無動(dòng)力除塵在鉀肥皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)站中的應(yīng)用

葉福春 竇瑋 張澤星

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司 青海格爾木 816000)

0 引言

在鉀肥顆粒轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，由于鉀肥顆粒粒徑普遍較小，粘結(jié)性強(qiáng)，在正常溫度、濕度環(huán)境下，鉀肥顆粒會(huì)逸散到周圍空間中的基本為可呼吸性粉塵，危害程度較其他轉(zhuǎn)運(yùn)物料高，本文以青海鹽湖工業(yè)股份有限公司鉀肥分公司T5轉(zhuǎn)運(yùn)站皮帶機(jī)為例，對使用傳統(tǒng)鉀肥除塵方案及鉀肥輸送系統(tǒng)中的產(chǎn)塵原因進(jìn)行分析歸納，運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)原理，在沒有外加動(dòng)力除塵裝置的情況下采用壓力平衡和閉環(huán)流通等方式，最大限度的降低物流導(dǎo)管內(nèi)部空間內(nèi)空氣壓力，使得內(nèi)外空間中的壓差盡可能趨于平衡，最終形成一個(gè)針對于鉀肥顆粒的無動(dòng)力粉塵治理方案，從根源上抑制粉塵從源頭的產(chǎn)生，為鉀肥輸送系統(tǒng)粉塵治理方案提供參考依據(jù)，使現(xiàn)場粉塵濃度有效減小[4-6]。

1 傳統(tǒng)鉀肥除塵方案概況

青海鹽湖工業(yè)股份有限公司鉀肥分公司T5轉(zhuǎn)運(yùn)站皮帶機(jī)上導(dǎo)料槽處粉塵污染情況嚴(yán)重。在現(xiàn)場粉塵輸送過程中，傳統(tǒng)設(shè)備通過簡單的隔塵裝備對T5皮帶機(jī)到下皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)過程中產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行控制，通過對現(xiàn)有轉(zhuǎn)載站中頭部漏斗、導(dǎo)料槽和落料管等設(shè)備的現(xiàn)場應(yīng)用狀況進(jìn)行分析，獲得現(xiàn)有除塵設(shè)備中的不足與需要改進(jìn)之處，作為鉀肥專用粉塵治理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案的參考依據(jù)。

頭部漏斗現(xiàn)場狀況如圖1所示，在原有的轉(zhuǎn)載除塵方案中T5轉(zhuǎn)載站上皮帶機(jī)頭部漏斗部分，頭部護(hù)罩與其他設(shè)備接口處密封性能差，皮帶頭部設(shè)置的清掃器對物料的清掃功能失效，頭部護(hù)罩處于完全開放的狀態(tài)。

圖1 頭部漏斗現(xiàn)場狀況

在導(dǎo)料槽部分尾部密封性能低，與皮帶形成2～3 cm的縫隙。由于周圍空間中的粉塵積累，導(dǎo)料槽內(nèi)部為整體貫通式，皮帶機(jī)運(yùn)行過程中，粉塵在皮帶與物料的帶動(dòng)下，從導(dǎo)料槽出口溢出，造成粉塵污染?，F(xiàn)場皮帶機(jī)回程帶料嚴(yán)重，皮帶上粘附的物料在滾筒處、托輥處堆積揚(yáng)塵；導(dǎo)料槽高度較低，導(dǎo)料槽容積小，由于誘導(dǎo)風(fēng)流等因素的影響，會(huì)造成大量粉塵由于壓差的原因溢出，關(guān)于導(dǎo)料槽處的具體狀況如圖2所示。

圖2 導(dǎo)料槽現(xiàn)場狀況

落料管在設(shè)計(jì)過程轉(zhuǎn)彎角度過大，在落料管下落過程中，鉀肥可能在轉(zhuǎn)落料管轉(zhuǎn)折處產(chǎn)生堵料現(xiàn)象，另一方面一部分落料管與豎直方向上的夾角小于30°的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，因而在下落過程中會(huì)由于產(chǎn)生的誘導(dǎo)風(fēng)流過大而形成大量粉塵，具體情況如圖3所示。

圖3 落料管現(xiàn)場狀況

2 鉀肥粉塵無動(dòng)力除塵技術(shù)方案

2.1 鉀肥顆粒接觸模型分析

轉(zhuǎn)載站運(yùn)動(dòng)過程中，鉀肥顆粒之間的接觸力作用包括：切向阻尼力、切向彈力、法向阻尼力、法向彈力，法向彈力可以有效表示顆粒之間的粘彈性特征，其物理模型如圖4所示。

