U型水泥罐車或罐式集裝箱中，首先，落入儲存?zhèn)}底部的發(fā)送泵中，通過壓縮氣體將粉煤灰通過輸料管送入緩沖倉頂部的除塵器，物料與空氣分離后落入緩沖倉。

該系統(tǒng)中緩沖倉采用鋼結(jié)構(gòu)，緩沖倉作用在于保證粉煤灰在裝車過程中輸灰系統(tǒng)的連續(xù)性。緩沖倉容量的設(shè)置取決于裝車設(shè)備與輸料管之間的額定輸送能力的差值以及罐式集裝箱的載貨量，應(yīng)能滿足裝車機(jī)、管道按額定能力運(yùn)行，并在連續(xù)地裝滿罐式集裝箱時緩沖倉內(nèi)仍保持部分余料。

整套輸送裝車系統(tǒng)采用全密封設(shè)計，避免裝車過程中的揚(yáng)塵。由于裝車送料管運(yùn)行范圍較大，故緩沖倉與輸送鋼質(zhì)管道之間采用軟管連接。裝車作業(yè)需要對輸送量進(jìn)行更精準(zhǔn)的控制，因此，本研究中氣力輸送送料泵應(yīng)使用稱重料位裝置，便于控制輸送量。系統(tǒng)布置及設(shè)備構(gòu)成，詳見圖4。

圖4 粉煤灰裝車作業(yè)設(shè)備結(jié)構(gòu)布置圖

4 結(jié)語

粉煤灰的鐵路裝卸系統(tǒng)有效地整合了負(fù)壓及正壓氣力輸送，通過管道氣力輸送實現(xiàn)了高效，穩(wěn)定的鐵路敞頂箱、U型水泥罐車及罐式集裝箱的裝卸作業(yè)。并且輸送管道布置靈活性高，可依據(jù)生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)行多組裝卸設(shè)備及儲存?zhèn)}的擴(kuò)充。整個系統(tǒng)的密封性杜絕了作業(yè)流程中的粉塵污染，滿足了環(huán)保要求。但管道輸送能力受管徑、輸送距離的制約，需要依據(jù)不同的輸送距離和貨物吞吐量設(shè)計與之相適應(yīng)的裝卸工藝方案。本文深入研究了鐵路粉煤灰裝卸流程，旨在為后續(xù)散堆裝貨物“公轉(zhuǎn)鐵”的裝卸工藝設(shè)計提供參考。