懸臂式取料機霧炮抑塵系統優化

錢衛國

秦皇島港股份有限公司第九分公司 秦皇島 066004

0 引言

煤炭碼頭所采用的裝卸運輸設備主要包括裝船機、卸船機、堆取料機、翻車機、帶式輸送機等。其中只有翻車機、卸船機可以形成密閉空間，其他設備均會產生開放式塵源。對于開放式塵源，無法采用干式收塵的辦法，只能采用濕式抑塵。國內某港口取料機、裝船機、堆料機均采用灑水除塵和霧炮抑塵2 套系統進行抑塵。灑水系統主要在夏季條件下投入使用，在天氣寒冷容易結冰冬季采用霧炮系統進行降塵處理。霧炮系統是根據液體霧化和空氣射流理論，先使用高壓泵對液體加壓，然后通過微細霧化噴嘴將水霧化，再利用高壓軸流風機的大風量和高風壓將霧化后的水霧送到較遠距離，使得水霧到達較遠距離的同時能夠覆蓋更大面積。在此過程中，粉塵顆粒與水霧顆粒產生充分接觸而變得濕潤，被濕潤的粉塵顆粒繼續吸附其他粉塵顆粒而逐漸凝結成顆粒團，之后粉塵顆粒團由于自身的重力作用而沉降，從而達到擬塵、降塵的作用。由于霧炮裝置是在原有設備基礎上后增加的，取料機起初霧炮筒的安裝位置在后期取料機生產作業過程中不能夠起到很好的降塵效果，同時原有的霧炮系統在冬季天氣寒冷條件下經常造成霧炮出口積冰嚴重，不僅影響霧炮系統的正常工作，且清理積冰工作量較大，嚴重制約了維修力量，故保證好冬季條件下霧炮抑塵系統的有效使用十分重要。隨著的環保要求的逐步完善，煤炭裝卸環保問題成為專業煤炭碼頭環境治理和可持續協調發展工作中的難點。

針對目前冬季條件下霧炮抑塵系統使用帶來的一系列問題，重新優化霧炮筒的布局，同時設計一種管路吹掃裝置，在冬季條件下將霧炮系統管路中殘留的水通過高壓氣泵吹出，使得霧炮在停止作業后不出現積冰情況。有效保證了取料機生產環保要求并解決了頻繁清理積冰帶來的一系列問題。

1 現狀分析

由于煤炭港口堆場煤炭處于露天堆放狀態，斗輪取料機在取料過程中極易起塵，對周邊環境及設備產生很大影響，在取料機設置灑水除塵、霧炮抑塵2 套系統，系統工藝流程如圖1 所示。取料機抑塵系統主要包括吸水上水機構、水箱、泵閥控制室、機廠沖洗卷盤機構、灑水機構、斗輪霧炮機構。取料機的灑水除塵沒有配備保溫伴熱裝置，在冬季條件下無法使用，而僅靠堆場噴槍機構不能滿足環保要求，需在原有的灑水除塵系統中增加了霧炮抑塵系統，該系統具有灑水量小，霧化效果好及方便配備保溫伴熱的優點。

圖1 取料機霧炮灑水除塵工藝圖

取料機霧炮系統經過一個冬季的使用，使用效果不理想，同時帶來了較多的問題，例如霧炮筒布局不合理，霧炮抑塵系統工作時不能將斗輪取料過程中起塵位置全部覆蓋；冬季氣溫寒冷，由于霧炮噴嘴無法加裝保溫伴熱裝置，噴嘴經常結冰堵塞并且造成霧炮出口掛冰嚴重等情況，嚴重影響霧炮使用效果。

