微粉裝船機環保改造

吳華兵

馬鞍山港口(集團)有限責任公司

1 引言

我公司一臺微粉裝船機于2005年投入使用，該裝船機安裝在躉船上，通過膠帶機系統進行裝船(見圖1)。設計船型為1 000 t艙口駁，額定生產效率360 t/h，裝機功率136 kW，伸縮溜筒行程3 200～6 200 mm，甲板以上最大凈空高度為1 720 mm，水面至躉船甲板高度1.2 m。其裝船工藝流程為：后方輸送機-漏斗-裝船機上皮帶機系統-伸縮溜筒-艙口駁，在尾部漏斗處和伸縮溜筒處設置有收塵點，用于抑制微粉揚塵。由于皮帶機系統無法全封閉，雖配置有除塵系統，仍不能有效抑制揚塵，工作一段時間后，躉船甲板上會有飄落的微粉。為抑制揚塵，打造平安綠色港口，同時提升裝船機的作業能力，決定對該微粉裝船進行改造，改造后生產效率為300 t/h。

1.伸縮溜筒 2.臂架系統 3.俯仰機構 4.除塵管路 5.除塵系統 6.除塵風機 7.皮帶機系統

2 改造需求

2.1 環保要求

微粉立磨機出料粒度一般為80～325目(47～198 um)，較細出料粒度達到650目(20 um)。由于微粉粒度極細，極易吸附在膠帶上，合金清掃器、滾刷清掃器等常用清掃器不能清掃干凈，造成返程膠帶上吸附的微粉在重力及風力的作用下掉落引起揚塵，尤其是經過托輥、滾筒時，引起的揚塵更大。若膠帶使用時間稍長，膠帶表面有細小裂紋，微粉揚塵更加嚴重。由于裝船機皮帶機配重滾筒、驅動裝置等安裝位置的影響，無法做到完全密封，故現裝船機不能滿足環保要求。

2.2 船舶大型化需求

該微粉裝船機原設計船型為1 000 t艙口駁，隨著船舶越來越大型化，微粉散裝船的最大船型達到3 000 t。該船空載時艙口位于水面以上6 m。根據現裝船機技術參數，其水面以上最大凈空高度為2.92 m，不能滿足3 000 t船水面以上6 m的高度要求。

2.3 罐裝船需求

散裝船雖然有貨艙蓋，但在裝船過程中，貨艙蓋需要打開，使裝船過程中不能完全密封，仍會產生少量揚塵。同時在運輸途中，由于貨艙蓋不能完全密封，也會產生揚塵。隨著環保要求的提高，散裝船將會越來越少，多采用罐裝船裝船運輸。但現有裝船機沒有罐裝船接口，不能裝罐裝船，且現裝船機伸縮溜筒下部直徑為1 150 mm，根據客戶提供的資料，罐裝船進料口直徑為440 mm，尺寸相差太大，無法在現有基礎上進行改造。

3 改造方案比選

目前，應用較廣泛的密封輸送設備主要有用于水平輸送或小角度輸送的空氣輸送斜槽、水平螺旋輸送機等，以及用于大角度或垂直輸送的垂直螺旋輸送機、斗式提升機、氣力輸送機等。若采用氣力輸送機方案，現有裝船機將不能利用，需重新制造安裝氣力輸送機，且需要在躉船上新建分離器，躉船需要設計、改造、檢驗，改造成本大。因此，本改造方案不考慮氣力輸送機方案。

由于需滿足3 000 t船水面以上6 m的高度要求，受到后方來料點高度的限制，僅采用水平輸送或小角度輸送不能滿足需求。為此，必須利用提升設備，先將物料提升到一定高度，再采用水平或微傾斜輸送，以滿足裝船高度要求。

空氣輸送斜槽適用于流化性能較好的物料[1]，符合微粉的物料特性。根據建材行業標準《水泥工業用空氣輸送斜槽》(JC/T820-2012)，XZ-500、XZ-630等型號的空氣斜槽，在傾斜角度6°時，輸送能力達到或超過300 t/h[2]，滿足改造的效率需求。且空氣輸送斜槽具有技術成熟、結構簡單、使用成本低、維修方便等優點，改造方案中優先選用空氣輸送斜槽。在滿足改造需求的前提下，為了降低改造成本，優先考慮利用現有裝船機進行改造，受現有裝船機結構空間位置的限制，要求提升設備占用的空間位置小，因此，提升設備在斗式提升機和垂直螺旋輸送機中選擇。

3.1 空氣輸送斜槽和斗式提升機方案

此方案(見圖2)的裝船流程為：后方輸送機-斗式提升機-空氣斜槽-伸縮溜筒-船，在伸縮溜筒上方及來料漏斗處設置收塵點。優點是利用原有裝船機結構，改造成本相對較低；斗式提升機適用于垂直提升塊狀、粒狀及粉狀等松散物料[3]，符合微粉的物料特性，且具有結構簡單、技術成熟、可靠性高、能耗低等優點。空氣斜槽布置在臂架上方，伸縮溜筒可以縮回到臂架內部，臂架底部離水面的高度可達6 020 mm，滿足3 000 t船的高度要求。缺點是除塵器安裝高度提高，承受的風載加大；斗式提升機需要的安裝空間較大，需要縮短引橋皮帶機頭部滾筒、漏斗、平臺及欄桿等；斗式提升機重量較大，現有裝船機結構、回轉支承等的受力需要驗算。

