煤炭港口運(yùn)輸輸送帶煤泥清掃裝置設(shè)計(jì)安裝

錢衛(wèi)國

秦皇島港股份有限公司第九分公司 秦皇島 066004

0 引言

帶式輸送機(jī)具有運(yùn)輸距離長、結(jié)構(gòu)簡單、工作效率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于煤炭碼頭各流程作業(yè)環(huán)節(jié)中，是主要的水平運(yùn)輸設(shè)備[1]。帶式輸送機(jī)由驅(qū)動(dòng)單元（電動(dòng)機(jī)、偶合器、減速器）、驅(qū)動(dòng)滾筒、改向滾筒和輸送帶組成，帶式輸送機(jī)在連續(xù)作業(yè)過程中，輸送帶經(jīng)過頭部改向滾筒將煤炭通過物料轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)運(yùn)輸?shù)较掠屋斔蛶г龠\(yùn)輸?shù)蕉褕觥］斔蛶г陂L距離運(yùn)輸煤炭的過程中，由于部分粘濕物料粘附在輸送帶表面，會(huì)在輸送帶頭部、中間部位物料變干脫離輸送帶表面，造成煤泥的灑落和起塵情況。當(dāng)裝卸含水量較大的煤炭時(shí)，回程帶料多，致使灑落物料不斷堆積，影響設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)產(chǎn)生的積料需人工清理，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響作業(yè)效率，并帶來一定的安全隱患。目前大部分煤炭港口企業(yè)的主要解決方式是在帶式輸送機(jī)頭部斗和回程位置增加噴霧系統(tǒng)，減少起塵情況，但這種方式所產(chǎn)生的泥水污染問題依然較突出，尤其在北方港口的冬季，灑落的煤泥極易形成凍料，造成煤泥的快速堆積，帶來更多問題和安全隱患。

針對(duì)目前長距離輸送帶的一系列問題，本文設(shè)計(jì)一種回程輸送帶煤泥清掃裝置，在回程輸送帶下方采用組合清掃器[2]和沖洗裝置的方式，將輸送帶承載面粘連的物料先進(jìn)行打濕再進(jìn)行清掃，清掃下來的煤泥統(tǒng)一由物料收集裝置轉(zhuǎn)移到下游輸送帶，再經(jīng)過裝船機(jī)進(jìn)入船艙，有效解決輸送帶下方積料和起塵問題。

1 清掃裝置設(shè)計(jì)

清掃裝置設(shè)置于回程輸送帶上，主要由清掃箱體、組合清掃器、沖洗管路、集料裝置、排污管路、電器控制及電伴熱系統(tǒng)等組成，清掃裝置示意圖見圖1。

圖1 清掃裝置示意圖

由于現(xiàn)場帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)空間緊湊，需要確定好清掃裝置安裝位置，設(shè)計(jì)1種既能滿足清洗輸送帶功能，又可以充分利用空間尺寸的小型箱體，該箱體結(jié)構(gòu)形式同時(shí)要考慮箱體底部清洗斜度、灑水口、排污口、維修入口和電伴熱安裝空間等問題。清掃裝置采用電伴熱形式，滿足現(xiàn)場冬季寒冷天氣下使用，同時(shí)增加了熱風(fēng)裝置以保證箱體內(nèi)的清掃器刮片冬季不結(jié)冰。根據(jù)輸送帶運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)計(jì)輸送帶和灑水聯(lián)動(dòng)控制和手動(dòng)水流量控制。

1.1 組合清掃器及沖洗管路設(shè)計(jì)

1）清掃器 清掃箱體內(nèi)安裝有3個(gè)清掃器，2個(gè)二級(jí)碳化鎢清掃器和1個(gè)除水清掃器，安裝位置如圖2所示。二級(jí)碳化鎢清掃器能清除掉90%粘附在輸送帶上的物料，合金刀片帶有自動(dòng)補(bǔ)償功能，保證刀片緊貼輸送帶，同時(shí)合金刀片的橡膠支撐結(jié)構(gòu)能夠保證輸送帶出現(xiàn)變形或形狀不規(guī)則的情況時(shí)均能使刀片和輸送帶間的接觸壓力恒定。除水清掃器能夠除掉95%的粘附在輸送帶上的水分和細(xì)小物料，除水清掃器刀片具有高韌性、高耐磨性，與合金清掃組合使用形同抹布一樣，最終清潔輸送帶表面遺留的煤泥、煤水及水，能達(dá)到基本清潔輸送帶表面的遺留物。

