淺談控制流道系統（CFMTS）的設計及應用

王嘉智

（廈門力祺環境工程有限公司，福建 廈門361000）

1 引言

物料轉載系統是大型散料設備的關鍵裝置之一，通常位于兩條或多條皮帶輸送機之間以實現對散狀物料輸送方向的控制與銜接。在物料轉載過程中，伴隨著物料下落，其勢能、速度和方向都會發生改變，物料的料流曲線、物料對擋料板的沖擊力、物料在其支撐皮帶上的位置及其質量等也會隨之發生改變。以往都是采用手工或經驗公式的方法定性分析與研究上述變化，既不準確也費工費時。離散元法（DEM）是一種研究非連續性顆粒物質結構和運行規律的數值方法，現已廣泛應用于巖體工程、采礦工程及散料搬運等領域。傳統轉運站設計一般不結合帶速和膠帶傾角計算物料拋出軌跡，套用標準圖冊設計漏斗，配置很多不必要的襯板以及緩沖板，造成頭部容易積料堵塞、沖擊大、易揚塵；落料管的設計基本都是轉角設計和垂直落料，沒有充分考慮到物料的沖擊帶來的粉塵、堵料以及設備的沖擊破壞。

2 傳統轉運槽

傳統轉運槽在皮帶機卸載點扔出不可控制的物料流并任由其以散開狀落下是產生灰塵的原因。當物料流動散開時這些移動的物料擠出空氣。空氣穿過物料流時會分散并夾帶細小的粉塵顆粒。基本上，傳統的轉運槽中擠出的空氣和流動的空氣夾帶粉塵能產生“煙囪效應”。

此外，接收區通常較小、沒有支撐密封且會溢出灰塵。當物料流“碰撞并降落”在接收皮帶上時，物料流外形被壓縮，混入的空氣被壓出。這些空氣夾雜著作為浮塵的更小顆粒的物料。內部間隙較大的物料流可攜帶更多的混入空氣，因此可壓出更多灰塵。如果允許物料以紊流的形式穿過轉運槽——可稱作“臺球流”，那么其中的物料塊會互相碰撞或撞擊轉運槽壁——物料塊會產生粉末，從而產生更多會溢出的灰塵，如圖1、2所示。

3 控制流道系統的設計

圖1 傳統轉運槽示意

圖2 傳統轉運槽仿真模擬

控制流道系統（Controlled Flow Material Transfer Systems——簡稱CFMTS）是指在基本不需要外加的動力除塵設備，通過控制物料的流動最大程度地減少浮塵的產生和減慢空氣流動速度，同時配合落料點處的粉塵沉降處理來達到除塵的目的。

控制物料流動的技術主要通過4個方面的改變來控制物料在落煤管流動過程中粉塵的產生。

（1）將散開的物料流集中，將物料流主體的擴散降到最低，最大程度地減少物料流所攜帶的混入空氣；

（2）盡量減小物料流對落煤管壁沖擊的角度和力量，減少沖擊產生的粉塵，同時盡可能保持盡可能多動量。理論上，沖擊角度不能超過15°～20°；

（3）控制物料流沿落煤管壁以可控制的速度向下移動，以避免帶入過快速度的空氣。落煤管提供彎曲的下降平滑線路，這個過程同時還可以解決堵料問題；

（4）特殊的由落煤管到皮帶機最后一段的設計是為了將物料逐漸卸載到皮帶機上，以便物料的移動方向與皮帶運行方向相同，而且其速度接近皮帶的速度。它可以以適當的速度、從適當的角度將聚集的物料流引至接收皮帶的中心，從而減少皮帶沖擊、皮帶磨損、粉塵產生、偏心加載、耐磨襯板的磨損以及其它問題（圖3）。控制流道系統經過三步設計過程。

圖3 控制流道系統仿真模擬

第一階段是測試輸送物料的特性和皮帶及構造材料有關的界面摩擦值，以確定物料特征及其在物料輸送系統中的表現。在定義好各種皮帶機和物料參數之后，根據經驗確定物料卸載的軌道。

第二階段包括當前現場尺寸和初步設計的驗證。一套兩維設計圖和利用3D軟件創建的轉運槽的三維圖形再現，同時物料流動特性使用離散元模型（DEM）方法進行驗證。

第三即最后階段是最終設計的形成，即詳細的設計，然后依次是系統的制造和安裝。

物料測試和工程經驗是這項技術的關鍵，只有最終模擬的結果符合我們認為的理想狀況，才能根據模擬出的落煤管形狀進行工程設計。

整個應用控制流道系統的轉運站，環境方面狀況可以大為改善，粉塵得到控制，噪聲降低 ，堵煤現象也不容易發生，同時在維護和改造等方面的需求也會大大地降低。

4 控制流道系統的應用

中電投上海上電漕涇發電有限公司（2×1000MW），T2轉運站，現場安裝如圖4，具體工況如下。

圖4 T2轉運站現場安裝照片

帶寬：B＝1800mm；落料點：1個；落料高度：18m；帶速：3.5m/s。

額定出力：3000t/h；最大出力：3600t/h。

煤塊：最大250mm。

煤種：

（1）煤種采用神府東勝煤，校核煤種采用伊泰4號煤；

（2）印尼褐煤。

改造前現場狀況：撒料嚴重，錳鋼板內襯沖擊磨損明顯，粉塵嚴重超標，粉塵含量＞96mg/m3。

改造后現場使用情況：2012年安裝完成，除塵器停用，運行到現在，設備運行情況良好，除塵效果達到要求。粉塵含量自測數值為：＜6mg/m3。運行過程中噪聲大為減少（＜80dB（A）），上煤前后沒有明顯區別；

內襯采用厚度為25mm的陶瓷，能適應集中沖刷產生的磨損問題，使得整套系統使用壽命大大提高。

5 結語

雖然控制流道系統的初始投資可能高于傳統溜槽的費用，但通過減少運行費用和維修費用，可快速獲得投資回報。通過對穿過輸送轉運槽的物料流的控制，其中存在的問題，如皮帶損壞、皮帶和轉運槽的末端磨損、轉運槽堵塞、溢出、灰塵、燃燒以及物料塊狀保持率下降等已大大減少。在輸煤系統中控制流道系統已越來越被業主認可和肯定。

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