1.伸縮溜筒 2.空氣斜槽 3.除塵管路 4.除塵系統 5.除塵管路 6.斗式提升機 7.引橋膠帶機

斗式提升機主要由牽引構件、承載構件(料斗)、驅動裝置、張緊裝置、上下滾筒或鏈輪、機架與罩殼等組成[1]。根據機械行業標準《垂直斗式提升機》(JB/T3926-2014)，斗式提升機的安裝技術要求中對機殼的垂直度和扭曲度(見圖3)要求較高，應符合表1的規定[3]，所以斗式提升機一般安裝在混凝土基礎上。

表1 提升機機殼的垂直度和扭曲度

圖3 提升機機殼的垂直度和扭曲度

該方案中斗式提升機是安裝在躉船上，根據本工藝方案，H=6 000 mm。因躉船受到風浪的作用晃動頻繁，由該躉船的完整穩性計算書可知，其極限靜傾角約為6°，所以︱A1-A2︱=6 000×sin6°=600 mm，遠遠大于5 mm，不符合斗式提升機的安裝技術要求。

3.2 空氣輸送斜槽和垂直螺旋輸送機方案

此方案(見圖4)的裝船流程為：后方輸送機-螺旋提升機-空氣斜槽-伸縮溜筒-船，在伸縮溜筒上方及來料漏斗處設置收塵點。垂直螺旋輸送機由驅動裝置、螺旋體及上下支承、螺旋外管、進料管等組成,適用于輸送各種粉狀、粒狀、小塊狀物料，符合微粉的物料特性。根據設計資料，螺旋直徑?400 mm，螺旋體轉速420 r/min，輸送能力達到或超過300 t/h，滿足改造的效率需求。垂直螺旋提升機的優點是體積小、重量輕，占用空間位置小，維修方便，任意角度均能輸送物料，躉船的晃動對垂直螺旋提升機的工作無影響；缺點是垂直螺旋提升機是近幾年發展起來的新機型，還沒有形成標準系列，能耗比斗式提升機大。但隨著環保要求的不斷提高，垂直螺旋輸送機的制造廠家及用戶越來越多，其應用已逐漸成為行業的發展趨勢。

1.伸縮溜筒 2.空氣斜槽 3.除塵管路 4.除塵系統 5.除塵管路 6.螺旋提升機 7.引橋皮帶機

根據上述分析，從改造技術方案的可行性、新技術的推廣應用、改造投入、使用期運行成本及維修的方便性等多方面綜合考慮，此項目采用空氣輸送斜槽和垂直螺旋輸送機方案。

4 改造方案的實施

4.1 機械部分

該裝船機的機械部分改造項目和步驟如下：

(1)原裝船機內部膠帶機整體拆除，原伸縮筒拆除。

(2)操作俯仰機構，使臂架處于水平位置，安裝臂架與門架之間的拉桿；確認安全后，拆除原臂架俯仰機構。

(3)除塵系統移位安裝：除塵系統移至靠近門架處，留出尾部空間用于安裝螺旋提升機；同時加高支腿，使卸灰閥出灰口能進入空氣斜槽；風機移至臂架上部。

(4)安裝垂直螺旋提升機。

(5)安裝空氣斜槽及斜槽風機。

(6)安裝伸縮溜筒(含散裝頭、罐裝頭)及其卷揚機構。

(7)改造引橋膠帶機頭部漏斗。

(8)安裝除塵器風管，引橋膠帶機漏斗上方頭部和伸縮溜筒上方各設置一處收塵點。

(9)安裝螺旋提升機螺旋體下定位芯軸集中潤滑系統及整機視頻監控系統。

(10)安裝平臺、欄桿。

4.2 控制部分

改造后的裝船機利用PLC控制，利用PLC的CPU模塊、輸入輸出模塊等，通過檢測輸入信號的變化，根據編制的內部邏輯程序，產生輸出信號，從而對裝船機啟動、停止、過載、過流、聲光報警等信號進行監控，實時監控設備的運行狀態，達到系統監測及集中控制的要求。

在控制系統中設計多機構聯動控制和單機構單動控制、聯鎖和手動控制等多種控制方式，各方式之間能靈活、可靠、方便的切換，便于排除故障及檢修時操作。

配置觸摸屏人機交互系統，具有強大的信息處理能力，設備運行參數、報警信息、故障記錄等數據自動顯示、保存，供信息系統隨時調用。具有全中文顯示、實時警報監視、數據記錄以及故障自診斷記錄功能，可以通過PLC程序實現故障自診斷、傳輸故障點，并發出警報。

5 結語

該項目于2019年6月實施完成，取得了實用新型專利證書(ZL 2019 2 0800194.1)，可適應3 000 t散裝船、1 450 t罐裝船的裝船需求。連續運行1年完成微粉裝船60萬t，設備運行穩定，長期運行后無微粉粉塵飄落，滿足環保要求，取得了較好的社會效益和經濟效益，可為傳統的皮帶機裝船機環保升級改造提供參考。