沖洗管路同時(shí)安裝有輸送帶沖洗（高壓水霧）、漏斗強(qiáng)洗、漏斗反沖洗3個(gè)水路系統(tǒng)，安裝位置見圖2所示。輸送帶沖洗管路使用的是高壓水霧，能夠?qū)Ω咚龠\(yùn)行輸送帶回程部位進(jìn)行沖洗，可以清理輸送帶坑、輸送帶縫隙里的物料，起到軟化輸送帶表面煤泥的作用，方便清掃器清理，保證清掃器刀片的清潔，同時(shí)可以起到降塵的作用；漏斗強(qiáng)洗和漏斗反沖洗系統(tǒng)，是對(duì)清掃箱內(nèi)部積壓的物料進(jìn)行清潔，保證物料在箱體內(nèi)部不堆積，防止清理下來的煤泥等物料堵斗。

圖2 清掃器及水路安裝圖

1.2 集料收集箱體設(shè)計(jì)

如圖3所示，集料斗箱體采用耐腐蝕、耐高溫、耐酸堿、表面光滑的不銹鋼材質(zhì)制成，厚度為4 mm。箱體沿輸送帶方向兩側(cè)安裝有皮子擋板，防止輸送帶沖洗的水噴水到箱體外部。

圖3 集料漏斗

集料漏斗采用錐形結(jié)構(gòu)，集料斗的斜面設(shè)計(jì)為61°，能夠使煤泥自然流入底部，同時(shí)在斜面?zhèn)劝逶黾訃婎^，能夠加快第一道清掃器下方煤泥快速流入到底部，保證斜面清潔，避免煤泥的堆積。

為了盡可能減少回程輸送帶積煤，根據(jù)現(xiàn)場查看最適合安裝洗帶裝置位置為轉(zhuǎn)接塔內(nèi)靠近頭部改向滾筒后端，一方面距離滾筒越近越能減少洗帶裝置與滾筒之間煤泥的積累，并且頭部滾筒附近有溜煤漏斗；另一方面靠近滾筒能夠大幅降低輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的抖動(dòng)問題，故選取在轉(zhuǎn)接塔內(nèi)距離頭部改向滾筒處安裝洗帶裝置（見圖4）。在集料斗底部安裝有直徑為300 mm的排污管路，清掃回收排污管利用分叉漏斗將清掃的煤泥等落料直接進(jìn)入下游輸送帶上面，隨輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)最終通過裝船機(jī)進(jìn)入船艙。

圖4 清掃裝置整體安裝圖

1.3 清掃裝置整體設(shè)計(jì)

整體設(shè)計(jì)中以BJ12帶式輸送機(jī)為例。BJ12輸送帶長度為1 448 m，由2根驅(qū)動(dòng)滾筒和若干改向滾筒組成，其中2根驅(qū)動(dòng)滾筒處配置3個(gè)驅(qū)動(dòng)單元（電動(dòng)機(jī)加減速器），輸送帶在進(jìn)入到T1塔位置時(shí)有一段爬坡位置，爬坡輸送帶處的灑落尤為突出，煤炭通過輸送帶頭部拋料滾筒進(jìn)入落料斗，再經(jīng)過漏斗的分叉溜槽進(jìn)入到下游輸送帶，BJ12帶式輸送機(jī)的清掃裝置安裝在頭部拋料滾筒后方。清掃裝置的集料裝置和排污管路延伸到轉(zhuǎn)接漏斗的分叉溜槽，清掃下來的煤泥和水等落料直接進(jìn)入到下游輸送帶BM12輸送帶上面，如圖5所示，煤泥隨輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)最終通過BM12輸送帶對(duì)應(yīng)的裝船機(jī)進(jìn)入船艙，該處理方式一方面減少污水后續(xù)處理問題，另一方面排放到料斗中能增大煤炭含水量，能起到一定的抑塵效果。

圖5 BJ12帶式輸送機(jī)清掃裝置安裝示意圖

2 電氣控制系統(tǒng)和伴熱系統(tǒng)

清掃裝置電控系統(tǒng)主要包括水路控制和伴熱控制，其中水路控制對(duì)象為沖洗管路電磁閥、清洗管路電磁閥和反沖洗管路電磁閥；伴熱控制對(duì)象為熱風(fēng)機(jī)和灑水管路電伴熱系統(tǒng)。

2.1 電器控制箱設(shè)計(jì)

電控箱從功能上除滿足對(duì)上述設(shè)備的控制外，還須集成電源系統(tǒng)、電氣保護(hù)、信號(hào)通訊、運(yùn)行狀態(tài)顯示、遠(yuǎn)程就地控制、邏輯判斷、故障報(bào)警等功能，電控箱內(nèi)包含了PLC、電源模塊、斷路器、繼電器、接觸器、接地排、溫控器、急停以及各種按鈕開關(guān)等電氣元件。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際的輸入輸出點(diǎn)的數(shù)量，選用Micro1400系列PLC，所選PLC集成了20個(gè)輸入點(diǎn)和12個(gè)輸出點(diǎn)，足夠現(xiàn)場設(shè)備使用。

