BD 皮帶機(jī)揚(yáng)塵、污泥綜合治理及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李庭鵬

（河北港口集團(tuán)秦皇島港股份有限公司第七港務(wù)分公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

原BD 線皮帶機(jī)輸送皮帶在通過頭部滾筒處的一級和二級清掃器后，皮帶表面還會(huì)粘附著一定量的煤泥，造成回程皮帶下方沿途大量污染，且皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)過滾筒時(shí)易形成大面積揚(yáng)塵，對機(jī)容機(jī)貌和緊鄰的堆東路環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。因此，本項(xiàng)目在BD 頭部機(jī)架東擴(kuò)的基礎(chǔ)上，利用機(jī)架結(jié)構(gòu)在承載皮帶上部增設(shè)降塵噴淋裝置，在回程皮帶下方增設(shè)洗帶裝置，同時(shí)在皮帶機(jī)架兩側(cè)安裝兩套沖洗卷盤，在皮帶機(jī)頭部機(jī)架側(cè)方安裝一套泵站及相應(yīng)管路為噴淋裝置、水刀供水。在皮帶頭部除塵裝置的供水源選擇上，由于煤四期及擴(kuò)容堆場東側(cè)無中壓供水管線，使用水槽也不能保證冬季運(yùn)行，新增中壓管路或水槽加裝伴熱都需要其他設(shè)備的擴(kuò)容，使用過程也會(huì)大幅增加能耗，大大提高了使用成本。經(jīng)過考慮，使用噴槍高壓管道供水是一個(gè)經(jīng)濟(jì)靈活的選擇。為避免對灑水過程產(chǎn)生影響，設(shè)計(jì)一套自動(dòng)控制系統(tǒng)，使堆場灑水系統(tǒng)和BD 線頭部除塵裝置補(bǔ)水進(jìn)行合理聯(lián)動(dòng)，保證雙方設(shè)備的可靠工作。

1 BD 皮帶機(jī)揚(yáng)塵、污泥綜合治理及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1 設(shè)計(jì)集料池，皮帶機(jī)頭部機(jī)架東擴(kuò)與滾筒東移

在皮帶機(jī)頭部壩基前方設(shè)置集料池，將周圍物料集中于積料池內(nèi)。由于壩基基礎(chǔ)不能改變等原因，集料池邊緣與原皮帶機(jī)頭部滾筒距離較遠(yuǎn)（約2 m），皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)過一級清掃器后，清理下來的物料不能直接落入集料池，而是落在皮帶機(jī)頭部壩基上，形成周圍環(huán)境二次污染，需要人工隨時(shí)清理。另外，原機(jī)架下方空間較小，無法安裝洗帶裝置。通過對頭部機(jī)架重新設(shè)計(jì)制作，增加地腳螺栓固定，使機(jī)架尺寸東擴(kuò)增大，實(shí)現(xiàn)頭部滾筒東移至集料池上方，使得一級清掃器清理的物料可直接落入集料池，避免二次污染，減少人工清理，同時(shí)增大回程皮帶下方空間滿足安裝洗帶裝置條件。

1.2 集成泵站水箱、洗帶裝置及灑水噴淋裝置設(shè)計(jì)

（1）集成泵站水箱。為實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)頭部抑塵、清洗等環(huán)保功能，在皮帶機(jī)頭部機(jī)架側(cè)方寬闊位置安裝一套泵站設(shè)備間，鋪設(shè)相應(yīng)管路為灑水噴淋裝置、洗帶裝置水刀及沖洗管路供水，泵站帶保溫措施，泵站外所有管路做保溫伴熱，泵站內(nèi)包含一個(gè)水箱、一臺立式泵、兩臺過濾器、一臺空調(diào)、一個(gè)電控箱、一個(gè)減壓閥、一個(gè)流量計(jì)以及相應(yīng)管路控制閥門。由BD 沿線噴槍站引出管路實(shí)現(xiàn)可為泵站水箱持續(xù)供水，同時(shí)為地面沖洗卷盤供水。泵站主要為皮帶機(jī)洗帶裝置和噴淋裝置提供水源。由于洗帶裝置和噴淋裝置灑水噴頭壓力要求不低于4 MPa，而洗帶裝置和噴淋裝置一般隨設(shè)備流程同時(shí)起停，兩個(gè)裝置噴頭流量之和為0.4 t/h，進(jìn)行泵選型時(shí)需考慮以上因素。

