長距離輸煤皮帶廊膠帶防凍粘系統的應用

劉 洋

（中煤科工集團武漢設計研究院有限公司，新疆烏魯木齊 830000）

0 前言

新疆昌吉自治州吉木薩爾縣準噶爾煤田是新疆四大煤田之一，其中五彩灣礦區是該煤田礦區之首，該礦區煤炭儲量豐富，煤層賦存條件好，現在已經建設多處千萬噸規模的露天煤礦，并在附近配套建設五彩灣工業園區，設有電廠和化工廠來消化該礦區的原煤產量，因此該礦區存在大量的長距離帶式輸送機走廊。

由于新疆冬季嚴寒低溫，且冬季較長，該礦區所屬地區最低氣溫可達-35℃以下，全年日最低氣溫低于-20℃的天數在120天以上。對于露天礦運往電廠及化工企業等長距離輸煤走廊均處于低溫條件下。長距離帶式輸送機中原煤在上一級破碎站或轉載站均設有灑水降塵系統，在過程中原煤中所含的水分在外界低溫的作用下，從液態轉化到固態，進而形成小顆粒物料隨水分凝結而凍粘膠帶，在膠帶運行過程中，凍粘在膠帶承載面的小顆粒物料因膠帶的震動以及托輥的摩擦而脫落，在膠帶回程段形成大量的落煤。

原煤在膠帶上凍結使得原煤運量能力降低，無法保證用戶的要求，另外膠帶中存在大量粘煤使得單位能耗能加，浪費大量能源且增加了負載能耗，嚴重影響企業雙方的經濟效益。因此解決膠帶粘煤問題，已經迫在眉睫。

以往解決膠帶粘煤通常采用皮帶清掃器，在頭部滾筒卸料處安裝一個硬質合金重錘刮板式清掃器[1]，然而冬季條件下的膠帶凍粘煤較硬，清理難度較大，倘若用多道清掃器或者用更鋒利的刀頭反倒容易劃傷膠帶，因此單靠清掃器無法解決冬季膠帶凍粘現象。

同樣是地處嚴寒的產煤大省內蒙古地區，普遍采用噴灑防凍液（或高濃度鹽水），利用負壓誘導式噴嘴將其噴灑在帶面上，使其冰點較低原理已到達防凍粘的效果，經實踐檢驗效果明顯，是目前解決膠帶防凍粘最有效的方法。

1 膠帶防凍液噴灑系統技術

（1）膠帶防凍粘物料原理

膠帶防凍粘系統的運行原理為在膠帶承載物料前，根據不同低溫條件，為膠帶承載面噴灑不同濃度的專用防凍液，使膠帶與物料之間形成一層均勻細密的防凍粘隔離層，達到冬季膠帶防凍粘物料的目的，并通過膠帶機頭部的清掃器將皮帶表面的物料清掃干凈，減少皮帶在回程段的落料。

膠帶防凍粘系統可先使用高濃度濃鹽水，若在使用過程中有濃鹽水冰點達不到使用要求、因濃鹽水結晶堵塞管路和噴霧總成及腐蝕性過高等影響防凍粘系統正常運行，降低了皮帶防凍粘效果的現象，再使用專用防凍劑水溶液。

（2）膠帶防凍液噴灑系統

目前二流體噴嘴霧化噴嘴廣泛應用于除塵、加濕、降溫、脫硫等場所，CSAN DFS空氣霧化噴嘴，霧化效果好，噴出霧化直徑可達10μm以下[2]。

膠帶防凍液噴灑系統采用負壓誘導式噴霧系統，利用CSAN DFS二流體霧化噴嘴，通過氣液混合將防凍液充分霧化，以一定的壓力噴射在膠帶表面，在膠帶表面形成一層均勻細密的防凍液隔離層，致使小顆粒物料與帶面有效隔離。在保證膠帶防凍粘效果的同時能最大限度地減少防凍液的噴灑量，噴灑系統采用橋架式安裝方式，能夠在膠帶機不停機的情況下進行拆裝，在維護和維修時不影響生產系統的正常運行。

每組噴灑點設有密封罩，在噴頭處形成一個負壓區，阻止防凍液的外溢，噴霧設有可調控制箱，根據實際情況，可以隨時調整噴霧流量及霧化粒度。

為保證在皮帶表面形成一層均勻細密的防凍液隔離層，經過實驗得知必須要保證小于10μm的霧化粒度，而流體精密霧化噴嘴在氣體壓力在(0.35 MPa～0.8 MPa)，防凍液壓力在（0.12 MPa～0.7 MPa）的情況下就能運行。

2 實例分析

2.1 案例分析

新疆東方希望有色金屬有限公司需要的煤炭主要來自新疆神華能源有限公司3號露天煤礦和天池能源南露天煤礦。新疆漢泰能源有限公司承攬部分露天礦到新疆東方希望有色金屬有限公司的長距離輸煤走廊，原煤從礦坑直接由汽車運輸給破碎站，進行破碎、轉運到三聯倉，經過新疆漢泰能源有限公司的SH01、SH02長距離帶式輸送機走廊。在這一過程中，原煤中所含的水分在外界低溫的作用下，經過了從液態到固態的變化過程，進而造成小顆粒物料隨水分凝結而凍粘膠帶，在膠帶回程段形成大量的落煤，給現場造成很大的困擾。

