斗輪堆取料機(jī)灑水抑塵系統(tǒng)優(yōu)化

羅福均

（國能黃驊港務(wù)有限責(zé)任公司，滄州 061113）

國能黃驊港務(wù)有限責(zé)任公司經(jīng)過多年的技術(shù)創(chuàng)新，采用“新理念+傳統(tǒng)除塵技術(shù)”的舉措綜合治理粉塵，取得了顯著成效[1]。然而，對于特低灰等特殊煤種以及存儲時(shí)間長、含水率低的煤，在其作業(yè)過程中難以避免出現(xiàn)揚(yáng)塵。為了滿足綠色發(fā)展和煤炭清潔化利用的要求，持續(xù)優(yōu)化堆取料機(jī)的灑水抑塵系統(tǒng)。

1 斗輪堆取料機(jī)的清潔生產(chǎn)裝置

1.1 導(dǎo)料槽

導(dǎo)料槽一般安裝于帶式輸送機(jī)的受料處，作用是將高處落下的煤炭集中至皮帶中部，約束煤炭不撒漏。懸臂皮帶頭部導(dǎo)料槽和中心漏斗下導(dǎo)料槽的主要作用是在取料時(shí)避免煤炭對懸皮和地面皮帶產(chǎn)生沖擊。懸臂皮帶尾部導(dǎo)料槽的主要作用是在堆料時(shí)約束尾車中心漏斗掉落的煤炭。防止煤炭撒漏的能力取決于導(dǎo)料槽懸臂皮帶與輸送皮帶的間隙大小，因此為保證清潔生產(chǎn)，必須定期檢查導(dǎo)料槽懸臂皮帶的磨損程度，磨損嚴(yán)重時(shí)需進(jìn)行更換。

1.2 清掃器

在輸送煤炭時(shí)，皮帶表面會附著煤泥。煤泥被帶入托輥和滾筒，會加劇軸承的磨損。滾筒表面附著的煤泥會損壞皮帶，導(dǎo)致皮帶打滑和撕裂。因此，需要在堆取料機(jī)的尾車皮帶頭部、懸臂皮帶尾部和懸臂皮帶頭部安裝清掃器。清掃器的刀頭具有低摩擦、高耐磨、高強(qiáng)度的特性，能夠有效清除皮帶表面的煤泥。為了保持清掃器的清潔能力，需要定期檢查刀頭和皮帶的貼合情況，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整彈簧的張緊程度。此外，如果清掃器的刀頭磨損嚴(yán)重，應(yīng)立即更換。

1.3 回程洗帶裝置

堆取料機(jī)在裝卸濕黏煤時(shí)，會有大量黏煤附著在皮帶表面，清掃器無法完全刮干凈。為解決此問題，在第一道清掃器與第二道清掃器之間加裝回程洗帶裝置。因?yàn)槲恢玫年P(guān)系，洗帶裝置極易被回程煤泥堵塞，所以不使用水嘴噴頭，而是通過增加管路出水口實(shí)現(xiàn)回程皮帶全面覆蓋的沖洗效果。沖洗后的煤污水通過接煤板收集處理，可以避免二次污染。

1.4 接煤板

接煤板位于回程皮帶下方，主要作用是接住皮帶或托輥架掉落的煤泥，防止煤泥污染下方單機(jī)，保持機(jī)容機(jī)貌整潔。接煤板上堆積的煤炭過多會影響皮帶運(yùn)行，積煤過多也是嚴(yán)重的火災(zāi)隱患，因此需要每天清理接煤板。

1.5 灑水系統(tǒng)

堆取料機(jī)的灑水系統(tǒng)由地面水槽、吸水裝置、水箱和灑水裝置組成。地面水槽能夠?yàn)闉⑺到y(tǒng)提供水源，其主要分布于堆取料機(jī)行走軌道沿線，與行走軌道等長。吸水裝置由吸水泵、吸水管、逆止閥組成，作用是將水槽中的水吸至水箱。水箱內(nèi)裝有水位檢測裝置，水位高時(shí)吸水泵停止運(yùn)行，水位低時(shí)灑水泵停止運(yùn)行。灑水裝置由灑水泵、灑水管、電磁閥和噴淋水嘴組成。電磁閥共有4 個(gè)，1 號電磁閥控制尾車拋料滾筒上方的噴淋水嘴，2 號電磁閥控制懸皮尾部滾筒上方的噴淋水嘴，3 號電磁閥控制懸皮尾部導(dǎo)料槽出口位置的噴淋水嘴，4 號電磁閥控制懸皮頭部格柵上方的噴淋水嘴。4 個(gè)電磁閥均有旁路手動(dòng)閥，用于手動(dòng)打開噴淋。