（2）洗帶裝置、噴淋裝置布置與管路設(shè)計(jì)。洗帶裝置由一組水刀和3 道清掃器組成，其中前兩道清掃器主要清物料，最后一道清掃器主要清水。水刀分支設(shè)4～5 組向上清洗的噴頭，水刀噴嘴距皮帶約50 mm，在管路壓力約4 MPa 時(shí)噴頭必須能夠有效覆蓋皮帶并形成足夠噴射壓力，以達(dá)到對皮帶清洗的目的。頭部噴淋管路布置在機(jī)架后端皮帶上方，設(shè)有5 組霧化噴頭（在管路壓力約4 MPa 時(shí)噴頭可有效覆蓋整個(gè)BD 皮帶機(jī)皮帶寬度），可以將皮帶充分淋濕，從而達(dá)到作業(yè)抑塵的目的。為滿足冬季現(xiàn)場低溫使用要求，所有泵站外供水管路（水箱上水管路，機(jī)架頭部霧化噴淋及水刀，沖洗卷盤）加設(shè)保溫伴熱，相關(guān)水路控制閥件（如電動(dòng)閥、手動(dòng)閥、過濾器等集成安裝于泵站內(nèi)），由空調(diào)保證泵站內(nèi)溫度，泵站外部加設(shè)保溫層，避免冬季凍結(jié)失效。

1.3 回程皮帶下方收料槽設(shè)計(jì)

回程皮帶上的物料主要集中在清掃器下方位置，由于原水泥地面坡度較小，在洗帶裝置清掃時(shí)物料無法自動(dòng)回流到集料池中，同時(shí)由于冬季物料會(huì)在地面凍結(jié)、無法清理，因此需要一個(gè)收料槽將清理下的物料及水收集起來，通過強(qiáng)沖噴頭噴水將物料沖洗至集料池。強(qiáng)沖噴頭管路與沖洗卷盤管路共用水源，通過電動(dòng)閥控制強(qiáng)沖噴頭定時(shí)開閉。收料槽上表面還需具有伴熱功能，保證物料及水在其上不凍結(jié)，能夠滿足冬季使用（圖1）。

圖1 收料槽布置

1.4 泵站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

信號通信與控制，由于泵站水箱的水源，來自于水部噴槍站上水管路，因此在上水控制中將現(xiàn)場信號/數(shù)據(jù)等信息與水部PLC 進(jìn)行通信。同時(shí)，由于裝置安裝位置所限，配電箱中沒有硬線或者光纖能聯(lián)通至SS8 變電所，這就導(dǎo)致系統(tǒng)中設(shè)備狀態(tài)與故障反饋無法及時(shí)傳到SS8 變電所的PLC。

為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目效果，滿足現(xiàn)場控制要求，采用與噴槍同型號額Modbus 現(xiàn)場總線技術(shù)的I/O 模塊接入堆場灑水系統(tǒng)并組態(tài)連接。對其進(jìn)行Modbus 地址映射以一個(gè)一維數(shù)組的形式讀入PLC 中供PLC 讀寫。并以水部PLC 作為中轉(zhuǎn)站，通過LOGIX5000 軟件中message 指令，實(shí)現(xiàn)洗帶裝置配電箱、水部PLC、SS8PLC 三方面的通信：水部PLC 將現(xiàn)場設(shè)備的“水泵故障”“水位低”“合閘信號”等信號（B25 數(shù)組）傳入SS8 變電所PLC，再將其與BD3 皮帶機(jī)的3 臺電機(jī)運(yùn)行信號結(jié)合輸出至水部的（BD BEGIN 0.0），將信號返回至水部PLC，通過其輸出至泵站配電箱，進(jìn)而啟動(dòng)灑水控制。同時(shí)，水部噴槍站也可結(jié)合水箱水位信號等條件，判斷何時(shí)打開上水閥門、為設(shè)備供水。

2 技術(shù)創(chuàng)新

（1）皮帶機(jī)頭部洗帶噴淋系統(tǒng)與堆東路污水集料池系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮兩套系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)堆東路整體環(huán)境改善。

（2）設(shè)計(jì)應(yīng)用的新型集成泵站水箱系統(tǒng)，將水箱、加壓泵、控制部件、電控箱等關(guān)鍵部件集成布置于密閉式整體式站體內(nèi)。其特點(diǎn)有：為噴淋和洗帶裝置可靠供水和實(shí)現(xiàn)集成控制，最大限度減小現(xiàn)場煤水、粉塵的影響；空間科學(xué)緊湊，整體造型美觀使用；內(nèi)置空調(diào)設(shè)備，防凍、防高溫，外置管路帶保溫伴熱，滿足冬季使用；既有效改善控制元件的使用工況，顯著延長使用壽命，又方便檢修。

（3）BD 頭部回程皮帶下方安裝一套整體伴熱式接料槽，有效解決物料冬季低溫工況下凍結(jié)無法清理的難題，且后期拆裝維護(hù)較為便利。不僅實(shí)現(xiàn)了對物料的自動(dòng)收集與清理，還可以保障整個(gè)系統(tǒng)在冬季低溫環(huán)境下的使用效果。

（4）利用附近堆場噴槍站高壓管道取水并設(shè)計(jì)減壓供水方案，解決了堆場東側(cè)無中壓供水管線，水槽不能保證除塵裝置的冬季運(yùn)行問題，使該項(xiàng)目取水成本低，穩(wěn)定性高。

