秦皇島港堆料機(jī)臂架噴淋系統(tǒng)改造

趙俊杰，張 晨

（河北港口集團(tuán)秦皇島港股份有限公司第七港務(wù)分公司，河北秦皇島 066001）

0 引言

一直以來(lái)，秦皇島港堆場(chǎng)主要靠噴槍灑水實(shí)現(xiàn)抑塵，此方法存在灑水不均勻、料堆表面補(bǔ)水深度淺及料堆靜態(tài)風(fēng)蝕起塵抑制效果差等問(wèn)題[1]。在冬季作業(yè)時(shí)，料堆陰坡在低溫條件下，表面易形成較厚的凍煤層，給取料作業(yè)造成困難。傳統(tǒng)的抑塵策略已無(wú)法滿足堆場(chǎng)生產(chǎn)及環(huán)保要求，基于堆料機(jī)開(kāi)發(fā)新的抑塵手段，從各方面進(jìn)行充分論證與攻關(guān)。

1 系統(tǒng)改造需求

（1）在堆料機(jī)臂架一側(cè)布置灑水噴頭，實(shí)現(xiàn)全天候工況下對(duì)料堆的全覆蓋噴灑無(wú)死點(diǎn)，灑水作業(yè)時(shí)形成連續(xù)水簾，補(bǔ)水覆蓋深度3～5 cm。

（2）通過(guò)增加拖車機(jī)構(gòu)對(duì)堆料機(jī)水箱進(jìn)行擴(kuò)容，在水箱滿水的條件下，滿足堆料機(jī)可以沿堆場(chǎng)單程連續(xù)不間斷地噴灑作業(yè)，同時(shí)滿足堆料機(jī)其他冬季環(huán)保設(shè)施用水需求。

（3）整合堆料機(jī)環(huán)保設(shè)備設(shè)施，將各種水泵集中置于智慧泵站，同時(shí)臂架灑水與其他環(huán)保設(shè)施共用一條主管路，大幅簡(jiǎn)化管路布局。

2 改造方案

2.1 管路設(shè)計(jì)

臂架灑水系統(tǒng)的主要功能是將泵站提供的水源均勻地噴灑到煤堆上，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得出當(dāng)噴頭流量為1 t/h，間距為1.1 m時(shí)，臂架噴淋可形成連續(xù)水幕，實(shí)現(xiàn)對(duì)料堆普灑的效果。臂架噴淋覆蓋區(qū)域，如圖1所示：懸伸長(zhǎng)度7.5 m，大臂長(zhǎng)度44 m，噴頭高度12.6 m，噴頭數(shù)量41個(gè)，噴頭間距1.1 m，未覆蓋區(qū)域A深度11.5 m，覆蓋區(qū)域B深度43.7 m。大臂灑水管路主要布置在臂架本身鋼結(jié)構(gòu)和懸伸結(jié)構(gòu)兩處，單純依靠臂架結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度未能覆蓋整個(gè)煤堆寬度，其中主要問(wèn)題集中在未覆蓋區(qū)域A。

圖1 臂架灑水覆蓋區(qū)域

為實(shí)現(xiàn)區(qū)域A的全覆蓋就得增加管路的懸伸長(zhǎng)度，但是一味增加管路的懸伸長(zhǎng)度會(huì)帶來(lái)頭部重量增加過(guò)多、臂架結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等一系列負(fù)面影響。為解決這個(gè)矛盾，在管路頂端橫向增加3個(gè)不同角度的噴頭，如圖2所示。

圖2 最前端灑水噴頭布置

通過(guò)在堆料機(jī)上的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，堆料機(jī)懸臂與壩基成90°且俯仰角度最高時(shí)，水平噴頭在壓力0.1 MPa、流量1 t/h時(shí)，水平噴射距離可達(dá)12 m左右，基本滿足區(qū)域A的全覆蓋，且不會(huì)噴到對(duì)面壩基上。因此噴頭型號(hào)選擇H1/2U-SS-9570，流量0.96 t/h，壓力0.1 MPa，噴射角度90°。

2.2 系統(tǒng)水力計(jì)算

噴灑系統(tǒng)選用DN100不銹鋼管路，主要考慮臂架灑水流量和盡可能減少沿程壓力損失，基于沿程損失、水力坡降和局部損失等參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)阻力進(jìn)行核算[2]：①管道1，沿程損失0.320 mH2O（0.0031 MPa），水力坡降2.2 mH2O（0.0216 MPa），局部損失0.085 mH2O（0.0008 MPa），阻力P1=0.039 MPa；②管道2，沿程損失0.357 mH2O（0.0035 MPa），水力坡降8.325 mH2O（0.0816 MPa），局部損失0.085 mH2O（0.0008 MPa），阻力P2=0.089 MPa；③管道3，沿程損失1.594 mH2O（0.0156 MPa），水力坡降1.000 mH2O（0.0098 MPa），局部損失0.085 mH2O（0.0008 MPa），阻力P3=0.032 MPa。

總阻力P=0.039+0.089+0.032+0.103=0.263 MPa。

壓力系數(shù)按1.3，流量系數(shù)按1.3，泵站的工作壓力和流量：P泵=1.3×0.263=0.342 MPa，Q泵=1.3×46.706=60.718 t/h。

當(dāng)大臂抬起時(shí)，泵站達(dá)到最大工作壓力：P泵max=1.3×（0.342+0.110）=0.588 MPa。

綜上，系統(tǒng)所需泵工作流量61 t/h，工作揚(yáng)程47 m，最大揚(yáng)程60 m。

2.3 水箱設(shè)計(jì)

