臂式斗輪堆取料機干霧降塵系統技術優化

中國電建集團長春發電設備有限公司 長春 130033

0 引言

臂式斗輪堆取料機（以下簡稱斗輪機）作為目前應用廣泛的散狀物料裝卸設備，其作業過程易揚塵、污染環境，已成為制約該設備發展及推廣的行業難題。采用降塵系統使其滿足環保要求是解決該難題的有效手段。故針對斗輪機降塵系統的技術創新一直是行業的研究熱點。近年來，隨著國內環保政策要求越來越嚴格，斗輪機所在料場封閉管理已發展為新常態[1,2]。環保政策的要求以及使用環境的多樣化，促使斗輪機除塵系統亟須技術創新、提質增效。原有單一的灑水噴淋系統已不能滿足市場發展的新需求，必將逐步被新的降塵系統所取代。隨著干霧降塵技術的發展和普及，其在斗輪機設備上被逐漸應用和推廣[3]，但非斗輪機廠家生產的干霧降塵系統對斗輪機工況了解不深，實際使用中存在諸多問題[4]。因此，對現有斗輪機干霧降塵系統進行技術優化，具有非常重要的現實意義。

1 現有斗輪機降塵系統問題分析

斗輪機目前已經廣泛地應用到國民生產的多個領域，所輸送的散狀物料包括煤炭、鐵礦石、焦炭、球團礦等多種物料。作為最常用的散料輸送設備，其降塵系統在一些行業仍采用灑水噴淋的方式。雖然其具有一定的降塵效果，但噴淋系統噴水較多，導致燃煤等親水性物料含水率增加，易產生粘結層造成堵料，水量過大易形成煤泥，影響煤炭燃燒效率，故噴淋系統已經無法滿足市場要求。采用干霧降塵系統作為斗輪機環保降塵方式正逐漸普及，但目前斗輪機干霧降塵系統應用還不是很成熟。由于斗輪機干霧降塵系統一般由相關配套廠家供貨，除塵系統廠家對斗輪機工況不十分了解，經常出現降塵裝置位置布置不合理；缺少對各產塵點的在不同工況下產塵量及噴霧面積的深入了解，對不同機型、不同工況下的降塵方式難以掌控，噴霧方式設置單一，無法有效的降塵；缺少智能化控制，監測手段單一，無法了解噴霧狀態及重要部件運行狀況，須采用手動模式控制噴霧；受季節氣溫條件制約明顯，嚴寒地區使用受阻或無法使用；主要元件控制有電流輸出并伴隨水氣并行，存在安全隱患等問題。

2 斗輪機干霧降塵系統技術創新

2.1 優化后干霧降塵系統原理組成

針對上述斗輪機干霧降塵系統存在的問題，依據多年斗輪機設計制造經驗，重新梳理斗輪機各機構的工況及各產塵點的工作實際，對現有干霧降塵系統進行技術優化。優化后的斗輪機干霧降塵系統主要由水源裝置、氣源裝置、智能降塵主機、噴霧執行裝置、電控系統等組成。噴霧點包括：頭部溜料裝置、頭部導料槽、中部料斗導料槽、中部料斗上部、中部料斗下部，斗輪機降塵系統布置，如圖1所示。斗輪機降塵系統原理圖如圖2所示。

圖1 斗輪機降塵系統布置圖

圖2 斗輪機降塵系統原理圖

2.2 斗輪機降塵技術理論依據

斗輪機干霧降塵系統的理論依據源于對系統的理論計算，主要包括沿程壓力損失計算、局部壓力損失計算、整體壓力損失計算、排氣壓力計算。在此基礎上得出氣耗量，選取合適的增壓泵輸出壓力、增壓泵流量、增壓泵揚程以及增壓泵電動機功率等重要參數，再依據相關數據，在符合斗輪機工況要求的基礎上，對其進行優化，對各裝置單元進行優化設計，使其更好地適應斗輪機工況，并采用模塊化設計理念，簡化安裝調試，降低設備操作及維修難度，使降塵效果更加明顯，節能減排效果更加顯著。

2.3 斗輪機降塵技術創新關鍵技術

2.3.1 安全性、可靠性技術

實現系統內水電分離，提高其安全性和可靠性。由于干霧降塵系統的工作媒介是水，控制水噴霧的電磁換向閥采用強電流控制。若水和電同時布置在微霧主機內，勢必存在安全隱患。文中開發了一款真正意義上的水、電分離的干霧主機。該系統箱體內所有閥件均改為氣動換向閥（標準動力氣源由氣源裝置提供），取消電磁控制方式，故優化后微霧主機箱體內無電源即可實現水電分離。提高了系統的安全系數，保護操作者人身安全。另外氣動換向閥小巧美觀，性價比高、安裝維修方便更適合干霧降塵系統應用。