（5）設(shè)計(jì)了堆場噴槍灑水和泵站補(bǔ)水聯(lián)動(dòng)功能。自動(dòng)供水模式隨噴槍自動(dòng)灑水進(jìn)程動(dòng)態(tài)開關(guān)皮帶頭部噴淋水箱供水。堆場垛位有6 桿槍的小垛位，也有8 桿槍的大垛位，噴槍自動(dòng)灑水時(shí)對應(yīng)垛位的噴槍會(huì)全部開啟。自動(dòng)模式下會(huì)利用小垛位噴槍灑水時(shí)為水箱補(bǔ)水，以保持管道壓力和流量的穩(wěn)定。

3 經(jīng)濟(jì)效益

3.1 現(xiàn)場物料清理費(fèi)用

BD 皮帶機(jī)有1000 多米的長皮帶，濕粘煤的沿程甩帶情況比較突出，在未有效隔離的情況下需投入大量人力進(jìn)行人工清理和流機(jī)倒運(yùn)。改造后，物料甩帶被集中系統(tǒng)收集，沿線甩帶量大大減少，同時(shí)無需出動(dòng)流機(jī)，每日可減少用工10人、流機(jī)5 臺。

按照人工費(fèi)用300 元/（日·人）、流機(jī)費(fèi)用240 元/（小時(shí)·臺）計(jì)算，改造后年均可節(jié)約物料人工清理費(fèi)10×300×365=109.5 萬元、物料流機(jī)清理費(fèi)5×240×8×365=350.4 萬元，合計(jì)459.9 萬元。

3.2 回程滾筒、托輥更換費(fèi)用

（1）改進(jìn)前，由于回程物料、煤泥甩帶嚴(yán)重，回程滾筒膠面和平托輥筒皮磨損嚴(yán)重、使用壽命短，年均滾筒膠面維修數(shù)量約5 個(gè)，年均回程平托輥筒皮磨損失效更換數(shù)量約200 根。

（2）改造后，回程皮帶粘附物料及煤泥得到有效清理和回收，回程滾筒膠面和平托輥筒皮使用壽命大幅提高。年均滾筒膠面維修數(shù)量約1 個(gè)，年均回程平托輥因筒皮磨損失效更換數(shù)量約20根。

回程改向滾筒包膠、筒皮維修及更換費(fèi)用約8.0 萬元/根，回程平托輥采購及更換費(fèi)用約0.15 萬元/根，則年節(jié)約回程滾筒、托輥更換費(fèi)用為（5-1）×8+（200-20）×0.15=59.0 萬元。

3.3 新增利潤

（1）改造總體投入費(fèi)用150.0 萬元，綜合使用壽命5 年計(jì)算，則年改造成本為30.0 萬元。

（2）裝卸費(fèi)綜合利潤為20 元/噸。系統(tǒng)運(yùn)行臺時(shí)產(chǎn)量由4000 t/h 提升至4085 t/h（改造后輸送帶回程物料及煤泥甩帶得到有效控制，減少停機(jī)清理時(shí)間，滾筒及平托輥的運(yùn)行故障率顯著下降，運(yùn)行效率得到有效提升）。在現(xiàn)有系統(tǒng)利用率為53 %的情況下，每年可新增煤炭吞吐量（4085-4000）×365×24×53%=39.5 萬噸，則年新增利潤39.5×20-30.0=760.0萬元。

綜上所述，合計(jì)年節(jié)支費(fèi)用約459.9+59.0=518.9 萬元，新增利潤760.0 萬元，該成果每年可為公司年創(chuàng)造效益1278.9 萬元。

4 應(yīng)用及效果

該項(xiàng)目現(xiàn)已在BD 皮帶機(jī)作業(yè)頭部投入使用，能夠有效減少設(shè)備運(yùn)行時(shí)頭部起塵現(xiàn)象，改善周圍環(huán)境。項(xiàng)目實(shí)施后，明顯減少人工清理皮帶機(jī)頭部積煤的頻率與成本，以及積煤對設(shè)備影響、停機(jī)時(shí)間等，同時(shí)降低人員清理工作的安全風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)束語

秦皇島港股份有限公司煤四期翻堆煤炭過程中，堆料機(jī)尤為重要，此項(xiàng)目的實(shí)施從根本上解決了帶式輸送機(jī)回程皮帶的物料甩帶和運(yùn)行起塵問題，顯著改善回程皮帶的運(yùn)行穩(wěn)定性，有效改善回程區(qū)域與皮帶工作面接觸的改向滾筒包膠、平托輥筒皮與物料間的帶料磨損，明顯延長運(yùn)行壽命，實(shí)現(xiàn)了頭部滾筒濕粘物料封閉、定點(diǎn)收集，治理效果良好。