在堆取料機(jī)作業(yè)時(shí)，懸臂皮帶啟動(dòng)后吸水泵開始運(yùn)行，水箱水位升高，水位觸發(fā)報(bào)警后，吸水泵停止運(yùn)行。高水位報(bào)警2 min 后，若警報(bào)消除則吸水泵再次運(yùn)行，若未消除則不運(yùn)行。此過程能夠保證水箱內(nèi)隨時(shí)都有充足的水。在自動(dòng)堆料過程中，檢測到煤料流后灑水泵開始運(yùn)行，1 號電磁閥和3 號電磁閥打開噴淋水嘴，對尾車拋料滾筒進(jìn)行噴灑。在自動(dòng)取料過程中，懸臂皮帶啟動(dòng)后灑水泵開始運(yùn)行，2 號電磁閥和4 號電磁閥打開噴淋水嘴，對輪斗下料處和懸皮驅(qū)動(dòng)滾筒拋料處進(jìn)行灑水抑塵。作業(yè)完畢后，灑水泵停止運(yùn)行，所有電磁閥關(guān)閉。當(dāng)堆取料機(jī)不作業(yè)時(shí)，可以通過集控界面遠(yuǎn)程手動(dòng)控制吸水泵和灑水泵的啟閉。

2 灑水抑塵系統(tǒng)的優(yōu)化措施

2.1 優(yōu)化吸水裝置

2.1.1 優(yōu)化吸水泵的運(yùn)行策略

通過對比吸水泵和灑水泵的維修記錄，發(fā)現(xiàn)在相同的使用強(qiáng)度下，吸水泵的維保工作量遠(yuǎn)大于灑水泵的維保工作量，其原因?yàn)閮烧叩倪\(yùn)行控制程序不同。在堆取料機(jī)作業(yè)過程中，吸水泵不斷啟動(dòng)和停止。吸水泵在啟停過程中頻繁受到機(jī)械沖擊，加速其磨損。吸水泵啟動(dòng)時(shí)的電流一般為額定電流的5 ～7 倍，頻繁啟停會產(chǎn)生較大的損耗發(fā)熱，造成熱疲勞，而且吸水泵的頻繁啟停還會導(dǎo)致電機(jī)絕緣失效[2]。這些都是影響吸水泵使用壽命和穩(wěn)定性的重要因素。因此，為了降低吸水泵的維修頻次就需要避免其頻繁啟停。

堆取料機(jī)的水箱水位報(bào)警裝置，由懸浮在水箱內(nèi)部的泡沫球、感應(yīng)鐵片和接近開關(guān)組成。當(dāng)水箱水位過低時(shí)，泡沫球下墜，通過拉繩帶動(dòng)感應(yīng)鐵片離開接近開關(guān)，觸發(fā)故障報(bào)警。隨著水位的上升，泡沫球浮起，感應(yīng)鐵片因?yàn)樽陨碇亓氐浇咏_關(guān)位置，故障復(fù)位。

這種裝置受環(huán)境因素影響較大，故障率高，因此將水箱水位報(bào)警裝置更換為浮子式液位計(jì)。浮子式液位計(jì)主要由磁性浮球、傳感器、變送器3 部分組成。當(dāng)水箱水位變化時(shí)，磁性浮球沿液位計(jì)導(dǎo)桿上下滑動(dòng)，浮球內(nèi)的磁鐵會吸合導(dǎo)桿內(nèi)相應(yīng)位置的干簧管，使傳感器的總電阻值發(fā)生變化，然后電阻變送器將電阻信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出，以此實(shí)現(xiàn)高、低水位的報(bào)警。浮子式液位計(jì)能夠精確測量水箱的實(shí)時(shí)水位[3]。通過計(jì)算吸水泵流量和灑水泵流量，確定水箱保持不缺水動(dòng)態(tài)平衡的水位，并將此水位的電信號設(shè)置為水箱缺水報(bào)警信號。當(dāng)水位低于此位置時(shí)觸發(fā)報(bào)警信號，吸水泵自動(dòng)開啟，此時(shí)灑水泵還可以繼續(xù)使用。改進(jìn)運(yùn)行策略后，能夠有效降低吸水泵的啟停頻次，提升其穩(wěn)定性，延長其使用壽命。