電氣控制箱安裝在現(xiàn)場，與電氣室相比現(xiàn)場環(huán)境較惡劣，因控制此箱體選用2 mm厚不銹鋼材質(zhì)，IP65防護(hù)等級(jí)。

2.2 水路自動(dòng)控制系統(tǒng)

清掃裝置的自動(dòng)灑水控制是通過PLC單元的程序邏輯控制實(shí)現(xiàn)的，清掃裝置水路能夠隨流程自動(dòng)啟停，且按照實(shí)際清掃情況間歇性運(yùn)行。間斷時(shí)間和工作時(shí)間可調(diào)整，當(dāng)輸送帶流程停止時(shí)，系統(tǒng)延時(shí)停止，有效實(shí)現(xiàn)清掃效果。

為了減少噴灑的水量，同時(shí)保證清掃效果，經(jīng)過多次現(xiàn)場的對(duì)比調(diào)整，對(duì)清掃箱噴灑時(shí)間、啟停時(shí)間進(jìn)行了最終設(shè)置，輸送帶沖洗（高壓水霧）、漏斗強(qiáng)洗、漏斗反沖洗系統(tǒng)分別由3個(gè)220V的電磁閥控制。輸送帶沖洗（高壓水霧）系統(tǒng)隨流程啟動(dòng)停止一直噴灑；漏斗強(qiáng)洗系統(tǒng)在輸送帶運(yùn)行時(shí)啟動(dòng)30 s停止60 s，反沖洗系統(tǒng)啟動(dòng)30 s停止30 s，期間刮落的煤泥能沖洗干凈，不會(huì)在清洗箱內(nèi)堆積，此循環(huán)動(dòng)作如圖6所示。

圖6 沖洗管路自動(dòng)控制時(shí)序圖

2.3 清掃裝置伴熱系統(tǒng)

所處港口冬季環(huán)境氣溫均在0℃以下，最低溫度可達(dá)-20℃以下，若保證清掃裝置在冬季正常使用，需要配有全面的加熱系統(tǒng)，系統(tǒng)主要分為伴熱系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)2部分。

如圖7所示，為防止清掃器刀頭、沖洗系統(tǒng)、箱體內(nèi)部結(jié)凍結(jié)冰，在沖洗管路、集料斗及排污管路進(jìn)行保溫伴熱處理，其中沖洗管路使用電伴熱帶加保溫棉的形式，將伴熱帶密度均勻的纏繞在水管路的外壁上，并在最外側(cè)包裹保40 mm的阻燃保溫棉，以防止冬季管路上凍，伴熱帶溫度控制采用預(yù)埋好溫度傳感器和溫控器來實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)整溫控器的設(shè)定值來控制現(xiàn)場管路溫度。集料斗和排污管路采用保溫棉加鋁皮包裹，防止排污管路中的煤泥上凍堆積而造成管路堵塞。

圖7 清掃裝置伴熱現(xiàn)場安裝圖

如圖8所示，為了防止天氣寒冷條件下清掃箱體內(nèi)出現(xiàn)結(jié)冰情況，在清掃箱體一側(cè)安裝有熱風(fēng)機(jī)，能夠滿足對(duì)箱體內(nèi)部吹送熱風(fēng)，防止內(nèi)部結(jié)冰。

圖8 熱風(fēng)機(jī)現(xiàn)場安裝圖

電伴熱和熱風(fēng)機(jī)2個(gè)系統(tǒng)具備溫度反饋及溫度控制功能，溫度控制值可自行調(diào)整設(shè)定。在整個(gè)清掃裝置上布設(shè)了感溫探頭，分別探測清掃箱體、管路、熱風(fēng)機(jī)的工作溫度，達(dá)到設(shè)定值上限時(shí)自動(dòng)斷開加熱回路，實(shí)現(xiàn)自我閉環(huán)保溫伴熱控制。在伴熱箱體內(nèi)部增加感溫主回路保護(hù)機(jī)制，當(dāng)箱體內(nèi)部溫度過高時(shí)設(shè)備自動(dòng)斷開主電源，有效避免熱累積造成的火災(zāi)可能，安全可靠。

清掃裝置加熱系統(tǒng)所使用的熱風(fēng)機(jī)由鼓風(fēng)機(jī)、加熱格柵及熱電偶組成，加熱格柵功率較大，使用固態(tài)繼電器（SSR）控制其電閘，熱電偶裝在熱風(fēng)機(jī)出風(fēng)口處，返回的溫度信號(hào)接入一臺(tái)溫控儀，通過溫控儀的輸出點(diǎn)來控制SSR的吸合。