針對這種現(xiàn)狀，我們認(rèn)為可以通過對彈幕的管理，“打卡”，提高趣味性以及擴(kuò)大授課范圍等手段進(jìn)一步改善日語網(wǎng)絡(luò)直播課程。

圖4 鉀肥顆粒接觸力模型

基于赫茲模型的理論，粒子之間相互作用的力學(xué)分析如下[7-8]：

(1)接觸模型的切向彈力為

Fτ=Sτδτ

(1)

切向力和摩擦力有關(guān)，摩擦力一般被表示為μsFN，F(xiàn)N是顆粒間的法向接觸力，μs為靜摩擦系數(shù)。

滾動(dòng)摩擦系數(shù)對于數(shù)值模擬很重要，也是決定切向力的重要參數(shù)，顆粒接觸面上扭矩可以表示為

Ti=-μrFnRiωi

(2)

μr表示滾動(dòng)摩擦系數(shù)；Ri是顆粒質(zhì)心到接觸點(diǎn)之間的距離；ωi是接觸點(diǎn)的單位角速度矢量。

(2)接觸模型的法向彈力為

(3)

式中，F(xiàn)粘性力為法向彈性接觸力，γ為表面能。

2.2 轉(zhuǎn)運(yùn)站產(chǎn)塵機(jī)理分析

鉀肥在轉(zhuǎn)載站進(jìn)行密集顆粒流動(dòng)過程中，由于鉀肥顆粒在運(yùn)動(dòng)過程中顆粒粒徑普遍較小，因此在產(chǎn)塵過程中容易受到各種氣流的影響而產(chǎn)生大量的微小顆粒逸散到空氣中，極大增加了周邊環(huán)境可呼吸性粉塵的粉塵濃度。因而需要對鉀肥產(chǎn)塵原因進(jìn)行分析，如圖5所示，將包括碰撞產(chǎn)生氣流、牽引氣流、誘導(dǎo)風(fēng)流在內(nèi)的引起粉塵產(chǎn)生的原因進(jìn)行歸納總結(jié)，以便針對性的找到鉀肥顆粒的產(chǎn)塵解決方案。

圖5 轉(zhuǎn)運(yùn)站產(chǎn)塵過程

2.3 無動(dòng)力除塵改造原則

基于對鉀肥粉塵來源機(jī)理的認(rèn)知與傳統(tǒng)鉀肥除塵方案概述，針對現(xiàn)場環(huán)境，提出針對于頭部漏斗、導(dǎo)料槽與落料管處無動(dòng)力除塵設(shè)備的設(shè)計(jì)原則：

(1)設(shè)計(jì)產(chǎn)品應(yīng)針對與鉀肥物料本身所具有的顆粒粒徑普遍較小、密度低等特性進(jìn)行改進(jìn)。

(2)頭部漏斗改造應(yīng)考慮密封性，密封材料與現(xiàn)場物料特性緊密結(jié)合，減少物料在頭部漏斗處的撞擊強(qiáng)度。設(shè)計(jì)針對于鉀鹽材料的專用頭部漏斗、頭部護(hù)罩，頭部漏斗抑塵簾采用特殊材質(zhì)。

(3)導(dǎo)料槽設(shè)計(jì)同樣要注重密封性與抑塵簾材質(zhì)問題，采用各種手段降低導(dǎo)料槽內(nèi)部風(fēng)速與壓強(qiáng)，減小粉塵外溢濃度。

(4)對于落料管的設(shè)計(jì)，應(yīng)減少鉀肥在落料管接觸點(diǎn)的撞擊強(qiáng)度，曲線的法線角度與水平夾角不低于60°，落料管截面積與輸送量、帶速、帶寬匹配。

2.4 頭部漏斗改造方案

頭部漏斗除了原有的金屬外殼外，內(nèi)部設(shè)計(jì)有鉀鹽專用弧形頭部漏斗、頭部護(hù)罩以及專用于鉀肥材料的密封擋簾，頭部漏斗的設(shè)計(jì)要盡量貼合，針對氯化鉀物料的落料曲線特性，頭部漏斗、頭部護(hù)罩裝置貼合氯化鉀物料落料曲線，減小物料與頭部漏斗的沖擊揚(yáng)塵，頭部護(hù)罩與皮帶工作面間布置動(dòng)態(tài)毛細(xì)密封抑塵簾，防止粉塵從頭部護(hù)罩處外溢，具體設(shè)計(jì)方案如圖6所示。

(a)設(shè)計(jì)三維模型

T5轉(zhuǎn)運(yùn)站皮帶機(jī)輸送的物料為較高溫度的氯化鉀物料，氯化鉀物料又具有易潮解的特性，潮解后極易粘附在設(shè)備表面。這就要求選用的擋簾材質(zhì)具備耐高溫、不粘料、耐磨、強(qiáng)度高等特性。同時(shí)，針對氯化鉀物料屬于粉狀顆粒物，選用的密封材料直徑不宜過大，避免自重?fù)舸蛭锪显斐傻膿P(yáng)塵。

