高寒地區煤灰雙向運輸系統輸送帶翻轉裝置的優化設計與應用

神華北電勝利能源有限公司 內蒙古錫林浩特 026000

由 國家能源投資集團有限公司投資建設的勝利發電廠 2×660 MW 機組工程位于內蒙古自治區錫林郭勒盟錫林浩特市的東北郊，是錫盟—山東特高壓輸電通道的配套煤電項目之一，通過錫盟—北京東—濟南雙回線路向京津及冀北電網和山東電網送電。為滿足勝利發電廠燃煤需求，建設了一條由勝利一號露天煤礦至勝利發電廠的廠外輸煤系統，該系統同時還可為周邊 2 座電廠提供燃煤。系統全長 13.81 km，由 6 條帶式輸送機組成。為了發揮系統的最大效率，減少土地占用，其中 2 條 10.16 km 的帶式輸送機采用煤灰雙向運輸方式，設計正向輸送煤炭 1 000 萬t/a，反向輸送電廠粉煤灰 200 萬 t/a。

錫林浩特市位于內蒙古東部，屬中溫帶半干旱大陸性氣候，其主要氣象特征是寒冷、風大、干旱。勝利一號露天煤礦至勝利發電廠的廠外輸煤系統途經草原，上跨錫林河，臨近村莊，環境保護非常重要。勝利一號露天煤礦煤種為中灰、低硫、低磷褐煤，全水分 36.5% 左右，平均基低位發熱量為 3 500 kal/kg。原輸煤系統冬季設備運行時，因煤的含水率較高，易與輸送帶凍結，清掃器無法有效清除帶面粘煤，帶式輸送機回程輸送帶與回程托輥接觸后，沿線落煤嚴重，清掃費時費力，影響輸煤系統效率，同時還存在較大的安全、環保隱患。為降低輸送系統沿線落煤，保護生態環境，對長距離帶式輸送機設置了輸送帶翻轉裝置，使得與回程托輥接觸的輸送帶表面仍為非承載帶面，煤炭和粉煤灰輸送始終使用輸送帶承載面，既能保護輸送帶，延長其使用壽命，又可以集中清理輸送帶回程帶面上的粉料，減少粉塵污染[1]，同時還可降低輸送帶跑偏的可能性，減少回程托輥的磨損，在一定程度上增加了托輥運行的可靠性和使用壽命[2]。

1 輸送帶翻轉裝置的選擇

輸送帶翻轉裝置是將回程段輸送帶翻轉 180°，即在輸送機機頭卸載點之后的回程段，將輸送物料的承載面翻轉到上面，在機尾受料點前再將輸送帶翻轉過來。其目的是避免輸送帶的承載面與回程分支托輥接觸，減少回程分支托輥的粘料和磨損，有利于帶式輸送機運輸環境的清潔，避免對沿線環境造成污染[3]。當帶式輸送機需要雙向輸送物料時，即回程輸送帶也輸送物料時，同樣需要采用輸送帶翻轉裝置，以滿足回程段輸送帶承載面輸送物料的要求。

輸送帶翻轉裝置的類型有自然翻轉式、托輥導向式和滾輪支承式[4]。自然翻轉式是在輸送帶 2 個固定夾輥間不用任何支撐裝置，自然翻轉 180°，該方式容易引起輸送帶嚴重下垂和折疊，適合帶寬較窄和帶速較低的帶式輸送機。托輥導向式可根據輸送帶的規格、帶速和張力等情況，在輸送帶 2 個固定夾輥間的翻轉區域增加 3 組或更多組 45°、90°、45°的托輥導向裝置[5]，引導翻轉 180°，這種方式應用較多，比自然翻轉式適用范圍廣。滾輪支承式是在 2 個固定夾輥間設置若干個鼓形滾輪，使輸送帶在翻轉過程中形成筒形，這種方式利用輸送帶成管后的扭轉進行翻轉，輸送帶張力均勻且占用空間小[6]。

根據帶式輸送機機頭部和機尾部的實際布置情況，設計采用托輥導向式翻轉裝置。

2 輸送帶翻轉裝置的設計

帶式輸送機需要較長的距離來實現輸送帶的翻轉，在短距離帶式輸送機上設置翻轉裝置使用效果不明顯，還增加了設備故障點和工程投資，而在長距離帶式輸送機上使用輸送帶翻轉裝置則很有必要。本工程中，在 M704、M705、M706 3 條長距離帶式輸送機上設置了輸送帶翻轉裝置，其中 M704 帶式輸送機長度為 1.57 km，提升高度為 29 m，單向輸煤；M705 帶式輸送機長度為 8.67 km，提升高度為 44 m，M706 帶式輸送機長度為 1.27 km，提升高度為 89 m，這 2 條均為雙向運輸，即上帶面輸煤、下帶面運灰。M705 帶式輸送機由于距離長，需要穿越村莊、公路、鐵路和河流，采用了水平轉彎技術，3 個轉彎段的轉彎半徑分別為 4、3 和 5 km。為了合理布置驅動裝置，降低輸送帶強度，采用了頭 2 中 2 尾 1 的 5×1 400 kW 多點驅動方式。

上述 3 條帶式輸送機的帶寬B=1.6 m、帶速v=4.0～4.5 m/s，均采用鋼絲繩芯輸送帶。根據 GB 50431—2008《帶式輸送機工程設計規范》的規定，采用托輥導向式翻轉裝置，翻轉裝置的長度不小于22B(即 35.2 m)[7]。本工程帶式輸送機輸送帶翻轉裝置的長度在滿足規范要求的基礎上，根據工藝布置的實際需要確定。