3 應(yīng)用效果

清掃裝置安裝在一條長距離輸送帶上進(jìn)行試運(yùn)行，該裝置的投入使用很好地解決了回程輸送帶煤泥灑落問題，不僅減少了清煤人員的工作量，同時(shí)降低了清煤人員的危險(xiǎn)性。

如圖9所示，首先在2條相同作業(yè)量的輸送帶BJ12與BJ11回程輸送帶第一組回程托輥下方放置接煤盤，經(jīng)過輸送帶一周的運(yùn)行對(duì)接煤盤稱重對(duì)比，確定清掃裝置的使用效果。

圖9 清掃裝置回程輸送帶灑落煤對(duì)比

通過對(duì)比可以明顯看出，一周后帶式輸送機(jī)BJ12第一組回程托輥下方只有較薄一層煤泥，BJ11第一組回程托輥下方的煤泥較厚，并且存在大坨煤泥且基本滿盤。將一周后BJ12、BJ11接煤稱重，BJ12質(zhì)量為3.2 kg，BJ11質(zhì)量為17.5 kg，相差5倍以上（接煤盤尺寸為長0.6 m寬1.4 m，面積0.84 m2）可見使用清掃箱的BJ12線回程灑落煤明顯減少。

對(duì)同一條輸送帶線的驅(qū)動(dòng)站進(jìn)行對(duì)比，輸送帶運(yùn)行一周情況下，現(xiàn)場查看安裝清掃裝置后的驅(qū)動(dòng)站明顯比未安裝清掃裝置的驅(qū)動(dòng)站干凈很多，未安裝清掃裝置的驅(qū)動(dòng)站煤泥灑落較多，主要是上方回程輸送帶煤泥掉落于驅(qū)動(dòng)站。現(xiàn)場某條輸送帶線前后對(duì)比效果見圖10。

圖10 某輸送帶線安裝清掃裝置前后對(duì)比

清掃裝置在帶式輸送機(jī)BJ12上通過5周的試運(yùn)行，能夠觀察到清掃裝置有如下效果：1）清掃器能夠除去大部分的煤泥；2）清掃裝置水路系統(tǒng)不僅能夠清洗輸送帶還能起到降塵的作用；3）清掃下來的煤泥通過收集裝置很好的轉(zhuǎn)運(yùn)到下游輸送帶，減少人工清理。

將清掃裝置應(yīng)用到其他帶式輸送機(jī)上，某港口新一期工程共40條帶式輸送機(jī)，在較長的27條輸送帶線上安裝清掃裝置。改造前灑煤量大，需要2名職工每天清理落料，才能保證現(xiàn)場灑煤不堆積，不影響生產(chǎn)，每天安排22條線和設(shè)備清理。每年人工成本支出：2人×300（人工費(fèi)，元/日）×365 =21.9萬元/條作業(yè)線。安裝清掃裝置后，每條輸送帶線大約一周需要清理一次，每年節(jié)約人工成本為安裝之前的85.5%。

在未進(jìn)行整體安裝清掃裝置前，每天約需要40 min進(jìn)行停機(jī)清掃沿線灑落的煤炭，安裝清掃裝置后，可以避免浪費(fèi)此停機(jī)時(shí)間進(jìn)行沿線灑落煤清掃。按照此流程運(yùn)輸平均流量3 500 t/h、設(shè)備利用率70%、4條作業(yè)線，港口運(yùn)輸費(fèi)按照23.5元計(jì)算，通過減少灑落清理時(shí)間，增加設(shè)備作業(yè)時(shí)間提高生產(chǎn)作業(yè)量效益：3 500×0.66 h×0%×365×23.5×4=5 547.93萬元 /a。

4 結(jié)語

對(duì)一條帶式輸送機(jī)沿線進(jìn)行了設(shè)計(jì)安裝，安裝完成后經(jīng)過冬季低溫天氣運(yùn)行，該系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，對(duì)清掃的物料回收效率極高。將清掃裝置在24條長距離帶式輸送機(jī)上進(jìn)行推廣應(yīng)用，并取得良好的環(huán)保效果，成功實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)回程清掃的自動(dòng)回收效果，實(shí)現(xiàn)煤炭碼頭帶式輸送機(jī)系統(tǒng)全天候條件下更環(huán)保的生產(chǎn)模式，不僅使現(xiàn)場壞境得到極大的改善，很好的提高了港區(qū)環(huán)境衛(wèi)生情況，同時(shí)節(jié)省了大量人工成本。