粉煤灰加濕輸送裝置的研制

張　波

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粉煤灰加濕輸送裝置的研制

張波

摘要作者針對清潔生產與環(huán)境保護的要求，借鑒LS螺旋輸送機原理，研制了一套具備攪拌、輸送、加濕功能的設備，本文主要介紹了研制過程和具體的研究內容。這套設備的研發(fā)應用，有效降低了粉末廢棄物料排放過程中的二次揚塵污染，對改善工作環(huán)境，減少粉塵排放效果顯著。

關鍵詞粉煤灰、雙螺旋、攪拌、輸送機、加濕

1　前言

同煤集團中央機廠家屬區(qū)距離城市生活區(qū)約13 km，大部分屬于老住宅樓，建于上世紀60年代，沒有相關現代化供暖系統的配套設施。由于地理位置以及舊建筑管路系統的限制，無法接入集中供暖。因此，冬季一直沿用燃煤鍋爐供暖的方式。

鍋爐供暖對環(huán)境的污染是比較嚴重的，如煙塵的排放，燃燒后固體廢棄物后續(xù)輸送及處理等方面。住宅小區(qū)當時設計時環(huán)保要求低，鍋爐房的建設離居民區(qū)較近，在煤炭燃燒后排灰過程中，粉煤灰顆粒較小，容易隨風飄散造成二次揚塵污染，嚴重影響附近居民和周邊環(huán)境。

鍋爐房設計為舊式結構，排灰設備處的空間非常窄小，很難更換成套的自動化輸送設備。加之在實際的工況條件是鍋爐入爐原料煤的粒度為200目，燃燒后粉煤灰的粒度也非常細微，遇到水以后處于漂浮狀態(tài)；因此，無法采用直接灑水的辦法來降塵。

多年來，這個棘手的技術難題一直沒有得到解決。在詳細分析了排灰系統的結構布局特點后，若在粉煤灰密閉輸送過程中增加一套簡易噴水降塵系統，將粉煤灰與水進行充分的混合，使其達到不起塵的濕度，可解決二次揚塵的問題。因此，需研制一套具備攪拌傳送與噴水降塵功能的封閉式粉狀物料輸送裝置，即將粉煤灰從排放口直接輸入到攪拌設備、設備內部自帶降塵功能的水霧噴嘴，實現輸送粉狀物料的同時對其噴水攪拌混合，達到對粉煤灰加濕的效果。

2　主要研究內容

2.1工作原理

針對鍋爐房輸送工段的現場條件，設計采用雙軸螺旋輸送機將物料從進料口加入，當轉軸轉動時，物料受到螺旋葉片法向推力的作用向前推進。該推力的徑向分力和葉片對物料的摩擦力，也有可能帶著物料繞軸轉動，但由于物料本身的重力和料槽對物料的摩擦力的緣故，才不與螺旋葉片一起旋轉。在物料輸送過程中，噴水系統工作，將水霧噴灑在物料上，通過葉片的旋轉攪拌，實現粉煤灰與水的充分混合。

2.2工況參數

輸送物料：粉煤灰

粉塵的松散密度：ρ=0.85 t/m3

粉塵的最大粒度：d≤0.05 mm

輸送能力：15 t/h

攪拌輸送距離：L≤2 m

環(huán)境溫度：-30℃～18℃（塵埃較大）

輸送傾角：近似0°

2.3粉煤灰加濕輸送裝置關鍵參數的計算

2.3.1螺旋直徑

其中：

Q—輸送量；

?—填充系數，取0.25～0.3，此處選0.25；

t—螺距，查表一般等于D；

n—轉速，r/min，查表選擇60 r/min；

C—傾角系數，查表可得c=1.0

帶入數據得：

根據JS系列螺旋輸送機選擇關系，

D＝160 mm；200 mm；250 mm；315 mm；400 mm；500 mm；630 mm

取D=315 mm

2.3.2螺距t

（t值一般為螺旋葉片的0.8～1.0倍）

即t=（0.8-1.0）×D

為了防止雜質（如破損的布袋等）進入攪拌系統，影響葉片的壽命，螺距確定為315 mm。

2.3.3電動機功率

由于安裝空間較為狹小，采用單電機動力方式[1]。

其中Q—輸送量，t/h

ω0—阻力系數（ω0值查表螺旋輸送機常用物料的填充、特性、綜合系數表）；

H—物料輸送高度落差，上運取“+”，下運取“-”，近水平條件下取0；

L—螺旋輸送長度，m

D—螺旋輸送機直徑，m

輸送能力根據工廠鍋爐房燃燒值計算：

帶入直接數據得

由于攪拌功能需要采用雙軸結構，功率應至少為單軸功率的2倍。P1＞0.717 kW

考慮到冬季加濕物料容易結冰，以及物料浸水后產生的粘滯阻力，雙軸螺旋攪拌機電機功率定為計算值的2～3倍，電機功率確定為：P=2.2 kW

2.3.4軸徑

根據設備安裝空間條件，運輸距離為2 m，主機只能設計為單節(jié)方式，主軸跨度為2 m，為了防止工作過程中發(fā)生主軸徑向震動，使兩軸發(fā)生干涉，并由計算得之螺旋節(jié)距為315 mm，選擇主軸直徑為90 mm。