2.1.2 使用負(fù)壓罐吸水裝置

吸水泵的另一種常見故障為逆止閥止回功能失靈導(dǎo)致吸水管進(jìn)氣，無法吸水，需要重新灌泵。為了解決此故障，可以將吸水泵改為負(fù)壓罐吸水裝置，由抽吸式吸水改為自灌式吸水。負(fù)壓罐吸水裝置由濾網(wǎng)罩、吸水管、真空罐和注水管等組成。吸水管與真空罐上部連接，從水槽中吸水。灑水泵與真空罐下部連接，從真空罐中吸水。在第1 次使用前，要先將真空罐和吸水管灌滿水。此裝置的工作原理為灑水泵啟動(dòng)后真空罐水位下降，導(dǎo)致罐內(nèi)壓力降低形成負(fù)壓。負(fù)壓使水槽內(nèi)的水通過吸水管流向真空罐，以此保證灑水泵持續(xù)運(yùn)行[4]。負(fù)壓罐吸水裝置具有設(shè)備簡單、維修方便、避免底閥漏水的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效降低灑水系統(tǒng)的故障發(fā)生頻次，減少維修工作量，提高系統(tǒng)的安全可靠性。

2.2 優(yōu)化灑水裝置

2.2.1 優(yōu)化灑水泵控制界面

灑水泵的遠(yuǎn)程手動(dòng)控制界面只有啟動(dòng)和停止按鈕，其主要作用是在沖洗積煤和維修設(shè)備時(shí)，能夠遠(yuǎn)程打開灑水裝置對作業(yè)部位進(jìn)行灑水。控制界面缺少各灑水電磁閥的控制開關(guān)，因此電磁閥的開關(guān)只能由程序控制，無法進(jìn)行人工干預(yù)。在堆取料機(jī)作業(yè)過程中，如果揚(yáng)塵較為嚴(yán)重需要增加補(bǔ)水量，由點(diǎn)檢員手動(dòng)開啟手柄閥門，不僅浪費(fèi)時(shí)間和人力，而且對環(huán)保管控要求響應(yīng)速度慢?；诖?，可以在遠(yuǎn)程手動(dòng)控制界面上增加電磁閥控制按鈕，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況控制電磁閥門開啟的位置和數(shù)量，實(shí)現(xiàn)電磁閥的遠(yuǎn)程精準(zhǔn)控制，保證清潔生產(chǎn)。

2.2.2 優(yōu)化斗輪堆取料機(jī)頭部抑塵噴淋裝置

堆取料機(jī)臂架頭部主要通過噴淋裝置灑水抑塵。噴淋水嘴固定在格柵平臺的鋼結(jié)構(gòu)上。鋼結(jié)構(gòu)位于斗輪格柵上方，高度約為2.5 m。鋼結(jié)構(gòu)上的噴淋水嘴側(cè)向噴淋能夠覆蓋斗輪最頂部區(qū)域，向下噴淋能夠完全覆蓋輪斗下料區(qū)域。

但是，該噴淋水嘴無法覆蓋取料時(shí)輪斗掘進(jìn)煤垛區(qū)域和堆料時(shí)懸皮頭部滾筒拋料區(qū)域。輪斗在取料時(shí)會破壞煤垛的高含水率外殼，容易形成揚(yáng)塵。在自動(dòng)堆料時(shí)，懸皮拋料滾筒與煤垛間存在大于3 m 的垂直距離，使煤炭在脫離懸皮到達(dá)煤垛的過程中缺乏約束，極易產(chǎn)生揚(yáng)塵。然而，頭部噴淋裝置無法覆蓋到這些區(qū)域，只能使用地面高壓水噴槍進(jìn)行抑塵，不僅精確度低、耗水量大，而且存在死角，無法達(dá)到灑水抑塵的目的。為此，可以優(yōu)化噴淋裝置，將頭部噴淋架延伸至懸皮拋料滾筒外，并保證噴淋架的長度和位置不與煤垛發(fā)生碰撞，實(shí)現(xiàn)對易起塵區(qū)域的全覆蓋，達(dá)到抑塵補(bǔ)水的目的。

2.2.3 采用新型灑水系統(tǒng)

