輸煤港口皮帶機回程洗帶系統設計與應用

張宏生

（河北港口集團港口機械有限公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

皮帶機作為一種機械輸送設備，在港口碼頭中發揮了重要的作用。但是皮帶機在運轉過程中也會帶來一些問題，皮帶機回程帶煤灑落會造成環境污染，現有清掃設備無法滿足當前形勢下的環保要求，設計優化新的皮帶機洗帶裝置顯得極為緊迫與必要。因此本文設計了新型、有效的皮帶機洗帶裝置。

1 輸煤港口皮帶機回程洗帶系統研究背景

輸煤港口皮帶機回程帶煤對環境造成污染的問題越來越突出，主要表現在以下3個方面：1）皮帶機在回程帶煤嚴重。原有清掃器裝置清理不徹底，導致回程沿線灑落大量煤片，且皮帶機距離長、范圍廣，清理極其困難，嚴重影響周圍環境。2）分叉漏斗結構的皮帶機污水漫流（如圖1）。如BC3對應BM6皮帶作業，污水會下落到BM5側，若BM5皮帶不作業，導料槽就會積聚大量煤污水，最終漫流至地面，污染環境。3）冬季設備結冰。冬季清掃器運行時，刮下的煤料流動性較差，會逐漸黏附在清掃器刀片上或正下方，低溫導致其逐漸上凍，難以清理，最終形成凍坨甚至頂皮帶，形成嚴重的安全隱患。

圖1 分叉漏斗皮帶機結構的污水漫流情況

2 輸煤港口皮帶機回程洗帶系統主要結構組成及工作原理

輸煤港口皮帶機回程洗帶系統主要由洗帶裝置整體結構、洗帶噴水管路、阻水箱、清掃器、煤污水收集排放裝置和電控裝置等部分構成。

輸煤港口皮帶機輸送帶物料經拋料滾筒拋出后，輸送帶上會黏附一定量的黏附物，經過第一道聚氨酯清掃器除去大部分物質，然后經過清洗裝置，利用水流沖刷掉部分雜質，同時水霧可軟化輸送帶表面的雜質，為后續第二道、第三道清掃器除煤泥創造有利條件。經水流沖刷和第二道、第三道清掃器清掃后，回程帶面黏附物能被去除95%以上[1]，煤污水經過收集裝置處理后，通過煤污水排放裝置返回漏斗溜筒，實現煤污水零排放。

3 輸煤港口皮帶機回程洗帶系統技術方案

3.1 清掃器裝置材質、安裝位置及作用

圖2 輸煤港口皮帶機回程洗帶系統示意圖

1）第一道清掃器是聚氨酯清掃器，安裝于拋料滾筒前方，材質柔軟，能夠防止尖銳物對皮帶的損害，其主要作用是將皮帶回程大部分黏附物質去除。第一道聚氨酯清掃器，使用一段時間后刀尖磨損，刀片與皮帶會形成6～10 cm寬的貼合面，大顆粒煤塊會被其刮除。但小顆粒煤粉塵經過貼合面與皮帶擠壓，導致煤粉塵與皮帶粘得更加牢固，不利于后續沖洗和刮除。通過調研分析，合理調整頭道清掃器的張緊力，例如張緊彈簧長度調至12 cm，使刀片與皮帶輕度壓緊，能夠保證清除大顆粒煤塊即可，這樣有利于提高洗帶效果。

2）第二道和第三道清掃器分別是合金、聚氨酯除水清掃器，作用是對皮帶上水、煤泥等黏附物進行清掃，清掃物落于煤污水收集裝置中，最后通過煤污水排放裝置回到漏斗溜筒內，避免了清掃物的二次污染。為了保證清掃器效果，在第二道和第三道清掃器上方安裝反壓托輥，確保清掃器與輸送帶的緊密接觸。

3.2 清洗裝置

清洗裝置安裝于第一道清掃器和第二道清掃器之間回程皮帶下方，主要作用是對回程皮帶進行清洗，通過合理調整水流大小，保證既滿足清掃皮帶黏附煤塵的作用，同時避免水流溢出影響周圍環境。灑水裝置通過電磁閥接入皮帶機PLC控制系統，和皮帶機啟停形成電氣連鎖，同時安裝手動截門可調節灑水量大小。

如圖3所示，洗帶灑水管設置為9個噴嘴，噴嘴與皮帶距離為200 mm，與皮帶運行方向夾角為75°，保證了噴嘴噴水扇面對皮帶寬度的全部覆蓋，而且相鄰扇面間還有交叉區域，設置噴嘴傾斜方向與皮帶運行方向相反，提高皮帶面與水流的相對速度，噴嘴噴出的水霧對帶面沖擊力較強，能夠沖洗掉皮帶上面的黏附物。