2.3.5粉煤灰加濕配比

經過多次粉煤灰灑水的混合實驗得知，粉煤灰與水的質量比約為5：2時，獲得的混合物為最佳輸送狀態(tài)，既不產生揚塵，也不因濕粘泥濘增加傳送阻力?？紤]到鍋爐燃燒煤質的差異，同樣質量的煤粉燃燒后的粉煤灰質量也不同，通過定期檢查燃煤煤質指標與排灰量，實時調節(jié)進水參數，保證粉煤灰與水5：2的配比，起到降塵的作用。

2.4粉煤灰加濕輸送裝置的研制

主機設計見圖1。

圖1主機設計圖

2.4.1主機架

在設計中，考慮到兩端瓦座距離較大軸承同軸度難以保證，將瓦座設計在主機架外部；而且，除了主軸穿過主機架且無配合關系外，其余位置關系均不相關，這樣解決了加工難的問題。

主機架為密封箱梁，要求在焊接和機加工施工過程中確保焊縫連續(xù)而且密封性好，機加工過程中，相關密封配合面必須確保加工尺寸和加工精度要求。

2.4.2螺旋主軸：

主軸選型時，考慮到交替螺旋輸送，選擇了葉片式主軸結構。主軸直徑90 mm，螺旋直徑315 mm。為了提高輸送和攪拌效果，葉片設計為扇形結構，但是，由于交替間隙較小，扇形葉片的外形必須經過三維驗證，從而確定螺旋角度和扇形外形尺寸。雙軸的螺旋方向為逆向。經過認真反復校核，達到了設計目的，雙軸設計見圖2、圖3。

2.4.3傳動部分

圖2主傳動軸（右旋軸）設計圖

圖3副傳動軸（左旋軸）設計圖

根據參數計算結果，電動機選型為2.2 kW電動機，減速器選擇了擺線式減速機。為了減小輸送過程中的震動，將電機與減速機選擇為一體機，連接強度高，穩(wěn)定性好，減小了使用過程中的噪音，從使用效果來看，噪音非常小[2]，傳動部分設計見圖4。

圖4傳動部分設計圖

2.4.4雙軸交互螺旋

雙軸之間采用配對齒輪傳動，達到雙軸交互螺旋轉動同步，并且避免了葉片交叉干涉的問題。兩軸間采用配對等速齒輪進行傳動。

2.4.5加濕系統

加濕系統由進水管、球閥、分水管及噴霧裝置構成。為保證水霧與粉煤灰充分混合，在約1 m長的管道上加設4條分管道，間距315 mm，在傳動方向上同時噴霧，增大水霧與粉煤灰的接觸面。同時混合物的排出口留有觀察孔，通過觀察混合物狀態(tài)，實時調整進水球閥，以控制水霧的噴灑量，保證粉煤灰與水霧的配比。

2.4.6密封部分

1）主機架上蓋與主機架結合面需增加橡膠板密封；

2）上蓋板兩節(jié)間隙處采用密封條密封；

3）主軸與主機架配合處，采用骨架密封，防止內部灰塵從縫隙間溢出，影響環(huán)境，損壞傳動齒輪嚙合齒面。

3　結語

本套裝置是受LS系列螺旋輸送機的傳動方式的啟發(fā)研制而成，在粉塵輸送過程中噴水霧攪拌，使水與粉煤灰充分混合，起到降塵效果。經過一年多時間的運行使用，該套設備能夠滿足降塵要求，使排廢工作室的PM2.5濃度峰值由825 μg/m3降到了48 μg/m3，對避免二次揚塵、改善周邊環(huán)境效果顯著，在燃煤鍋爐房有廣泛的推廣意義。

參考文獻

[1]《運輸機械設計選用手冊》編輯委員會.運輸機械設計選用手冊[M].化學工業(yè)出版社，1999（1），334-338.

[2]成大先.機械設計手冊[M].化學工業(yè)出版社，2008（1），16-146-148.

張波，男，1986年出生，山西渾源人，畢業(yè)于中北大學材料成形及控制工程專業(yè)?，F在山西大同煤礦集團機電裝備中央機廠從事煤礦機械工藝和制造工作，助理工程師。

Development of Humidifying Conveyer of Fly Ash

Zhang Bo

Abstract：For the requirements of cleaner production and environmental protection，by using the principles of LS he?lix conveyor for reference，a set of the equipments with the mixing，transporting，humidifying function are developed，this article mainly introduces the development process and the specific research content. The research and application of the equipments effectively reduce the secondary dust pollution in the process of waste powder material emission，they have remarkable effect to improve the working environment and reduce dust emission.

Keywords：fly ash；double helix；Stirring；conveyor；humidification

收稿日期：2016-01-12

作者簡介

中圖分類號TK223.27

文獻標識碼A

文章編號1000-4866（2016）02-0025-03