快速定量裝車站氣流導(dǎo)通設(shè)計應(yīng)用

李銀廣，趙 奇

（神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古錫林浩特 026015）

0 引言

神華北電勝利能源有限公司露天煤礦核定生產(chǎn)能力2800萬噸/年，原煤通過破碎系統(tǒng)、篩選系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、倉儲系統(tǒng)至2 座快速定量裝車站進行火車外運。快速定量裝車站由鋼結(jié)構(gòu)支撐、緩沖倉、定量倉及液壓平板閘門、液壓裝車溜槽等設(shè)備組成，具有快速定量、快速裝車的優(yōu)勢[1]，裝車能力5300 t/h，每節(jié)車廂裝車時間在1 min 以內(nèi)，單節(jié)裝車精度≤0.2%。快速定量過程是保證裝車站計量的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在快速定量過程中，因數(shù)十噸煤炭瞬間由緩沖倉下落至定量倉，定量倉內(nèi)空氣瞬間被置換，一部分空氣由定量倉頂部的氣流導(dǎo)通管道導(dǎo)回緩沖倉頂部，但是還有相當一部分氣體被煤流覆蓋擠壓在定量倉底部形成較大沖擊氣團，對定量倉閘板縫隙形成巨大沖擊壓力，大量煤塵外溢，對周圍環(huán)境產(chǎn)生較大污染，同時增加衛(wèi)生清理工作量。

1 定量倉蓋板溢塵機理

原煤經(jīng)膠帶機輸送至快速定量裝車站緩沖倉內(nèi)進行緩沖[2]，快速定量裝車站結(jié)構(gòu)如圖1 所示。在快速定量時，需先打開2～4個緩沖倉閘板，根據(jù)所裝車廂容量進行放煤，70 t 煤瞬間落入定量倉內(nèi)，由于定量倉結(jié)構(gòu)為倒錐形結(jié)構(gòu)，在定量倉底部空氣無法瞬間排除，會被煤流擠壓形成壓縮空氣。

由于定量倉閘板在定量時處于關(guān)閉狀態(tài)，待定量完畢后方可開啟裝車，所以在定量倉底部形成的壓縮氣體無處可去，只能從定量倉閘板的縫隙處排向定量倉外部，在排出時會誘導(dǎo)大量煤塵隨之排出，嚴重影響裝車站工作環(huán)境，定量倉閘門結(jié)構(gòu)如圖2 所示。定量倉閘板蓋板為閘板檢修、巡檢使用，使用密封條及緊固螺栓緊固密封，由于需要時常開啟、關(guān)閉，導(dǎo)致蓋板與基礎(chǔ)結(jié)合處密封效果較差。另外，即使提高結(jié)合處的密封效果，含塵氣流同樣會通過其他縫隙排除，不能根治定量倉溢塵問題。

圖1 快速定量裝車站結(jié)構(gòu)

2 定量倉氣流導(dǎo)通設(shè)計

2.1 定量倉氣流導(dǎo)通結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖2 定量倉閘門結(jié)構(gòu)

經(jīng)調(diào)研，目前部分企業(yè)為解決定量倉溢塵問題時，使用緩沖與導(dǎo)通兩種方法，但是將減壓、導(dǎo)通兩個過程分開進行，起不到良好的效果。研究表明，將緩沖與導(dǎo)通一體化進行，才能提高定量倉生產(chǎn)過程中溢塵的防塵抑塵效果。緩沖箱與導(dǎo)通管道同時應(yīng)用，使壓縮空氣先流入緩沖箱將壓力釋放，再經(jīng)過氣流導(dǎo)通管道導(dǎo)入緩沖倉內(nèi)，避免含塵氣流排向外界造成二次污染。定量倉氣流導(dǎo)通設(shè)計如圖3 所示。

圖3 定量倉氣流導(dǎo)通設(shè)計

緩沖箱與導(dǎo)通管道安裝于定量倉閘板蓋板處，使含塵氣流直接作用到緩沖箱內(nèi)。導(dǎo)通系統(tǒng)與緩沖倉聯(lián)通減小氣流對緩沖箱的沖擊。緩沖箱外側(cè)安裝檢修門方便檢修人員日常維護、檢修工作。

2.2 定量倉氣流導(dǎo)通尺寸設(shè)計

快速定量裝車站緩沖倉、定量倉參數(shù)見表1。

當緩沖倉的4 套閘板同時開啟時，對定量倉底部的空氣壓縮量達到最大，在下落煤層的擠壓作用下，對周圍空間產(chǎn)生壓強，定量倉內(nèi)壓縮空氣體積V==4.5 m3。其中，S1為定量倉閘門口面積，取S1=2.25 m2；S2為定量倉壓縮氣體頂部面積，S2=7.25 m2；h 為定量倉壓縮氣體的高度，h=1 m。