為了滿足水箱冬季使用需求，水箱內(nèi)部設(shè)有防浪板、電加熱器，箱體外層采用80 mm厚的保溫層；水箱內(nèi)設(shè)有溫度計(jì)和水位計(jì)；箱體上安裝爬梯和人孔，方便檢修和清理。水箱安裝于堆料機(jī)尾車下方，采用左右對(duì)稱串聯(lián)布置，在有限空間內(nèi)使水箱容積最大化，同時(shí)兼顧設(shè)備左右驅(qū)動(dòng)平衡，如圖3所示。結(jié)合臂架灑水流量需求及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備結(jié)構(gòu)測(cè)量所允許的最大規(guī)格，水箱外形尺寸5 m×2.5 m×2.56 m，有效容積22 m3，重量2.5 t，數(shù)量2，灑水量61 t/h，行走速度20 m/min。水箱的有效容積決定了堆料機(jī)灑水時(shí)間與距離，灑水時(shí)間t=0.72 h，即43.2 min，堆料機(jī)行走有效距離1056 m，基本可以覆蓋堆場(chǎng)。

圖3 水箱布置

2.4 泵站系統(tǒng)

（1）泵站結(jié)構(gòu)。泵站系統(tǒng)主要為噴灑系統(tǒng)提供動(dòng)力，由水泵、控制閥組和控制柜組成。此次選用的是集成泵站，具有自動(dòng)化程度高、簡(jiǎn)約美觀、節(jié)能高效等特點(diǎn)。泵站安裝在堆料機(jī)尾車皮帶機(jī)下方、兩水箱之間，既保證其協(xié)調(diào)美觀，同時(shí)便于拖車機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與安裝。

（2）泵站工作原理。泵站控制系統(tǒng)采用ABB-ACS510交流變頻調(diào)速器、數(shù)字PID調(diào)節(jié)器、各類傳感器以及低壓控制元器件等，再結(jié)合PLC技術(shù)構(gòu)成閉環(huán)調(diào)節(jié)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。

泵站在恒壓模式下啟動(dòng)時(shí)，水泵出水口壓力傳感器對(duì)水壓進(jìn)行采樣，并將壓力信號(hào)傳輸至PID調(diào)節(jié)器：①當(dāng)管道壓力低于用戶所需的設(shè)定壓力，控制系統(tǒng)自動(dòng)控制水泵變頻運(yùn)行，直到管網(wǎng)的實(shí)際壓力=設(shè)定壓力，變頻器控制水泵以恒定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行；②當(dāng)壓力達(dá)到上限并超過(guò)延時(shí)時(shí)間或頻率小于設(shè)定值時(shí)，變頻器將啟動(dòng)休眠；③當(dāng)壓力下跌到喚醒值時(shí)，水泵自動(dòng)喚醒，以此邏輯往復(fù)循環(huán)[3]。

2.5 電氣控制及操作系統(tǒng)

本項(xiàng)目電控系統(tǒng)基于PLC技術(shù)，將變頻器信號(hào)、泵站運(yùn)行狀態(tài)、水箱的水位及溫度以及電動(dòng)閥開(kāi)閉信號(hào)均接入AB-Micrologix1400控制器及AB-1762模塊參與控制[4]，配合繼電輸出反饋至司機(jī)室操作箱，讓司機(jī)能夠隨時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)報(bào)警并切斷相關(guān)控制條件。

觸摸屏位于泵站內(nèi)部，與PLC通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，用于本地操作或調(diào)試，啟停水泵和電動(dòng)閥開(kāi)閉可從司機(jī)室操作箱或泵站內(nèi)觸摸屏兩處進(jìn)行，兩處分別采用指示燈和動(dòng)畫(huà)界面顯示設(shè)備實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)。

3 效益分析和應(yīng)用情況

目前臂架噴淋系統(tǒng)改造項(xiàng)目已在秦皇島港S7堆料機(jī)上順利竣工投用。改造前，堆料機(jī)冬季無(wú)灑水設(shè)施可用，只能通過(guò)限制作業(yè)流量到3500 t/h以下來(lái)控制揚(yáng)塵和灑落，結(jié)合設(shè)備原設(shè)計(jì)作業(yè)能力5400 t/h，每噸煤平均利潤(rùn)為20元，改造后每小時(shí)可多卸煤5400-3500=1900 t，理論上每小時(shí)可增加利潤(rùn)20×1900=3.8萬(wàn)元。改造前，一個(gè)堆場(chǎng)每天灑水量約為220 t，改造后灑水量為100 t，每噸水費(fèi)用為3.8元，月度節(jié)省水費(fèi)成本為3.8×（220-100）×30=1.37萬(wàn)元。

此系統(tǒng)也可應(yīng)用至懸臂式堆取料機(jī)、門式取料機(jī)等多種設(shè)備，在節(jié)約水資源的同時(shí)達(dá)到更好的抑塵效果，具有較好的推廣價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

臂架噴淋系統(tǒng)改造項(xiàng)目的順利完成，體現(xiàn)了技術(shù)人員挖掘生產(chǎn)設(shè)備環(huán)保潛能的創(chuàng)新思路，標(biāo)志著秦皇島港堆場(chǎng)環(huán)保能力和環(huán)保效果邁入了新的臺(tái)階。