低溫條件下無法使用是傳統(tǒng)灑水系統(tǒng)不可忽視的缺點(diǎn)。黃驊港為北方港口，冬季氣溫較低，水槽結(jié)冰后灑水系統(tǒng)無法使用。為解決此問題，結(jié)合灑水系統(tǒng)優(yōu)化的成功案例，設(shè)計(jì)出一套全氣候可用的灑水系統(tǒng)[5]。該系統(tǒng)由上水裝置、儲水大水箱、灑水裝置組成，并采用電伴熱保溫方案，確保系統(tǒng)在冬季不結(jié)冰。黃驊港堆場的噴槍供水來自地下高壓水管道。高壓水管道分布于堆場的南側(cè)和北側(cè)，且具有良好的保溫措施，保證冬季可以正常使用。

上水裝置從地下高壓水管道引水，并利用高壓水管道的壓力為大水箱供水。上水裝置的數(shù)量和安裝位置應(yīng)滿足堆取料機(jī)的需求。大水箱安裝在堆取料機(jī)東側(cè)的鋼結(jié)構(gòu)平臺上。鋼結(jié)構(gòu)平臺由單獨(dú)的行走臺車支撐，并用拉桿與堆取料機(jī)的行走臺車相連，跟隨堆取料機(jī)移動(dòng)。大水箱的容量應(yīng)滿足堆取料機(jī)長時(shí)間作業(yè)的灑水需求。在設(shè)計(jì)上水管和水箱的高度時(shí)，應(yīng)避免其與臂架接煤板發(fā)生碰撞。灑水裝置在原有灑水管路基礎(chǔ)上改造而成，具有抑塵、補(bǔ)水、洗帶等功能。新型灑水系統(tǒng)能夠滿足斗輪堆取料機(jī)冬季清潔生產(chǎn)的灑水需求。

2.2.4 設(shè)計(jì)壩基沖洗裝置

堆取料機(jī)在作業(yè)過程中，出現(xiàn)揚(yáng)塵、導(dǎo)料槽懸臂皮帶不嚴(yán)、故障重載停機(jī)等都會導(dǎo)致壩基積煤污染。黃驊港清潔生產(chǎn)要求，每4 d 就要對壩基進(jìn)行一次沖洗。由于皮帶沿線沒有專門用于沖洗的管路，人工清理前都需要重新架設(shè)水管。

為解決此問題，設(shè)計(jì)一種壩基沖洗裝置，實(shí)現(xiàn)堆取料機(jī)行走時(shí)對壩基進(jìn)行沖洗，如圖1 所示。沖洗水管安裝在行走臺車?yán)飩?cè)，不使用時(shí)由配重拉起收回。沖洗壩基時(shí)，水管充滿水后自重增加，超過配重拉力，沖洗水管被放下，實(shí)現(xiàn)壩基沖洗功能。沖洗水管由電磁閥控制開閉。

圖1 堆取料機(jī)壩基沖洗裝置

壩基沖洗裝置設(shè)置自動(dòng)模式和手動(dòng)兩種運(yùn)行模式。自動(dòng)模式由壩基沖洗功能的開啟與可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）人機(jī)界面的“提前移垛”和“到達(dá)工作位置”兩個(gè)按鈕連鎖。堆取料機(jī)移垛時(shí)，自動(dòng)開啟吸水泵、灑水泵和壩基沖洗電磁閥，進(jìn)行壩基沖洗，到達(dá)目標(biāo)位置后自動(dòng)關(guān)閉沖洗功能。手動(dòng)模式主要是在堆取料機(jī)沒有工作任務(wù)后，遠(yuǎn)程手動(dòng)開啟設(shè)備進(jìn)行壩基沖洗。壩基沖洗裝置有效降低了清煤人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了現(xiàn)場環(huán)境，提升了堆取料機(jī)的清潔生產(chǎn)水平。

3 結(jié)語

為了滿足愈加嚴(yán)格的清潔生產(chǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)，國能黃驊港務(wù)有限責(zé)任公司以環(huán)保為生命線，堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新，致力于裝卸全流程的煤塵控制。通過優(yōu)化和完善斗輪堆取料機(jī)的灑水抑塵系統(tǒng)，提升了作業(yè)的環(huán)保水平，提高了清潔生產(chǎn)能力，對煤炭的清潔化利用具有重要意義，符合綠色、可持續(xù)的發(fā)展要求。