2.5 流線型落料管裝置改造特點(diǎn)

在落料管中鉀肥下落過程中小顆粒受到大顆粒下落過程中所產(chǎn)生誘導(dǎo)風(fēng)流的影響，而誘導(dǎo)風(fēng)流來源于密集顆粒流在轉(zhuǎn)載站中的下落過程中由于高速下落的速度使得周圍空間產(chǎn)生巨大壓差。誘導(dǎo)風(fēng)流一方面導(dǎo)致鉀肥密集顆粒流外部與顆粒流內(nèi)部的壓差不一致使得流體粘性力作用顆粒流外層，使其由于旋轉(zhuǎn)、逸散等原因而產(chǎn)生粉塵；在另一方面，在顆粒流到達(dá)下皮帶時(shí)誘導(dǎo)風(fēng)流會(huì)產(chǎn)生湍流，帶動(dòng)鉀肥粉塵逸出造成周圍空間揚(yáng)塵，如若沒有良好的粉塵控制手段，該部分粉塵是造成周圍空間存在大量粉塵產(chǎn)生的罪魁禍?zhǔn)譡9]。

同時(shí)考慮到下落過程中因顆粒滾動(dòng)、碰撞等原因使得顆粒破碎產(chǎn)生的粉塵，該產(chǎn)塵原因由兩部分組成，一部分是顆粒流在下落過程中不斷與落料管碰撞接觸所產(chǎn)生的粉塵，另一部分是由于下落過程中鉀肥顆粒流對轉(zhuǎn)載站下級皮帶產(chǎn)生了較大的沖擊。

對于落料管裝置進(jìn)行無動(dòng)力除塵改造屬于對粉塵產(chǎn)生的根本性治理，通過控制頭部漏斗到下級皮帶之間的鉀肥料流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從根本上減少粉塵產(chǎn)生量與落料管中的風(fēng)速，減少導(dǎo)料槽中的除塵量和下皮帶上的產(chǎn)塵量。

落料管系統(tǒng)主要由3部分組成：頭部漏斗、中間的曲線落料管及落料管襯板、落料管尾部。流線型入口處整體采用合理的異型截面形式設(shè)計(jì)方案，入口處設(shè)計(jì)考慮頭部漏斗尺寸。中間曲線落料管的設(shè)計(jì)應(yīng)控制曲線的法線角度與水平夾角不低于60°，杜絕堵料現(xiàn)象，減少物料在落料管處的撞擊次數(shù)，盡量使得物料與落料管之間充分接觸。落料管出口處具有前傾、收口、擴(kuò)容、對中的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，落料管模型如圖7所示，落料管下落到下皮帶機(jī)的速度約為2 m/s[10-11]。落料管的設(shè)計(jì)方案一方面起到匯集料流的作用，約束顆粒的流動(dòng)，減少粉塵的發(fā)散，避免料流在落料管中的堆積，預(yù)防出現(xiàn)堵料現(xiàn)象，另一方面控制料流的運(yùn)動(dòng)速度，使得料流從落料管傳遞到輸送帶的瞬間物料速度與帶速持平，減小鉀肥散料對皮帶的沖擊力，有利于加速鉀肥粉塵的沉降。

(a)鉀肥轉(zhuǎn)運(yùn)站落料管仿真

2.6 皮帶機(jī)鉀鹽專用密閉式抑塵導(dǎo)料槽

皮帶機(jī)皮帶在輸送過程中的運(yùn)動(dòng)速度能夠達(dá)到2～3 m/s，其產(chǎn)生的牽引氣流也可能會(huì)造成堆積在皮帶上的微小的鉀肥顆粒逸散到空氣中。對于牽引氣流引起的粉塵，需要采用專門針對于鉀鹽的密閉式抑塵導(dǎo)料槽。

鉀鹽專用密閉式抑塵導(dǎo)料槽設(shè)計(jì)系統(tǒng)由全密閉式導(dǎo)料側(cè)板與蓋板、材質(zhì)密封擋塵簾、尾部密封箱、內(nèi)部擋簾等設(shè)備組成，如圖8所示。內(nèi)部擋簾仍為阻燃、防粘附、大密度材料，盡可能的隔絕鉀肥顆粒所產(chǎn)生的的粉塵，全密封式導(dǎo)料槽為擴(kuò)容、全封閉式導(dǎo)料槽，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)。