圖3 洗帶裝置噴嘴示意圖

洗帶裝置灑水量控制，通過現場逐步調整灑水量大小，并跟蹤洗帶效果，實驗表明每萬噸煤灑水量在4～5 t時較為合理，效果最佳。按照每萬噸煤灑水量為4～5 t計算，煤炭增加外含水為0.4‰～0.5‰，相對翻車機底層灑水增加外含水7‰考慮[2]，洗帶裝置灑水量增加的煤炭外含水可以忽略。

3.3 防水霧裝置

如圖4所示，為了解決噴嘴噴水造成的水霧逸散現象，設計了專門的阻水箱對其進行限制，阻水箱上方周邊鑲嵌橡膠擋簾，左右焊接角鋼滑道，在現場相應位置安裝角鋼滑道后，將阻水箱直接向內插裝即可[3]，這樣就可以將水霧嚴密封堵，杜絕逸散。阻水箱裝置主要解決了灑水、水汽的濺出，并將清掃器清掃產生的煤塵、污水按照設定方向引流到回煤溜筒、集水箱。

圖4 阻水箱示意圖

3.4 煤污水有序排放方案

為解決清掃器清掃產生的煤泥、污水自動返回皮帶，且不影響現場環境，設計煤污水自動返回裝置及控制系統。

如圖5所示，集水箱由箱體、泥漿泵、攪拌沖洗管、電動機、高低水位開關、排污管構成。煤污水自動返回裝置及控制系統功能主要是清掃器清掃下來的煤泥、煤污水水嘴密封箱導流至接料漏斗，通過接料漏斗進入集水箱，集水箱內部水位到達高水位，皮帶機啟動狀態下，泥漿泵工作，一方面將煤污水通過排污管排入主溜筒，另一方面通過攪拌沖洗管實現集水箱內部煤泥和污水的攪拌，使煤泥能夠通過泥漿泵排出。同時攪拌沖洗管能夠手動調節排水量，實現污水管壓力的調節，防止污水返回主溜筒時的壓力過大，導致污水濺出。水箱內安裝排污泵，將污水返回到主溜筒，回水管自翻板上方進入主溜筒，無論翻板導向哪一側，污水都將與煤料混合落入下游皮帶。

圖5 煤污水收集排放裝置示意圖

實施過程中，最開始選用普通排污泵，功率為0.75 kW，流量為10 m3/h，總體功率較低，只能設置單管線排污，無法安裝分支管路對箱體內泥漿進行攪渾。這樣導致箱體內泥漿不斷沉積，煤泥將下限位開關埋上，水位到達上限位后，水泵將持續工作直至流程停機，一般啟泵5 min即可，作業1列車需要約80 min，水泵長期空轉，而且淤積的煤泥一旦埋上排污泵，會導致其過載損毀。鑒于這種情況，最終選定了離心式泥漿泵[4]，其功率為3 kW，流量為40～50 m3/h，在向上排污的同時，其還能夠安裝分支管路對底層泥漿進行沖洗、混攪，避免沉淀。

現場實驗表明，煤污水自動返回裝置能夠實現煤泥、煤污水的收集及自動返回導料槽主溜筒，實現了煤污水自動排放。

3.5 冬季防凍方案

冬季存在的主要問題有：鋼結構結冰、落料溜筒凍住，導致料溜筒堵塞、冬季無低壓水及保溫措施、接料溜筒、水箱無保溫、清掃器結冰和落煤凍住等。

為了解決冬季用水防凍問題，洗帶裝置的防凍解決方案如下：1）保證冬季供水，供水管路安裝電伴熱及保溫材料；2）安裝泄水閥和氧氣吹空系統，防止灑水管路及噴嘴結冰，其結構如圖6所示[5]，安裝時水管泄水閥側相對于另一側低3 cm，便于水管中的水自然排出，其主要功能是當皮帶機停止作業后，泄水閥自動打開，60 s之后啟用氧氣吹空5 s，實現水管中的水全部排出，防止低溫結冰。

