中國電建集團(tuán)長春發(fā)電設(shè)備有限公司 長春 130033

0 引言

臂式斗輪堆取料機(jī)（以下簡稱斗輪機(jī)）作為目前應(yīng)用廣泛的散狀物料裝卸設(shè)備，其作業(yè)過程易揚(yáng)塵、污染環(huán)境，已成為制約該設(shè)備發(fā)展及推廣的行業(yè)難題。采用降塵系統(tǒng)使其滿足環(huán)保要求是解決該難題的有效手段。故針對(duì)斗輪機(jī)降塵系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新一直是行業(yè)的研究熱點(diǎn)。近年來，隨著國內(nèi)環(huán)保政策要求越來越嚴(yán)格，斗輪機(jī)所在料場(chǎng)封閉管理已發(fā)展為新常態(tài)[1,2]。環(huán)保政策的要求以及使用環(huán)境的多樣化，促使斗輪機(jī)除塵系統(tǒng)亟須技術(shù)創(chuàng)新、提質(zhì)增效。原有單一的灑水噴淋系統(tǒng)已不能滿足市場(chǎng)發(fā)展的新需求，必將逐步被新的降塵系統(tǒng)所取代。隨著干霧降塵技術(shù)的發(fā)展和普及，其在斗輪機(jī)設(shè)備上被逐漸應(yīng)用和推廣[3]，但非斗輪機(jī)廠家生產(chǎn)的干霧降塵系統(tǒng)對(duì)斗輪機(jī)工況了解不深，實(shí)際使用中存在諸多問題[4]。因此，對(duì)現(xiàn)有斗輪機(jī)干霧降塵系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 現(xiàn)有斗輪機(jī)降塵系統(tǒng)問題分析

斗輪機(jī)目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到國民生產(chǎn)的多個(gè)領(lǐng)域，所輸送的散狀物料包括煤炭、鐵礦石、焦炭、球團(tuán)礦等多種物料。作為最常用的散料輸送設(shè)備，其降塵系統(tǒng)在一些行業(yè)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(tǒng)噴水較多，導(dǎo)致燃煤等親水性物料含水率增加，易產(chǎn)生粘結(jié)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(tǒng)已經(jīng)無法滿足市場(chǎng)要求。采用干霧降塵系統(tǒng)作為斗輪機(jī)環(huán)保降塵方式正逐漸普及，但目前斗輪機(jī)干霧降塵系統(tǒng)應(yīng)用還不是很成熟。由于斗輪機(jī)干霧降塵系統(tǒng)一般由相關(guān)配套廠家供貨，除塵系統(tǒng)廠家對(duì)斗輪機(jī)工況不十分了解，經(jīng)常出現(xiàn)降塵裝置位置布置不合理；缺少對(duì)各產(chǎn)塵點(diǎn)的在不同工況下產(chǎn)塵量及噴霧面積的深入了解，對(duì)不同機(jī)型、不同工況下的降塵方式難以掌控，噴霧方式設(shè)置單一，無法有效的降塵；缺少智能化控制，監(jiān)測(cè)手段單一，無法了解噴霧狀態(tài)及重要部件運(yùn)行狀況，須采用手動(dòng)模式控制噴霧；受季節(jié)氣溫條件制約明顯，嚴(yán)寒地區(qū)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(jī)干霧降塵系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新

2.1 優(yōu)化后干霧降塵系統(tǒng)原理組成

針對(duì)上述斗輪機(jī)干霧降塵系統(tǒng)存在的問題，依據(jù)多年斗輪機(jī)設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，重新梳理斗輪機(jī)各機(jī)構(gòu)的工況及各產(chǎn)塵點(diǎn)的工作實(shí)際，對(duì)現(xiàn)有干霧降塵系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化。優(yōu)化后的斗輪機(jī)干霧降塵系統(tǒng)主要由水源裝置、氣源裝置、智能降塵主機(jī)、噴霧執(zhí)行裝置、電控系統(tǒng)等組成。噴霧點(diǎn)包括：頭部溜料裝置、頭部導(dǎo)料槽、中部料斗導(dǎo)料槽、中部料斗上部、中部料斗下部，斗輪機(jī)降塵系統(tǒng)布置，如圖1所示。斗輪機(jī)降塵系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

圖1 斗輪機(jī)降塵系統(tǒng)布置圖

圖2 斗輪機(jī)降塵系統(tǒng)原理圖

2.2 斗輪機(jī)降塵技術(shù)理論依據(jù)

斗輪機(jī)干霧降塵系統(tǒng)的理論依據(jù)源于對(duì)系統(tǒng)的理論計(jì)算，主要包括沿程壓力損失計(jì)算、局部壓力損失計(jì)算、整體壓力損失計(jì)算、排氣壓力計(jì)算。在此基礎(chǔ)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(yáng)程以及增壓泵電動(dòng)機(jī)功率等重要參數(shù)，再依據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，在符合斗輪機(jī)工況要求的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)各裝置單元進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其更好地適應(yīng)斗輪機(jī)工況，并采用模塊化設(shè)計(jì)理念，簡化安裝調(diào)試，降低設(shè)備操作及維修難度，使降塵效果更加明顯，節(jié)能減排效果更加顯著。

2.3 斗輪機(jī)降塵技術(shù)創(chuàng)新關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 安全性、可靠性技術(shù)

