皮帶輸運過程粉塵運移規律及治理技術的研究進展

任曉芬，郭軍霞，陳啟東，郭曉紅，王莉媛，王 偉

（1.河北工程大學能源與環境工程學院，河北 邯鄲 056038；2.石家莊鐵道大學機械工程學院，河北 石家莊 050043）

皮帶輸送機運輸過程會產生大量粉塵，懸浮于工作環境中，嚴重威脅工人身體健康，影響設備正常運行，降低企業經濟效益與社會效益。已有多位學者針對皮帶輸運過程產塵原因、粉塵分布規律及影響因素和粉塵治理技術等方面進行大量研究，本文重點從上述3 個方面進行分析總結，并提出存在的不足及未來粉塵治理工作發展方向。

1 產塵原因

皮帶輸送物料過程中，大量粉塵產出的情況無法避免，產塵原因主要包括皮帶振動或跑偏，溜槽、導料槽結構不合理，物料誘導風流與皮帶牽引風流等方面。

1.1 皮帶振動或跑偏

皮帶在連續運行過程中會不斷抖動，導致物料顆粒相互碰撞與摩擦，使物料表面產生大量揚塵。由于鋼絲繩芯輸送帶接頭硫化不正、人為安裝誤差及皮帶受力不均等因素引起的跑偏問題都會導致部分物料灑落[1]，產生揚塵。

1.2 皮帶溜槽、導料槽結構不合理

皮帶機溜槽落差或傾斜角度過大時，物料運動速度加快，產生向下的高速氣流，增強粉塵逸散能力。導料槽用于輸送機起到密封抑塵的作用，在實際運行過程中，存在缺少緩沖密封箱、料槽截面尺寸較小等不合理的情況，出現漏料噴粉的情況。

1.3 物料誘導風流與皮帶牽引風流

當物料運動到轉載點時，受到誘導氣流、剪切氣流與牽引氣流的共同作用，揚塵最為嚴重。物料從上級皮帶末端下落至下級皮帶始端過程中產生強烈的誘導氣流，周圍空氣會隨皮帶機一起運動形成牽引風流，物料表面細顆粒物揚起，迅速彌散到空氣中，污染工作環境。

2 粉塵分布規律及其影響因素

粉塵分布及其影響因素的研究對后續粉塵控制有指導作用，研究成果主要集中于物料自身特性、皮帶運行參數、外界環境等方面。

2.1 物料自身特性

針對物料特性開展的研究有不同物料量、物料含水率、顆粒粒徑對粉塵分布規律的影響。物料量與產塵量是直接相關的，張子文等[2]對不同運煤量下的粉塵分布規律模擬分析，證明運煤量越大，揚塵作用越明顯；袁明昌[3]研究了物料含水量對帶式輸送機巷道粉塵污染的影響，證明提高物料含水率可有效降低粉塵濃度；劉少虹等[4]對皮帶巷道風流、粉塵濃度分布進行模擬研究，得到顆粒起塵濃度與顆粒直徑成反比的結論。吳應豪[5]模擬研究得到大顆粒粉塵在巷道中的沉降距離與粒徑成正比，小顆粒粉塵通常難以沉降，易隨風流運移。

2.2 皮帶運行參數

皮帶輸送機機身抖動程度隨運行速度的增大而增強，物料更易發生碰撞與摩擦，皮帶誘導氣流與牽引氣流增大，使物料表面細小顆粒物脫離皮帶機，彌散到工作環境中。陳舉師等[6]采用實驗、數值模擬相結合的方法對巷道內氣流場與粉塵分布進行研究，結果表明：皮帶速度是影響常溫物料粉塵擴散的主要原因；有大量研究證明皮帶速度對巷道粉塵分布有明顯影響，粉塵濃度隨皮帶速度的增大而逐漸增加[3]。