2 霧炮抑塵系統的優化方案

2.1 霧炮布局優化

目前，取料機霧炮裝置主要采用4 個小霧炮，全部分布于懸臂頭部斗輪左側的走臺位置，在斗輪取料過程中霧炮噴吹的微霧對取料點左側進行抑塵處理，圖2 所示為霧炮安裝部位。懸臂斗輪取料機在取料過程時是回轉分層取料，在取料過程中斗輪左右位置及斗輪卸料點都會起塵，而目前霧炮系統僅在斗輪左側起到很好的抑塵效果，斗輪右側和斗輪卸料點起塵較嚴重。

圖2 取料機原霧炮裝置安裝位置圖

通過觀察斗輪取料起塵點對霧炮安裝位置進行重新布局，霧炮分布方案為：在取料機斗輪左側原位置安裝2 臺霧炮，在斗輪右側減速器平臺安裝一臺霧炮，在斗輪卸料點增加一臺霧炮，圖3 所示為霧炮重新布局，同時采用較大的霧炮風機增加霧炮噴霧的距離。4 臺霧炮機同時工作基本將取料機斗輪取料機點及斗輪卸料點易起塵部位全部包圍，起到很好的降塵作用。

圖3 取料機霧炮重新布局圖

霧炮進行重新布局后降塵效果明顯，斗輪左右兩側霧炮能夠在斗輪切取物料時起到降塵效果，斗輪輸送帶中間的霧炮能夠保證斗輪在卸料時起到降塵的效果。重新布局的霧炮能夠將斗輪位置全部覆蓋，保證不留死角。

2.2 霧炮碰嘴掛冰問題

目前取料機使用的高壓霧炮的霧炮單元是由霧化噴嘴和高壓軸流風機組成，冬季低溫季節，在生產作業流程停止后霧炮系統也相應停止，管路及噴嘴內部存在積水，而因為保溫伴熱無法將噴嘴覆蓋極易造成結冰情況，停機時間較長時，管路中的水不斷流出，造成霧炮積冰嚴重，存在積冰掉落傷人的隱患，需要花費大量維修力量進行清除，圖4 所示為霧炮積冰情況。當取料機需要再次作業時，霧炮的噴嘴無法正常噴霧，霧炮泵站憋壓嚴重，造成管路爆裂，嚴重時霧炮泵頻繁損壞，對生產作業造成嚴重影響。同時，維修管路及泵站需要大量的維修費用及人力。

圖4 取料機霧炮積冰情況

通過現場分析，霧炮噴嘴結冰原因主要有噴嘴周圍無法配備保溫伴熱和霧炮系統使用后管路及噴嘴內殘留的水無法排干凈2 方面。針對保溫伴熱無法覆蓋噴嘴的情況，首先通過改變霧炮噴嘴型號，將原有霧炮噴嘴更改成較為短小的噴嘴，使其盡可能被周邊的保溫伴熱系統覆蓋，最大限度降低噴嘴內部結冰的可能性。霧炮噴嘴改型后可以有效地解決保溫伴熱無法覆蓋噴嘴的問題，極大的降低冬季低溫季節霧炮噴嘴內部積水結冰的情況，保障霧炮的正常使用。同時，針對霧炮使用后噴嘴及管路內部殘存積水無法排除問題，設計安裝一套管路吹掃裝置，在停機后將管路中的殘存水排干凈。管路排空原理如圖5 所示。

圖5 取料機霧炮吹掃裝置排空原理圖

圖5 中在霧炮抑塵系統的主管路上安裝一條支路，支路接口靠近霧炮機構，在支路上安裝電動球閥、止回閥和空壓機，通過控制電動球閥和空壓機的開啟實現管路的排空功能，防止霧炮噴嘴結冰情況發生。具體工作過程為：取料機作業結束既霧炮工作結束后，司機操作臺打到聯動模式時，點擊吹掃按鈕，空壓機啟動，延時2 min 后，霧炮主管路電磁閥關閉，空壓機前的電動球閥打開，管路開始吹掃，吹掃時間為1 min，時間到后空壓機停止運行，同時吹掃電動閥關閉。再次啟動霧炮系統時，主管路電磁閥打開，霧炮恢復正常工作。

