選煤廠帶式輸送機(jī)輸煤裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)*

尹學(xué)輝

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)大地選煤工程有限責(zé)任公司，山西 大同 037001)

0 引 言

管狀帶式輸送機(jī)廣泛應(yīng)用于國內(nèi)鋼鐵、煤炭、水泥等行業(yè)的散料輸送，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有長距離、連續(xù)化、大型化、系統(tǒng)化和成套化等特點(diǎn)。管狀帶式輸送機(jī)的O型圓管狀結(jié)構(gòu)確保了物料輸送的封閉性，相比傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)，提高了傳輸效率[1]。但是，傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)傳輸效率較低，運(yùn)輸成本較高。因此，筆者從工作傳輸效率、綠色節(jié)能、結(jié)構(gòu)布置等方向?qū)捷斔蜋C(jī)的輸送裝置系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過應(yīng)用優(yōu)化后的輸送系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)相比原輸送結(jié)構(gòu)，傳輸成本降低了20%，為選煤廠輸煤設(shè)備高效化發(fā)展提供了一定的參考建議。

1 輸煤裝置系統(tǒng)概況

大地選煤廠的帶式輸送機(jī)安裝在礦井出煤口，地處山溝的半山腰上，其出煤口與溝底的距離大約30 m。為提高長距離輸煤效率，并且保證輸送裝置平穩(wěn)安全工作，采用了管狀帶式輸送機(jī)，它既可適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)形式，也可以減少對生態(tài)環(huán)境的破壞和污染，其通過空中架設(shè)輸送帶，有效地調(diào)整了廠區(qū)內(nèi)交通擁堵問題，最重要的是提高了運(yùn)輸效率，極大地節(jié)約了時(shí)間成本。帶式輸送機(jī)的輸煤裝置系統(tǒng)根據(jù)該廠地形進(jìn)行布置，高架輸送帶通道按照廠區(qū)自然地形架設(shè)支撐架[2]，此外，由于遠(yuǎn)距離傳輸，該輸煤裝置需布置四套驅(qū)動(dòng)裝置，形式采用液壓拉緊原理，保證輸煤系統(tǒng)的平穩(wěn)高效運(yùn)行，同時(shí)在輸煤裝置兩端需設(shè)置轉(zhuǎn)載運(yùn)輸站，方便煤炭物流的持續(xù)運(yùn)輸。帶式輸送機(jī)輸煤路線如圖1所示。

圖1 帶式輸送機(jī)輸煤路線圖

2 帶式輸送機(jī)輸煤裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 輸送結(jié)構(gòu)優(yōu)化

常見帶式輸送機(jī)的輸送帶結(jié)構(gòu)為敞口平鋪式設(shè)計(jì)，如圖2所示，物料的運(yùn)輸過程中常常會(huì)受限于氣象變化，并且很容易出現(xiàn)物料撒落和揚(yáng)塵問題，不僅危害生命安全、造成環(huán)境破壞，同時(shí)也影響物流的傳送量，影響經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)將傳統(tǒng)的敞口式輸送裝置改造設(shè)計(jì)成封閉式輸送裝置，其承載端和非承載端都設(shè)計(jì)為管狀形式，如圖3所示，管狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以使物料在管道內(nèi)傳輸，不會(huì)出現(xiàn)物料撒落和揚(yáng)塵現(xiàn)象，在保證物料純凈度的同時(shí)，還能避免了物料受氣象環(huán)境的影響，此設(shè)計(jì)符合環(huán)保節(jié)能的要求，節(jié)省了傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)的走廊通道建設(shè)費(fèi)用。此外，為了防止煤塊落入輸送帶與滾筒的結(jié)合處，需要在輸送帶尾部安裝防卷煤保護(hù)裝置，該裝置可以提前預(yù)警異物或者尖銳物料對輸送帶的損傷，使用紅外線傳感器、接近開關(guān)、超聲波傳感器等設(shè)備裝置可以有效保護(hù)輸送帶，保證輸送帶正常高效運(yùn)行，如圖4所示為輸送帶防卷邊裝置示意圖。

圖2 管狀輸送機(jī)傳統(tǒng)帶 圖3 優(yōu)化后管狀輸煤結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 輸送帶防卷邊裝置示意圖

2.2 輸煤裝置布局優(yōu)化

在地形高差不可以避開的情況下，管狀帶式輸送機(jī)不需要重新設(shè)立轉(zhuǎn)載站，也無需在輸送機(jī)上增設(shè)轉(zhuǎn)彎裝置，這是由于該輸送機(jī)的輸送帶為圓管結(jié)構(gòu)形式，這樣的布置可以在水平和垂直面內(nèi)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。此結(jié)構(gòu)布置可降低橫向剛度，在空間做任意方向的轉(zhuǎn)彎時(shí)可使用小曲率半徑實(shí)現(xiàn)，根據(jù)地形的起伏架設(shè)支架可直接繞開廠區(qū)內(nèi)的障礙以及建筑廠房，完成三維空間布置，減少了輸送機(jī)裝備的數(shù)量，只需要一條輸送帶配備驅(qū)動(dòng)裝置則可以完成物料向選煤廠的輸送，降低企業(yè)的基礎(chǔ)成本和維修成本，同時(shí)提高輸煤效率。