導(dǎo)料槽設(shè)計(jì)高度較同型號(hào)普通導(dǎo)料槽的高度有所增加，以增大導(dǎo)料槽容積，緩解導(dǎo)料槽正壓，降低導(dǎo)料槽內(nèi)部的誘導(dǎo)風(fēng)速，從而達(dá)到降低粉塵外溢的現(xiàn)象。導(dǎo)料槽內(nèi)布置多道動(dòng)態(tài)特殊結(jié)構(gòu)和材質(zhì)密封抑塵簾，有效降低導(dǎo)料槽內(nèi)部風(fēng)速，同時(shí)吸附粉塵，達(dá)到抑塵的目的[12-13]。

針對于鉀肥顆粒的粉塵粒徑小的特點(diǎn)，導(dǎo)料槽側(cè)板與皮帶結(jié)合處縫隙導(dǎo)料槽側(cè)部采取兩層密封，第一層密封設(shè)置動(dòng)態(tài)特殊結(jié)構(gòu)和材質(zhì)密封件，動(dòng)態(tài)特殊結(jié)構(gòu)和材質(zhì)密封件動(dòng)態(tài)填補(bǔ)導(dǎo)料槽側(cè)板與膠帶結(jié)合處縫隙，減少粉塵外溢現(xiàn)象；第二層密封采用Y型防溢裙板，防溢裙板配帶手柄螺桿式夾持器、圓頭固定角鋁進(jìn)行安裝。Y型密封結(jié)構(gòu)分為裙板和裙耳兩層結(jié)構(gòu)。內(nèi)外兩層結(jié)構(gòu)均為高分子聚氨酯+天然橡膠一體硫化而成。裙板處與皮帶接觸部分聚氨酯為“J”型結(jié)構(gòu)，保證裙板與皮帶以不同角度接觸的耐磨性能。導(dǎo)料槽側(cè)邊皮帶下部支撐采用UHMW-PE托板裝置的對皮帶的連續(xù)支撐形式，防止皮帶承載物料時(shí)出現(xiàn)的“波浪形”而引起密封效果不佳，特別是針對與物料撞擊時(shí)引起的皮帶縱向振動(dòng)現(xiàn)象。密封材質(zhì)需要具備耐高溫、不粘料、耐磨、強(qiáng)度高等特性。同時(shí)，針對氯化鉀物料屬于粉狀顆粒物，選用的密封材料直徑不宜過大，避免自重?fù)舸蛭锪显斐傻膿P(yáng)塵。導(dǎo)料槽尾部裝置采用內(nèi)層阻燃海綿隔板與外層橡膠密封板的設(shè)計(jì)，提供兩道密封，能有效防止粉塵氣體及物料從尾部導(dǎo)料槽處外溢。

3 鉀肥無動(dòng)力除塵設(shè)備改造前后運(yùn)行結(jié)果對比

本文以青海鹽湖工業(yè)股份有限公司鉀肥分公司T5轉(zhuǎn)運(yùn)站皮帶機(jī)為例，對L305和L306皮帶機(jī)頭部、L401皮帶機(jī)尾部導(dǎo)料槽及上下皮帶機(jī)之間的落料管進(jìn)行改造，改造后無動(dòng)力除塵設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、密封性較好，無外部溢塵現(xiàn)象，根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)檢測，各部位粉塵質(zhì)量濃度均下降到4 mg/m3以下，測試不同部位的改造前后粉塵濃度對比情況如表1所示。

表1 改造前后粉塵濃度對比情況

圖9為除塵改造前后對比，如圖9所示，現(xiàn)場鉀肥粉塵堆積狀況有著明顯的改善，設(shè)備所需維護(hù)時(shí)間和清掃量大大減少，改造后外部空間粉塵濃度符合國家標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場環(huán)境有著巨大的改善。

(a)改造前現(xiàn)場狀況

4 結(jié)語

對比傳統(tǒng)的鉀肥除塵方案中除塵設(shè)備密封性差、外部空間粉塵濃度過大、現(xiàn)場維護(hù)困難等現(xiàn)象，本文設(shè)計(jì)的鉀肥無動(dòng)力轉(zhuǎn)載站除塵設(shè)備具有能耗小、維護(hù)量小等特點(diǎn)，同時(shí)通過加強(qiáng)設(shè)備密封性、對落料管中控制料流速度以及減小粉塵產(chǎn)生量，結(jié)合導(dǎo)料槽內(nèi)部的一系列除塵措施，有效治理了現(xiàn)場粉塵的大量逸散并堆積在周圍空間中的情況，使得現(xiàn)場環(huán)境得到了巨大的改善，改造后的轉(zhuǎn)載站符合國家的環(huán)保節(jié)能要求。