2.3.2 可適應不同的工作環境技術

現有干霧降塵系統適應環境能力差，特別是在一些嚴寒地區，受低溫環境影響，降塵設備無法正常投運。研發了一款適用于斗輪機布置的新型熱交換式防凍水箱，箱體內增設溫度傳感器，管道式加熱器；增設水管路電伴熱系統，管路全程外罩保溫巖棉及錫紙層，可實現低溫環境正常使用不結冰；微霧主機箱體內，配備保溫層和鋁合金加熱器；根據現場實際情況，增設空壓機操作間，配備電暖氣等，通過一系列的創新舉措，保證噴出的干霧在冬季不會結成小冰滴。解決了嚴寒地區干霧降塵系統使用效果不佳問題。

2.3.3 智能化控制技術

智能化控制是市場發展對干霧降塵系統提出的新要求。該系統具備排污功能、反吹掃功能、系統流量校正、流量反饋、壓力調整、水（氣）欠壓報警、壓差檢測報警、氣吹等功能；并實現遠程監控、控制，如遠程電腦控制，利用5G技術，信號實時輸出，設置遠程在線監控中心，進行遠程監控、控制；在線粉塵濃度監測，在適當的位置增設粉塵濃度監測裝置，當所在區域粉塵濃度達到設定值時，可以通過PLC控制干霧降塵系統進行自動工作。

2.3.4 不同工況下適用技術

解決了干霧系統在不同工況下的噴霧技術。針對斗輪機斗輪溜料裝置處降塵需求，研發了自動翻轉噴霧裝置，實現自動旋轉扇面噴霧，增大噴霧面積，提高降塵效率；研發了噴霧桿裝置，適用于大型斗輪機斗輪溜料裝置處除塵，布置靈活，噴嘴數量可根據具體情況進行增減；針對落煤斗處降塵，研發采用單點噴霧，萬向節噴霧裝置，可靈活布置，角度可調節，非常適用于落煤斗等封閉環境下的降塵。

3 干霧降塵系統技術經濟優勢對比

3.1 技術優勢對比

1）降塵效果好 優化后的干霧降塵系統更適合斗輪機工況，對于不同產塵點采用不同的噴霧除塵裝置，噴霧面積更加科學合理，充分利用有限的水量達到最佳的降塵效果。該系統直接在粉塵的起塵位置進行降塵，從粉塵的源頭進行治理。對10 μm以下的可吸入性粉塵的治理效果最佳，降塵率高達96%以上，可有效避免矽肺病危害，治理后現場粉塵濃度能穩定達到10～50 mg/m3以下，降塵效果明顯。

2）使用不受季節限制 優化后的斗輪機干霧降塵系統不受氣溫限制，一年四季均可使用。尤其在北方冬季嚴寒環境仍可正常使用，極大提高操作者的身心健康，減少了環境污染概率。當環境溫度低于5℃時，保溫系統自動監測開始運行，保證了斗輪機降塵系統的正常工作。

3）簡化降塵管理工作 優化后的干霧降塵系統整機采用模塊化設計，結構更加緊湊合理。各模塊單元之間靠管路連接，安裝調試更加方便，智能干霧主機只需將水、壓縮空氣送至各產塵點，即可實現就地降塵。

3.2 經濟性優勢對比

優化后的斗輪機干霧降塵系統，成功應用于國內某電廠斗輪機降塵系統升級改造項目中，通過對該項目改造先后設備及能耗各項參數的對比可以看出，斗輪機干霧降塵系統總體具備以下優勢：

1）相同工作時間內干霧降塵系統資金投入更少，運行維護費用更低(0.5 a維護一次)。

2）相同工作時間內干霧降塵系統耗水量少，無二次污染；

該項目改造前后1 a內斗輪機降塵系統耗水量情況對比如表1所示。

表1 某電廠項目改造前后耗水量情況對比

通過表1數據的對比可知，該項目改造后斗輪機干霧降塵系統耗水量遠遠低于改造前灑水噴淋系統耗水量，每年可節省水費約為96 477元。由此可見，優化后的系統節水優勢明顯。

該項目斗輪機干霧降塵系統、灑水噴淋系統的各種費用對比如圖3所示。斗輪機干霧降塵系統的耗水費用、維修費用、操作人工費均小于灑水噴淋系統，雖然短期內斗輪機降塵系統的安裝成本和耗電費用高，但從長遠角度出發，經過長期運行，斗輪機降塵系統的運行成本仍遠遠低于灑水噴淋系統。

圖3 降塵系統主要費用對比圖

4 結論

綜上所述，通過對斗輪堆取料機干霧降塵系統技術優化，使其在安全可靠性、智能化控制水平、環境及工況適應性等技術性能方面都得到了明顯提升。更加切合斗輪機工作實際，經濟優勢明顯，節能減排效果顯著，更有利于市場縱深推廣，有助于企業拓寬斗輪機設備市場服務領域，提高企業技術研發能力和市場競爭力。