空間彎曲的布置格局既適應(yīng)了該選煤廠地形設(shè)置，也提升了輸送效率，并且減少了多帶式輸送機(jī)的搭接轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)，極大地降低了工程施工難度，節(jié)約了成本。如果依照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行規(guī)劃，該地形需要設(shè)置配備四條槽型帶式輸送機(jī)，且需要進(jìn)行搭接轉(zhuǎn)載才可以完成煤塊的輸送轉(zhuǎn)運(yùn)。相反使用管狀帶式輸送機(jī)進(jìn)行運(yùn)煤，只用一條皮帶就可以完成礦井篩分樓到電廠轉(zhuǎn)載站之間的輸送，同時(shí)還可以降低土建工程量和設(shè)備故障失效率，極大程度地降低了運(yùn)營成本和后期的維修成本。

2.3 大傾角輸送物料

常用敞開型帶式輸送機(jī)的輸送帶與托輥之間的傾角一般小于等于18°，與其相比，管狀帶式輸送機(jī)為大傾角，設(shè)計(jì)大于等于18°，如圖5所示。所運(yùn)輸?shù)奈锪蟿t封閉在輸送帶內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以增加輸送帶內(nèi)表面與物流之間的接觸面積，同時(shí)增加了兩者之間的側(cè)壓力和摩擦力，進(jìn)一步增大輸送帶傾角的同時(shí)，這也縮短了輸送帶的水平方向的寬度，經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，在同工況下，相比傳統(tǒng)型結(jié)構(gòu)，管狀帶式輸送機(jī)的輸送效率提升了48%。

圖5 大傾角托輥組

3 優(yōu)化后輸煤裝置的特性分析

3.1 輸送特性

管狀帶式輸送機(jī)的回程管道也可以進(jìn)行物料傳輸，這實(shí)現(xiàn)了雙向傳輸物料的功能，同時(shí)該裝備的輸送帶結(jié)構(gòu)架設(shè)在空中，可大幅減少占地面積，從經(jīng)濟(jì)和工作效率方面都得到有效改善。礦井中開采出的煤炭可以通過輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)较疵骸⒑Y煤、壓濾等設(shè)備中，同時(shí)經(jīng)過分類篩選，壓濾過的煤炭也能通過輸送機(jī)反向傳輸?shù)较疵貉b備中進(jìn)行二次洗煤，整個(gè)工藝流程為閉環(huán)，不需要轉(zhuǎn)運(yùn)物料，物料在空中的輸煤裝置中就可以完成洗煤到選煤的完整工藝流程。

3.2 物料粒度

優(yōu)化后的輸送帶結(jié)構(gòu)為O型，可以將物料緊緊的包覆在輸送帶中，由于輸送膠帶的結(jié)構(gòu)為O型，因此在原煤的傳輸過程中會(huì)對物料的塊徑有一定的限制和要求，規(guī)定管狀輸送帶的直徑比例應(yīng)大約為物料塊徑的三倍。針對大地選煤廠，從礦井開采出的原煤，提升到轉(zhuǎn)運(yùn)站，到達(dá)轉(zhuǎn)運(yùn)站經(jīng)過篩分再進(jìn)行傳輸，要求篩分破碎后的原煤塊徑小于28 mm，根據(jù)此規(guī)格，配置管狀帶式輸送機(jī)，要求輸煤管狀結(jié)構(gòu)的直徑最小值為900 mm，進(jìn)而計(jì)算得到輸送膠帶的寬度B為[3]：

(1)

式中：D為管狀結(jié)構(gòu)的直徑。

4 優(yōu)化方案驗(yàn)證

大地洗煤廠的實(shí)例驗(yàn)證主要從環(huán)保節(jié)能、工作運(yùn)轉(zhuǎn)、后期維護(hù)等三方面著手，分別對比了優(yōu)化前后的管狀輸煤裝置和傳統(tǒng)敞口型的輸煤裝置的應(yīng)用情況，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所列。

表1 優(yōu)化前后輸煤裝置成本計(jì)算對比 萬元/a

從表1可以發(fā)現(xiàn)，管狀帶式輸送機(jī)的設(shè)備單價(jià)采購成本要高于傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)，但綜合比較洗煤廠的整個(gè)輸煤系統(tǒng)，傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)還需要配置全封閉走廊、除塵裝置以及轉(zhuǎn)載站，而管狀帶式輸送機(jī)不需要上述搭配裝置即可獨(dú)立完成輸煤工作，相比之下，優(yōu)化后的輸煤裝置可減少38%的投資成本，經(jīng)過長期的調(diào)研和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析(生產(chǎn)運(yùn)營、維護(hù)成本)，優(yōu)化后的輸煤裝置占總投資和運(yùn)營成本的15%，而傳統(tǒng)的輸煤裝置占總投資比重的35%，大幅度節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本，提高了經(jīng)濟(jì)收益。

5 結(jié) 語

對傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)的輸煤裝置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，將其改造為管狀帶式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不受傾角約束，可彎曲布置，可實(shí)現(xiàn)封閉式雙向運(yùn)輸，同時(shí)減少廊橋段基礎(chǔ)投資，提高經(jīng)濟(jì)效益。通過與傳統(tǒng)帶式輸煤裝置系統(tǒng)進(jìn)行了應(yīng)用對比，優(yōu)化后的管狀輸煤裝置運(yùn)輸條件簡單，不受地形限制，并且無需配置過多的轉(zhuǎn)載站和連接廊橋，可為洗煤廠節(jié)約38%的基礎(chǔ)投資。管狀輸煤裝置可雙向輸送物料，并且維護(hù)運(yùn)營成本低，遠(yuǎn)距離輸送原煤或者篩分好的煤塊時(shí)，無需再連接帶式輸送機(jī)，輸送效率高，相比優(yōu)化前的生產(chǎn)運(yùn)營成本，優(yōu)化后提高了20%。此項(xiàng)優(yōu)化設(shè)計(jì)改造具有一定的借鑒推廣價(jià)值。