下面以 M705 帶式輸送機為例，重點介紹輸送帶翻轉裝置在長距離帶式輸送機中的應用。

3 M705 帶式輸送機的整機布置

M705 帶式輸送機為長距離煤灰雙向運輸帶式輸送機，為保證煤和灰始終處在輸送帶承載面上，輸送帶非承載面始終與回程分支托輥接觸，在輸送機機頭和機尾處布置了輸送帶翻轉裝置，如圖 1 所示。這種布置方式是將帶式輸送機頭部、尾部輸送帶翻轉裝置集中在轉載站內，實現了輸送帶翻轉區域集中落料、集中清理，同時杜絕了帶式輸送機沿途分散式落料的狀況，解決了帶式輸送機沿線落煤污染環境的難題[8]。

圖1 M705 帶式輸送機的整機布置Fig.1 Overall layout of M705 belt conveyor

3.1 頭部翻轉裝置的設計

在初始設計階段，M705 帶式輸送機頭部輸送帶翻轉裝置設計在驅動裝置和張緊裝置之后，張緊裝置上層。此處輸送帶張力較低，導向裝置的受力較小，有利于輸送帶的導向和翻轉，張緊滾筒始終與輸送帶非承載面接觸，設備運行穩定，輸送帶不易跑偏。而將輸送帶翻轉裝置布置在張緊裝置上層，可利用轉載高度和空間，轉載站結構較為緊湊，也減少了轉載站的體積，降低了工程投資。M705 帶式輸送機頭部翻轉裝置如圖 2 所示。

圖2 頭部翻轉裝置Fig.2 Overturning device at head

3.2 尾部翻轉裝置的設計

在初步設計階段，M705 帶式輸送機機尾部輸送帶翻轉裝置設計在尾部卸料點之后，位于地面層，這樣布置設備安裝空間大，檢修方便，也便于清掃地面落料。缺點是地面落料堆積到一定高度就需要及時清理，否則會造成故障停機。地面落料需要通過人工、機械配合運輸到指定區域。M705 帶式輸送機尾部翻轉裝置的設計如圖 3 所示。

圖3 尾部翻轉裝置Fig.3 Overturning device at tail

4 輸送帶翻轉裝置的優化

勝利發電廠輸煤系統是國內外高寒地區煤灰雙向運輸的首次設計，智能化應用程度高，實現了無人值守、有人巡視。工程處在高寒草原地區，粉塵控制是工程的重點之一，如能減少人員參與，實現自動清掃，就可以減少職業病對員工的危害，進一步提升智能化應用水平。因此，對輸送帶翻轉裝置進行了優化，為實現輸煤系統綠色環保和安全平穩運行提供了保障。

4.1 頭部翻轉裝置的優化

受工藝影響，輸送帶頭部翻轉裝置布置在張緊裝置正上方的 2 層樓面，此處落料收集后，不利于物料轉運。如實現翻轉裝置處落料自動清掃，則需進行較大調整，提升轉載站高度，增加大量工程投資。經對比分析，提升轉載站高度的做法不經濟，最終確定在翻轉裝置后方的同層樓板處設置落料溜槽，人工清掃的落料經過此溜槽轉載到回程運灰帶面上運走，避免了由 2 層樓面轉運至 1 層，再經過汽車外運，節省了大量人力、物力和轉運時間，優化后的頭部翻轉裝置如圖 4 所示。

圖4 優化后頭部翻轉裝置Fig.4 Overturning device at head after optimization

4.2 尾部翻轉裝置的優化

通過優化設計，將尾部輸送帶翻轉裝置由轉載站1 層移至頂層，降低了轉載站的高度，取消了與轉載站連接的一部分棧橋。由于尾部卸料點高度降低，在滿足凹弧段最小曲率半徑的前提下，機尾也縮短了 30 m，降低了工程投資。優化后的尾部翻轉裝置如圖 5所示。

圖5 優化后尾部翻轉裝置Fig.5 Overturning device at tail after optimization

翻轉裝置移至頂層后，其下層設備是運灰帶面，在翻轉裝置下方加設落料溜槽后，可將煤灰卸載至運灰帶面上，輸送系統運行后落地煤灰粉塵較大，可以考慮在翻轉裝置下安裝小型輸送設備，實現落地煤灰的自動清掃和自動轉運。

4.3 輸送帶翻轉裝置的細節優化

由于輸送帶較寬，翻轉裝置較長，輸送帶垂度較大，為保證系統運行安全可靠，除中間設置 90°托輥導向裝置外 (見圖 6)，還在兩側增設了 45°托輥導向裝置 (見圖 7)。

圖6 90°托輥導向裝置Fig.6 90°roller guide

圖7 45°托輥導向裝置Fig.7 45°roller guide

錫林浩特地區一年四季多風，為避免輸送帶翻轉區域煤灰的二次污染，本工程除 M704 輸送機尾部受地形及空間限制未進行封閉設計，其他所有輸送帶翻轉裝置均布置在獨立的樓層并進行封閉設計。同時輸送帶翻轉裝置區域附近樓板的煤灰清理工作必須在停機后進行，可使用人工負壓除塵設備清掃。從安全生產的角度出發，必須在輸送帶翻轉裝置的兩側加設防護欄桿，同時進行安全監控。

5 結語

通過優化設計，使長距離煤灰雙向運輸帶式輸送機輸送帶翻轉裝置的設計更加合理，經過在勝利一號露天煤礦至勝利發電廠的長距離帶式輸送機上的應用表明，該輸送帶翻轉裝置能夠有效提高帶式輸送機運行的可靠性和經濟性，降低故障停機率和運行成本，綠色環保，延長了帶式輸送機的使用壽命，為高寒地區帶式輸送機輸送翻轉裝置的應用提供了實踐經驗。