結合現場工作環境，選擇一臺高效率、低能耗的空壓機。以其中一臺取料機為例，共安裝4 臺霧炮，4 臺霧炮到主管電磁閥之間的管路約14 m，管路內徑為15 mm，可以計算出排空該管路所需的供氣量為0.25 m3。管路排空設定工作時間為1 min，為了保證在1 min之內將水排空，選定的空壓機排氣量至少為0.375 m3/min，通過空壓機的技術參數選擇空壓機的排氣量為0.4 m3/min，可以有效保證吹掃裝置的正常使用。

2.3 霧炮系統控制界面升級

霧炮有手動控制和聯動控制2 種工作模式，手動模式時，控制霧炮單機啟動停止，主要在維修時使用，一般情況下霧炮系統調為聯動模式，隨取料機生產作業流程啟停。

在原有的灑水除塵控制界面上增加霧炮吹掃裝置的控制，主要控制空壓機啟動模式，分為就地和遠程模式。當現場轉換開關轉到就地模式時，由就地操作箱上啟停按鈕來控制空壓機的啟停；當現場的轉換開關轉到遠程模式，在司機室觸摸屏上操作。在聯動模式時，點擊吹掃按鈕，空壓機啟動，延時1 min 后，吹掃電磁閥打開，管路開始吹掃，吹掃1 min 后，空壓機停止運行，同時吹掃電動閥關閉。吹掃時間及當前空壓機壓力等均在操作界面上顯示，同時可對吹掃時間進行更改延長或縮短霧炮吹掃時間。操作界面如圖6 所示。

圖6 霧炮吹掃裝置操作界面圖

3 應用效果

目前，霧炮抑塵系統的優化改造已在一臺取料機上進行試用，通過觀察，取料機斗輪頭部的4 臺霧炮能夠將斗輪取料起塵點全部覆蓋，同時霧炮吹掃裝置的安裝很好地解決了霧炮噴嘴結冰的問題，經過一個冬季的試用未出現結冰及霧炮泵憋壓導致泵或管路損壞的情況。霧炮優化改造不僅提升了港口設備的環保效果，同時節省了大量的維修人工和物資費用。

生產作業過程中因霧炮等環保設備造成的設備停機不斷增加，在對取料機進行霧炮系統優化提升后，能夠明顯地發現因霧炮系統造成設備停機的時長減少。同時霧炮清冰的工作量急劇較少，霧炮吹掃裝置安裝完成后基本不需要進行人工清理積冰工作。

某港口公司共10 臺取料機，按照冬季時間段12 月份至次年2 月底3 個月內安排霧炮清理積冰的工作單下達量為98 條。每個工單按照平均6 h 工作量計算，總工作量為98×6=588 h，按照人工每60 元/h 計算，節約清理積冰工作的人工費用為588×60=35 280 元。

取料機生產作業按照平均流量3 500 t/h，作業費為22.5 元/t，按照50%的作業計劃，由于清理積冰造成停機延誤生產費用為588×3 500×22.5×50%=2 315.25萬元。

可知安裝霧炮吹掃裝置后，10 臺取料機每年可以為公司節省成本約35 280+23 152 500=2318.778 萬元

取料機霧炮吹掃裝置的安裝試驗成功為后續堆料機、裝船機等設備提供了參考，后續計劃在堆料機和裝船機霧炮系統中安裝吹掃裝置。

4 結語

針對冬季結冰問題，對1 臺取料機霧炮系統進行優化改造，改造完成后經過冬季低溫天氣運行檢驗，系統運行平穩，起到很好的抑塵效果。將霧炮系統優化改造成果在示例港口公司的10 臺取料機，6 臺堆料機，4 臺裝船機上進行推廣應用，取得良好的效果，成功解決霧炮噴嘴結冰的問題，保證了煤炭碼頭單機全天候條件下環保生產，使現場環境得到極大的改善，顯著提高了港區環境衛生情況，同時為公司節省了大量人工成本。