卸煤斗加熱防凍裝置設計

羅鵬飛

(山西古縣西山登福康煤業有限公司，山西 古縣 042403)

目前，立筒倉普遍應用于煤炭開采加工，其機械化程度最高，裝車效率高。西山登福康煤業采用立筒倉儲煤，共2座立筒倉，每個筒倉有2個卸煤斗。由于煤炭日產量平均為1 200 t，每個儲煤倉容量為5 000 t，4天才能裝滿煤倉，煤倉煤量不能滿足每天外運要求，卸煤斗因此不能滿負荷持續運轉。到了冬季，停止運轉的卸煤斗會出現凍煤結冰的現象。雖然在卸煤斗上安裝有振動器，但凍煤無法被振落，導致卸煤斗被凍煤堵塞而不能順暢出煤。為了消除故障常采用人工敲打卸煤斗的方式清除凍煤，既費體力又不安全，降低了立筒倉出煤裝車效率，嚴重影響井下生產運行的效率。

1 加熱保溫裝置工作原理

采用在卸煤斗上加裝恒溫電伴熱帶的方式解決凍結問題，恒溫電伴熱帶產生的熱量直接傳遞到卸煤斗斗壁，提高并保持卸煤斗的溫度，防止卸煤斗中的濕煤結冰而堵塞出煤口。卸煤斗改造示意圖見圖1.

圖1 卸煤斗改造示意圖

2 安裝方法

采用在卸煤斗上安裝伴熱帶加熱保溫的方法。1) 焊接固定焊栓。在卸煤斗側板上四角焊接螺絲桿，螺絲桿型號為M12. 2) 敷設伴熱帶。將伴熱帶用鋁膠帶均勻纏繞固定在漏煤斗側板上，處于漏煤斗下部的伴熱帶端頭接入專用終端接線盒，防止伴熱帶端頭發生漏電及短路。處于漏煤斗上部的伴熱帶接線端通過防爆電源接線盒接入專用機械式溫控器，調溫旋鈕調在20 ℃位置。3) 安裝溫控探頭。將溫控器上自帶的測溫探頭水平安裝在漏煤斗上并與伴熱帶保持一定的距離，最好放在兩根伴熱帶之間的中心位置，這樣可以不受伴熱帶的干擾，真實測量卸煤斗的溫度。4) 連接溫控器電源。將溫控器進線端與配電箱內的漏電斷路器出線端用電源線連接起來。配電箱進線端使用單相電源，接在筒倉內的電源箱內。5) 伴熱帶通電測試。合上配電箱內漏電斷路器，通電幾分鐘后用手觸摸伴熱帶判斷是否開始發熱，如有問題，檢查接線。6) 制作漏煤斗保溫層。測量卸煤斗所有側板的尺寸，計算各個側面的彩鋼板尺寸。切割加工內有玻璃纖維保溫層的彩鋼板，做好固定和封邊。7) 懸掛甲烷傳感器。8) 在漏煤斗旁邊距混凝土頂200 mm位置懸掛GJC4甲烷傳感器1臺，設置報警濃度1%，斷電濃度1.5%，并接入安全監控系統，與筒倉上部安裝的瓦斯電閉鎖裝置關聯，若筒倉內瓦斯濃度大于1.5%時，可斷掉筒倉上下的一切電源，防止筒倉內瓦斯超限發生爆炸事故。

3 主要材料選型和設計

1) 鋁膠帶。鋁膠帶是鋁帶上涂覆一層膠粘劑的鋁帶，分為普通型和加厚型。普通型的鋁箔厚度是0.06 mm，加厚型的鋁箔厚度是0.15 mm，均耐溫300 ℃，作用是隨電熱帶的敷設走向固定電熱帶以及固定溫控器的測量探頭，以增加散熱面及熱傳導性能，有利于被加熱物體受熱均勻。由于加厚型的導熱能力比普通型的強，所以選用加厚型，其使用量與伴熱帶使用量大致相同。