圖6 現場管路安裝示意圖

3.6 電氣控制原理

通過遠程站信號采集來實現洗帶裝置的自動控制[6]，實現隨著皮帶機的啟停開啟灑水、高水位控制污水泵兩大核心功能，同時電伴熱的低溫報警系統也能實時發現問題。

回程洗帶系統電氣控制原理如圖7所示。洗帶灑水電磁閥根據皮帶機系統的啟停串聯開啟關閉，當皮帶機有啟動信號且皮帶秤流量超過1000 t/h，洗帶系統灑水開啟，否則關閉；高、低水位開關與泥漿泵控制污水排放，當觸發污水泵高水位時，泥漿泵啟動排污，直至觸發低水位時泥漿泵自動關閉；氧氣吹掃電磁閥，當皮帶機運行信號停止后60 s，自動開啟氧氣吹掃5 s，然后自動關閉；冬季熱吹風投運時，為防止熱吹風造成水霧飛濺，當灑水閥開啟時，熱吹風停止工作，而當灑水關閉時，熱吹風一直處于開啟狀態，保障洗帶系統的整體溫度。

圖7 回程洗帶系統電氣控制原理圖

4 輸煤港口皮帶機回程洗帶系統運行費用核算

為了核算回程洗帶系統運行過程中的運行費用，統計了一段時間的數據進行核算分析。

1）水費用核算。洗帶裝置有9個噴嘴，總用水量為79.688 t，作業總量為201 815 t，洗帶裝置萬噸煤的用水量為79.688÷201815×10000=3.02 t。按照每條卸車流程需要2個洗帶裝置計算，卸車時萬噸煤灑水量為3.02×2=6.04 t；按照每條裝船流程需要2個洗帶裝置計算，裝船時萬噸煤灑水量為3.02×2=6.04 t；因此萬噸煤洗帶裝置總計用水量=卸車+裝船=6.04+6.04=12.08 t。按照每噸水價格為5 元計算，裝卸每萬噸煤的洗帶裝置水費用為60.4 元。

圖8 遠程控制站

2）電費用核算。集水箱高低水位開關的距離為0.4 m，長、寬分別為2.0、1.5 m，其體積為1.5×2×0.4=1.2 m3，現場實驗，集水箱從高水位啟動到低水位停止需要15 min，可得出泥漿泵排污速度為1.2÷15×60=4.8 t/h。綜上，洗帶裝置萬噸煤排污泵運行時間為3.02÷4.8=0.63 h，泥漿泵功率為1.5 kW，不考慮啟動功率較大情況下，洗帶裝置萬噸煤排污泵耗電為0.63×1.5=0.945 kW·h。按照每萬噸煤“卸車-裝船”需要4個洗帶裝置計算，萬噸煤耗電量為0.945×4=3.78 kW·h。為保證箱體內溫度，在冬季需要運行熱吹風及加熱棒等裝置，其總功率為15 kW，運行時間按照3個月計算?？偤碾娏繛?5×24×90=32400 kW·h，單條皮帶全年作業總量約為730 萬t，合計萬噸煤耗電量為32400÷730=44.4 kW·h，按照整條流程4個洗帶裝置計算，萬噸煤耗電量為44.4×4=177.6 kW·h。按照工業用電每度電0.7元計算，“卸車-裝船”萬噸煤耗電量為（3.78+177.6）×0.7=127 元。

因此，“卸車-裝船”萬噸煤費用=水費+電費=60.4+127=187.4 元?？梢钥闯觯咳f噸煤洗帶裝置的運行成本僅為187.4 元，運行成本非常低，具有極高的推廣使用價值。

5 輸煤港口皮帶機回程洗帶系統應用價值

皮帶機回程洗帶系統解決了一直以來困擾業界的皮帶機回程帶煤造成沿線污染的環保難題。皮帶機回程帶煤造成沿線灑漏煤一直是環保治理的難題，需要人工不斷地清理且效果不佳，此外高架皮帶往往成為清掃盲區，極大影響了清潔生產效果，回程洗帶系統的投入從根本上解決了此問題。

該皮帶機洗帶系統集洗帶、清掃、烘干、保溫和排污等功能于一體，通過將清掃器刮除的煤污水導入專門的集水箱，再由泥漿泵將污水抽取返回到主溜筒，徹底解決了下游皮帶積煤、積水問題，做到了零排放。為保障冬季正常運行，該裝置配套設計了電伴熱保溫等措施，杜絕了冬季噴嘴結冰的可能。該洗帶裝置將洗帶、封堵、導引、除水、排污等裝置合為一體，提供了一套可普遍適用的模塊化解決方案，可大幅降低清煤人員勞動強度，降低用工成本，且制作成本及運行成本較低，具有極強的推廣應用價值。

6 結語

該皮帶機洗帶系統已經在秦皇島港投入使用，通過與未安裝回程洗帶系統對比發現，使用該洗帶系統回程落煤量減少了98.7%。通過設計該系統，從根本上解決了輸煤港口皮帶機回程帶煤的環保難題及煤污水的有序排放問題，極大提高了輸煤港區的粉塵治理水平，為建設綠色生態港口打下堅實基礎。