首先，與工作面接觸的滾筒凍粘最為嚴重，平均每天2次停機進行清冰，人員清冰工作強度大，不僅增加很多人力成本，能耗也相應增加，而且嚴重影響運輸效率，不能按期保證供煤能力，有損公司的信譽，此外存在一定的安全風險。

其次，滾筒凍粘后，導致滾筒形狀不均勻，使得滾筒筒體受力不均，滾筒受損較快，容易造成滾筒斷裂，危險隱患較大。

再次，皮帶帶粉，造成增面滾筒處積粉，天氣-30℃以下時，4個小時就需要清粉一次。

基于上述原因，長距離皮帶原設計運量為4 000 t/h，而2015年冬季只能達到1 800 t/h，遠低于設計要求4 000 t/h；同時冬季運行需要150名左右勞務工人進行煤粉清理和滾筒凍粘清理[3]。

2.2 解決方案

自2016年10月份新疆漢泰能源有限公司引入長距離皮帶機系統皮帶防凍液噴灑系統的技術，SH01和SH02帶式輸送機，帶寬1.6 m，速度5.5 m/s，運量4 000 t/h，由于速度較快（≥5 m/s），因此設計成3+3雙排布置形式，3組噴頭覆蓋全帶面，雙排噴頭可實現一用一備狀態，確保整個系統不停機就可實現設備檢修；正常情況可靈活切換實現3+1組合，3組噴頭覆蓋全帶面，另設1組專門針對與煤接觸部分的帶面再次噴射，確保膠帶與煤接觸面產生有效隔離層，已達到防凍粘效果；若產生隔離膜過薄，是可以雙排同時噴射[4]。

整個系統配置靈活，根據現場情況變化組合使用，既能節省防凍液的消耗，同時可以保證原煤與帶面形成有效的隔離層，已達到防凍粘效果。

表1 新疆漢泰能源有限公司專用防凍液的物理特性對照表

系統內設有反吹系統，保證系統不運行時，將系統內防凍液全部吹洗干凈，避免管路及閥門結冰。

整個系統設有溫控及液位報警系統，在室外氣溫在-5℃以下時使用，高于-5°即停機；當水箱中防凍液用至低限時，發出配液提示信號。噴霧系統中的空壓機可以實現自動控制供氣壓力及啟停，當皮帶機停止運行時，噴霧自動停止。

圖1 膠帶防凍液噴灑系統圖

2.3 效果分析

經過2016年冬季考驗，膠帶只要少量凍粘煤，只需要每周進行一次簡單清理即可，該技術為新疆漢泰能源有限公司解決膠帶冬季凍粘物料問題的80%，皮帶運輸能力達到3 200 t/h，皮帶凍粘帶粉現象減少一半以上，基本達到與夏季膠帶落煤相同的效果，確保了設備穩定運行。

由于防凍液價格較高，再加上管理不善等原因，致使企業為此也付出了高昂的費用，由此實際中企業為節省原料和確保形成均勻厚度隔離膜中關系中出現適當偏差，因此會在個別情況下出現膠帶噴灑的隔離膜過薄，而出現輕微凍粘煤現象。

3 結束語

通過實際考驗，防凍粘噴灑技術有效解決了寒冷地區戶外帶式輸送機膠帶的防凍粘現象，對于新疆五彩灣礦區、大井礦區以及淖毛湖礦區等均做了一個有效的示范。若要保證該項技術推廣，該項技術還需進一步改進，將節能的思想理念引入其中，根據室外溫度及膠帶速度的調整變化建立智能自動化模式，通過調節噴霧量的大小來適應工況條件，已達到節能目的。另外企業還需加強自身管理，設置兩組防凍液池，配備不同濃度的防凍液，結合當地氣候情況及溫度變化，分批次噴灑不同濃度防凍液已達到降低成本目的。

由此相信不久該項技術會被廣泛推廣，做到完全跟夏季一樣，徹底解決寒冷地區戶外長距離帶式輸送機膠帶的防凍粘現象。

參考文獻：

［1］張尊敬.DTⅡ（A）帶式輸送機設計手冊［M］.北京：冶金工業出版社，2003.

［2］天津三安科技有限公司.霧化噴嘴介紹資料［Z］.2017.

［3］新疆漢泰能源有限公司.準東長距離輸煤皮帶防凍粘系統招標文件［Z］.2017.

［4］新疆弘邦力嘉機電設備有限公司.準東長距離輸煤皮帶防凍粘系統投標文件［Z］.2017.

［5］張安明，郭社科.高壓噴霧降塵的原理及應用［J］.煤礦安全，1998（4）：2-5.

［6］廖常初.S7-300-400PLC應用技術［M］.北京：機械工業出版社，2005.