2) 伴熱帶。伴熱帶有恒功率和自控溫伴熱帶兩種，恒功率伴熱帶分為單相和三相兩種，適用于溫度要求嚴格的場所。自控溫伴熱帶按溫度分為低溫(-40 ℃～85 ℃)、中溫(-40 ℃～135 ℃)和高溫(-40 ℃～165 ℃)，按結構分為基本型、加強型、防爆型和耐腐型。基本型僅由芯帶和絕緣皮構成，用“J”表示；加強型比基本型多包了一層護套，用“B”表示；耐腐型比基本型多包了一層耐酸堿外護套，用“F”表示；防爆型在基本型基礎上增加了一層金屬網屏蔽層和一層外護套，具有接地和增強保護作用，用“P”表示。自控溫伴熱帶是由導電高分子復合材料和兩根平行金屬導線及絕緣護套構成的扁形帶狀電纜。導電高分子復合材料具有正溫度系數“PTC”特性，且相互并聯，能隨被加熱體的溫度變化自動調節輸出功率，自動限制加熱的溫度，防止熱帶過熱燒毀。“PTC”特性即正溫度系數效應，是指材料電阻率隨著溫度升高而增大，并在一定溫度區間電阻率急劇增大的特性。由于溫度要求不嚴格，筒倉里煤體內含有瓦斯氣體，為防止發生瓦斯爆炸事故，選用自控溫低溫防爆型伴熱帶，其型號是DBRZ-25-200-P.

3) 熱功率及伴熱帶長度計算。平面熱損失公式：

(1)

式中：

Q—實際熱損耗，W/m；

λ—保溫材料導熱系數，W/m·℃；

Tv—維持溫度，℃；

TA—最低環境溫度,℃；

δ—保溫材料厚度，m；

α—保溫層外表面向大氣的散熱系數(W/m2·℃)，與風速ω有關；

S—平面總面積或容器罐體表面積，m2.

1.3—安全系數。

每個漏煤斗表面積大約為3 m2，取S=3 m2，保溫材料選用厚50 mm的玻璃纖維，取δ=0.05 m，其保溫導熱系數λ=0.036 W/m·℃，TA=-20 ℃，Tv=20 ℃，ω=10 m/s. 而α=1.163(6+ω1/2)，故，α=10.64 W/(m2·℃ ). 帶入式(1)得，卸煤斗耗散熱量Q=105 W.

伴熱帶長度：L=Q/P·1.05，式中，P為伴熱帶額定功率，取25 W，1.05為系數，帶入得，L=4.41 m，取4.5 m. 因此，4個漏煤斗共需伴熱帶長度：4.5×4=18 m，功率：25×4.5=112.5 W.

4) 防爆溫度控制器：型號:BFH額定電壓:220/380伏，額定電流: ≤25 A，防護等級：IP56,控溫范圍：10～120 ℃，控溫精度:±2.5 ℃，防爆標志：ExeIIT4。數量：4個。

5) 防爆電源接線盒：型號:FDH額定電壓:220/380伏，額定電流: ≤16 A，防護等級：IP54,防爆標志：ExeIIT4Gb。數量：4個。

6) 防爆終端接線盒：型號:FZH額定電壓:220/380伏，額定電流: ≤16 A，防護等級：IP54,防爆標志：ExeIIT4。數量：4個。

7) 漏電斷路器選用。

電熱帶電流I=P/V=112.5 W/220 V=0.5 A

采用一個筒倉的兩個卸煤斗電熱帶并聯的運行方式，總電流I總=1 A.

可選用GZ47LE-63/2P/C10漏電斷路器，其額定電流10 A，可滿足使用要求。使用數量：2個。

4 應用效果

電伴熱帶安裝使用后，筒倉漏煤斗再未出現結冰堵塞的現象，煤流通暢，提高了煤車裝煤效率。

5 結 語

山西古縣西山登福康煤業公司針對筒倉卸煤斗在冬季容易結冰堵塞的問題，采取了將卸煤斗加裝加熱保溫層的措施。經過改進，未再出現卸煤斗結冰堵塞的現象，提高了設備運轉率，降低了工人的工作負荷。