在常溫下，空氣的壓縮系數(shù)為0.99，基本可以忽略不計，所以緩沖箱與導(dǎo)通管道總體積不得小于4.5 m3，才能容納定量倉瞬時產(chǎn)生的壓縮空氣。

經(jīng)測量，快速定量裝車站單次定量時間為2 s，在2 s 內(nèi)需要將4.5 m3的空氣全部導(dǎo)通至緩沖倉內(nèi)，得到單根導(dǎo)通管路最小橫截面積=0.095 m2。其中，v 為壓縮空氣流速，取v=12 m/s；t 為單次定量時間，t=2 s。

表1 快速定量裝車站緩沖倉、定量倉參數(shù)

計算得出，導(dǎo)通管路最小橫截面積為0.095 m2，緩沖箱與導(dǎo)通管道總體積不得小于4.5 m3，所以根據(jù)導(dǎo)通管路的長度，完全可以計算出緩沖箱容積V1=V-S×2×L=2.79 m3。式中L 為導(dǎo)通管路的長度，取L=9 m。

由上式可以得出，在設(shè)計氣流導(dǎo)通尺寸時，導(dǎo)通管路橫截面積越大，緩沖箱容積可相對減小，導(dǎo)通管道尺寸及緩沖箱尺寸還要根據(jù)快速定量裝車站實際空間及檢修需求設(shè)計成不同結(jié)構(gòu)尺寸，以達到導(dǎo)通管道與緩沖箱尺寸符合現(xiàn)場使用需求、不影響檢修的目的。此案例為節(jié)省空間，將緩沖箱設(shè)計為異型結(jié)構(gòu)，將導(dǎo)通管道設(shè)計為矩型結(jié)構(gòu)，緊貼緩沖倉與定量倉進行布置，定量倉導(dǎo)通管路垂直向上與緩沖倉連接，連接口采用軟連接方式，以免影響定量倉稱重定量準確性。

3 應(yīng)用效果分析

緩沖箱采用Q235A 普通鋼材制作，厚度為4 mm，兩側(cè)設(shè)計安裝有檢修門，檢修門采用左右對開方式。為提高檢修門與緩沖箱的密封性，密封部位采用凹凸槽加密封條進行密封，開啟部位使用2 個不銹鋼壓緊卡扣將檢修門牢牢壓緊，現(xiàn)場使用時密封效果較好，無煤塵溢出。經(jīng)常開啟關(guān)閉時，密封條極易損壞，導(dǎo)致密封效果變差，需及時更換密封條。另外冬季使用時，由于定量倉內(nèi)氣溫較低，原煤容易凍住檢修門，使檢修門開啟關(guān)閉不暢。

導(dǎo)通管道使用厚度為1 mm 的矩型管道制作而成，能夠起到氣流導(dǎo)通作用，但是管壁較薄，容易產(chǎn)生變形。另外在安裝時注意管道不要與裝車站鋼結(jié)構(gòu)、緩沖倉等其他部位有接觸，因定量倉稱重傳感器直接測量定量倉內(nèi)原煤重量，若導(dǎo)通管道與其他部位接觸，將影響定量倉稱重精度，所以導(dǎo)通管道在定量倉與緩沖倉連接部位還要安裝軟連接作為隔離。

定量倉氣流導(dǎo)通應(yīng)用后，徹底解決了定量倉每裝載一節(jié)火車時，蓋板縫隙大量煤塵外溢問題，改善了作業(yè)環(huán)境，降低煤塵清理工作量。改造后基本達到全年無塵，現(xiàn)場煤塵濃度經(jīng)測量最低點為2 g/m3，最高點為4 g/m3，完全符合國家最新標準。

4 結(jié)語

快速定量裝車站氣流導(dǎo)通針對被煤流覆蓋擠壓在定量倉底部形成較大沖擊氣團造成煤塵外溢問題而設(shè)計，要與定量倉頂部的氣流導(dǎo)通管道相配套使用[3]。快速定量裝車站氣流導(dǎo)通具有結(jié)構(gòu)簡易、制作成本低、使用效果好等優(yōu)點，通過將緩沖箱與導(dǎo)通管道相結(jié)合的設(shè)計，有效解決了定量倉蓋板縫隙抑塵問題。以上分析定量倉煤塵產(chǎn)生機理，給出氣流導(dǎo)通結(jié)構(gòu)、尺寸設(shè)計方法及設(shè)計、安裝、使用時的注意事項，對應(yīng)用效果進行分析，具有一定的推廣價值。