2.3 外界環境

皮帶機多用于長距離輸送，安裝在室外受外界氣候影響較大，由于環境保護和工藝流程的實際需求，更多的皮帶機設置在地下巷道或棧橋內，通過設置通風系統降低受限空間內粉塵濃度，防止粉塵濃度過高發生爆炸。諸多學者針對通風氣流對粉塵濃度的影響進行了深入研究，王洪勝等[7]對膠帶運輸系統的氣流及粉塵運移規律模擬分析，發現產塵量變化規律與氣流波動規律基本一致，存在明顯滯后現象；陳舉師[6]，汪日生[8]，汪佩[9]等采用不同研究方法得到了巷道風流速度對粉塵濃度的影響，結果表明：在一定風速范圍內，粉塵濃度隨風速的增加而降低，風速增大對粉塵排出有促進作用。

3 粉塵治理技術

國內外多位學者對轉運過程粉塵治理技術進行了研究，具體表現為改善溜槽結構、密閉負壓除塵、噴霧降塵和無動力除塵4 種形式，近年來在國內外選煤廠、鋼鐵廠等工業領域得到廣泛應用，技術也日趨成熟。

3.1 改善溜槽結構

改善溜槽結構屬于粉塵源頭控制，在源頭處予以足夠的控制，可大幅降低能耗、提升除塵效率。有很多學者改善溜槽形式，并應用于實際工程，降低了粉塵濃度，具有代表性的溜槽改進方式及研究結果見表1。

表1 溜槽改進相關文獻匯總表

3.2 密閉負壓除塵

密閉負壓除塵技術是采用密閉罩將皮帶局部或全部密封起來，將粉塵封閉在局部空間，并在密閉罩合適位置安裝吸塵器。在保證粉塵得到有效控制的前提下，合理確定系統的設計風量至關重要，多位學者為此做了深入研究，具體研究內容與效果見表2。

表2 密閉負壓除塵系統相關文獻匯總表

3.3 噴霧降塵

噴霧除塵可有效降低粉塵濃度，高壓噴嘴將液體霧化成細小液滴噴向塵源，將粉塵加濕或將粉塵吸附在水滴表面，在重力作用下被捕集。噴嘴的數量、間距、角度、水流量、安裝位置和控制方法等因素都會對產塵量造成影響，表3 為噴霧降塵相關研究文獻匯總表。

表3 噴霧降塵相關文獻匯總表

3.4 無動力除塵

無動力除塵技術根據空氣動力學與能量守恒原理，使粉塵在密閉通道中多路有效循環，能量衰竭后落回皮帶完成除塵工作，具有節省空間、能源、維護運行費用的優點，是未來節能除塵產品的發展方向。荊德吉等[21]設計了由落料管、閉環回旋降塵腔、導料槽、可調節揚塵簾構成的閉環回旋控塵系統，無需任何動力即可使降塵效率達到88%以上。張江石等[22]提出采用無動力除塵技術改造現有帶式輸煤系統，有效降低作業空間內粉塵濃度。

4 結論與展望

國內外學者在皮帶輸運過程產塵機理、粉塵分布影響因素及粉塵治理技術方面有一定的研究基礎，為粉塵治理工作提供了新思路新方法，但目前仍存在一些不足，未來應在現有研究基礎上針對以下幾個方面進行更加深入與全面的研究。

（1）現有研究皮帶輸運物料多為常溫干物料，對于高溫、高濕物料的轉運揚塵鮮有述及，多相流耦合作用下的粉塵或污染物運移規律，需要更加深入地研究；物料散熱散濕嚴重時霧氣彌漫，使流場更加復雜，針對粉塵源的控制不再是某個局部位置，而應該著眼于整體控制。

（2）加強對粉塵逸散機理的基礎研究，目前所做研究主要為常溫環境中的粉塵運移規律及其影響因素，未考慮空氣溫度和濕度的影響，井下輸煤巷道空氣濕度較高，在研究此類環境中粉塵擴散規律及影響因素時可嘗試將溫濕度考慮在內。

（3）部分皮帶轉運巷道存在空間有限的實際情況，不宜對其進行溜槽、導料槽等結構方面的改進，受潮易變質物料不能采取噴霧降塵等措施，需要在通風氣流組織方面做更多研究，以滿足現有工程的實際需求。