港口待卸運煤敞車噴淋技術

竇曉旭

秦皇島港股份有限公司第六港務分公司

1 引言

現(xiàn)階段我國北煤南運的主要運輸方式是采用鐵路敞車運輸至北方港口，通過翻車機翻卸后堆存至港口堆場或筒倉，后裝船運至南方各大燃煤電廠。翻卸作業(yè)時易產(chǎn)生較大揚塵，翻車機房在沒有除塵設備的情況下粉塵污染相當嚴重。目前通過干霧抑塵、干式除塵2套系統(tǒng)的組合，基本上可以解決翻車機房內(nèi)大部分揚塵，但受限于干霧抑塵的作用區(qū)間，在翻卸煤炭初始階段運煤敞車內(nèi)煤炭擾動造成的揚塵無法進行有效抑制，只能排放到大氣中。故通過在待卸運煤敞車內(nèi)煤炭表面進行灑水噴淋，解決煤炭翻卸初始階段的揚塵問題。

2 翻車機房抑塵技術現(xiàn)狀

目前，港口翻車機系統(tǒng)廣泛使用的抑塵技術主要有干式除塵系統(tǒng)、干霧抑塵系統(tǒng)。干式除塵系統(tǒng)將含煤粉的空氣吸入除塵設備，經(jīng)過布袋過濾后將潔凈空氣排入大氣中，但對于無組織排放的煤塵效果較差，同時設備運行噪聲較大，布袋更換時會造成二次污染，因此大部分翻車機都采用濕式除塵系統(tǒng)，以干霧抑塵系統(tǒng)為主。

干霧抑塵系統(tǒng)的原理是利用干霧噴霧器產(chǎn)生的微細水霧顆粒與粉塵顆粒相互粘結、聚結增大，并在自身重力的作用下沉降。但那些最細小的粉塵只有當水滴很小(如干霧)或加入化學劑(如表面活性劑)以減小水的表面張力時才會聚結成團，如果水霧顆粒直徑大于粉塵顆粒，那么粉塵僅僅跟隨水霧顆粒周圍的氣流運動，水霧顆粒和粉塵顆粒接觸很少或者根本沒有機會接觸，從而達不到抑塵作用。如果水霧顆粒和粉塵顆粒大小接近，粉塵顆粒隨氣流運動時就會與水霧顆粒碰撞、接觸而粘結在一起。翻車機在作業(yè)時，由于落料會產(chǎn)生大量粉塵，當翻車機翻轉到一定角度時，噴霧系統(tǒng)開始噴霧，形成霧池，讓水霧與空氣中的粉塵顆粒相互粘結、聚結增大，形成粉塵和水霧的團聚物，受重力作用而沉降，從而實現(xiàn)抑塵。干霧系統(tǒng)霧化水霧顆粒直徑約為1～10 μm，霧化程度高，霧粒細小，在抑制大小5 μm以下的可吸入浮塵方面有明顯的優(yōu)勢。

3 翻卸初始階段揚塵成因分析

受轉子式翻車機及敞車車廂結構限制，翻車機翻轉大約35°時煤炭才會從脫離車廂進入翻車機下方漏斗中，在0°～35°范圍內(nèi)翻車機干霧抑塵系統(tǒng)、干式除塵系統(tǒng)無法介入進行抑塵作業(yè)，遇到含水率較低的煤種時會產(chǎn)生揚塵排放到翻車機房的空氣中，長時間沉降后會在設備、地面形成一層粉塵層。

目前煤炭運輸途中的敞車揚塵防治是在敞車內(nèi)煤炭表面噴淋粘結性抑塵劑，抑塵劑會在煤炭表面形成厚度在15～20 mm的固化層[1]，固化層在列車行駛過程中受列車顛簸震蕩，可能會產(chǎn)生裂紋但不會剝離，這樣可基本上解決運煤列車揚塵污染問題。

在港口翻車機接卸到港煤炭時，涉及煤種較多，煤炭煤質各不相同，雖然抑塵劑具有一定的保水性，但在長時間途運輸仍會造成表層煤炭水分損失，翻卸時固化層破潰，煤粉擾動造成揚塵。

4 待卸運煤敞車噴淋系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

4.1 水源的選擇

翻車機房共有兩種水源，一種為用于干霧抑塵的自來水，壓力為0.07 MPa左右；一種為用于沖洗、消防的中水，壓力為0.6 MPa左右。考慮需要大流量水源，且中水價格相對便宜，故選取由泵房提供的0.6 MPa壓力的中水作為水源，且不需要再增加吸水泵、管道泵等增壓裝置。

4.2 管路安裝及噴淋機構設計

目前已知的運煤敞車噴灑裝置為抑塵劑噴灑站的抑塵劑噴灑裝置[2]。該裝置由儲罐、出料泵、過濾器、噴灑器等裝置組成，噴灑器由電磁閥、噴灑升降機構、保護套等組成。該裝置可控制噴灑器升降使鐵路機車通過，但升降機構對于電氣化鐵路路段并不適用。考慮到電氣化鐵路高壓線的安全距離、噴淋機構對機車車頭影響和設備維護的簡便性，最終選定在翻車機房內(nèi)布置安裝噴淋系統(tǒng)。

噴淋裝置由噴淋箱和一組15°扇形噴頭組成。噴淋箱自帶保溫伴熱接口，可以滿足冬季使用。定型后的噴淋系統(tǒng)由水源、手動法蘭蝶閥、流量計、電動閥、電磁閥、噴淋箱、噴頭等組成(見圖1)。

1.手動蝶閥 2.流量計 3.電動閥 4.電磁閥 5.噴淋箱 6.扇形噴嘴圖1 噴淋系統(tǒng)示意圖

4.3 電控系統(tǒng)設計

本項目翻車機為三車翻車機，翻車機每個循環(huán)自動向前頂送3節(jié)車皮，每個循環(huán)噴淋系統(tǒng)均需要經(jīng)過2次車皮鉤檔，經(jīng)過車皮鉤檔時需要控制停止噴淋作業(yè)。

結合現(xiàn)場實際，利用變電所PC室的S7-400 PLC控制灑水電磁閥、電動閥動作，進而控制噴淋噴頭的開閉與流量，控制原理圖見圖2。

圖2 待卸運煤敞車灑水電控系統(tǒng)原理圖

待卸運煤敞車噴淋系統(tǒng)控制系統(tǒng)有如下特點：

(1)為避免水灑落到列車鉤檔，利用漫反射式光電開關和定位車行走編碼器位置控制灑水電磁閥的啟停。

(2)因定位車牽引重車前進過程中速度是變化的，本項目將定位車速度與灑水流量聯(lián)鎖，定位車速度大時灑水流量大，定位車牽引重車從減速限位至停止限位過程中，灑水流量較小，實現(xiàn)對待卸煤表層的均勻灑水。

(3)噴淋系統(tǒng)電磁閥自動啟動條件為：定位車處于前進狀態(tài)，定位車主臂伸出到位或輔臂伸出到位，定位車前進速度為一特定值，待卸車皮數(shù)大于3節(jié)，定位車行走至灑水位置(由編碼器、光電開關控制)。

5 結語

待卸運煤敞車噴淋系統(tǒng)投入使用后，降塵效果明顯，系統(tǒng)能夠有效減少空氣中細微揚塵，保持翻車機房空氣干凈。待卸運煤敞車噴淋系統(tǒng)與翻車機原有干霧抑塵系統(tǒng)共同作用，能夠解決翻車機房煤塵無組織排放問題。