實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)水電分離，提高其安全性和可靠性。由于干霧降塵系統(tǒng)的工作媒介是水，控制水噴霧的電磁換向閥采用強(qiáng)電流控制。若水和電同時(shí)布置在微霧主機(jī)內(nèi)，勢(shì)必存在安全隱患。文中開發(fā)了一款真正意義上的水、電分離的干霧主機(jī)。該系統(tǒng)箱體內(nèi)所有閥件均改為氣動(dòng)換向閥（標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力氣源由氣源裝置提供），取消電磁控制方式，故優(yōu)化后微霧主機(jī)箱體內(nèi)無電源即可實(shí)現(xiàn)水電分離。提高了系統(tǒng)的安全系數(shù)，保護(hù)操作者人身安全。另外氣動(dòng)換向閥小巧美觀，性價(jià)比高、安裝維修方便更適合干霧降塵系統(tǒng)應(yīng)用。

2.3.2 可適應(yīng)不同的工作環(huán)境技術(shù)

現(xiàn)有干霧降塵系統(tǒng)適應(yīng)環(huán)境能力差，特別是在一些嚴(yán)寒地區(qū)，受低溫環(huán)境影響，降塵設(shè)備無法正常投運(yùn)。研發(fā)了一款適用于斗輪機(jī)布置的新型熱交換式防凍水箱，箱體內(nèi)增設(shè)溫度傳感器，管道式加熱器；增設(shè)水管路電伴熱系統(tǒng)，管路全程外罩保溫巖棉及錫紙層，可實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境正常使用不結(jié)冰；微霧主機(jī)箱體內(nèi)，配備保溫層和鋁合金加熱器；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，增設(shè)空壓機(jī)操作間，配備電暖氣等，通過一系列的創(chuàng)新舉措，保證噴出的干霧在冬季不會(huì)結(jié)成小冰滴。解決了嚴(yán)寒地區(qū)干霧降塵系統(tǒng)使用效果不佳問題。

2.3.3 智能化控制技術(shù)

智能化控制是市場(chǎng)發(fā)展對(duì)干霧降塵系統(tǒng)提出的新要求。該系統(tǒng)具備排污功能、反吹掃功能、系統(tǒng)流量校正、流量反饋、壓力調(diào)整、水（氣）欠壓報(bào)警、壓差檢測(cè)報(bào)警、氣吹等功能；并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、控制，如遠(yuǎn)程電腦控制，利用5G技術(shù)，信號(hào)實(shí)時(shí)輸出，設(shè)置遠(yuǎn)程在線監(jiān)控中心，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、控制；在線粉塵濃度監(jiān)測(cè)，在適當(dāng)?shù)奈恢迷鲈O(shè)粉塵濃度監(jiān)測(cè)裝置，當(dāng)所在區(qū)域粉塵濃度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，可以通過PLC控制干霧降塵系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)工作。

2.3.4 不同工況下適用技術(shù)

解決了干霧系統(tǒng)在不同工況下的噴霧技術(shù)。針對(duì)斗輪機(jī)斗輪溜料裝置處降塵需求，研發(fā)了自動(dòng)翻轉(zhuǎn)噴霧裝置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)扇面噴霧，增大噴霧面積，提高降塵效率；研發(fā)了噴霧桿裝置，適用于大型斗輪機(jī)斗輪溜料裝置處除塵，布置靈活，噴嘴數(shù)量可根據(jù)具體情況進(jìn)行增減；針對(duì)落煤斗處降塵，研發(fā)采用單點(diǎn)噴霧，萬向節(jié)噴霧裝置，可靈活布置，角度可調(diào)節(jié)，非常適用于落煤斗等封閉環(huán)境下的降塵。

3 干霧降塵系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)對(duì)比

3.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)對(duì)比

1）降塵效果好 優(yōu)化后的干霧降塵系統(tǒng)更適合斗輪機(jī)工況，對(duì)于不同產(chǎn)塵點(diǎn)采用不同的噴霧除塵裝置，噴霧面積更加科學(xué)合理，充分利用有限的水量達(dá)到最佳的降塵效果。該系統(tǒng)直接在粉塵的起塵位置進(jìn)行降塵，從粉塵的源頭進(jìn)行治理。對(duì)10 μm以下的可吸入性粉塵的治理效果最佳，降塵率高達(dá)96%以上，可有效避免矽肺病危害，治理后現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度能穩(wěn)定達(dá)到10～50 mg/m3以下，降塵效果明顯。

2）使用不受季節(jié)限制 優(yōu)化后的斗輪機(jī)干霧降塵系統(tǒng)不受氣溫限制，一年四季均可使用。尤其在北方冬季嚴(yán)寒環(huán)境仍可正常使用，極大提高操作者的身心健康，減少了環(huán)境污染概率。當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，保溫系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)開始運(yùn)行，保證了斗輪機(jī)降塵系統(tǒng)的正常工作。

3）簡化降塵管理工作 優(yōu)化后的干霧降塵系統(tǒng)整機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)更加緊湊合理。各模塊單元之間靠管路連接，安裝調(diào)試更加方便，智能干霧主機(jī)只需將水、壓縮空氣送至各產(chǎn)塵點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)就地降塵。

3.2 經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)對(duì)比

優(yōu)化后的斗輪機(jī)干霧降塵系統(tǒng)，成功應(yīng)用于國內(nèi)某電廠斗輪機(jī)降塵系統(tǒng)升級(jí)改造項(xiàng)目中，通過對(duì)該項(xiàng)目改造先后設(shè)備及能耗各項(xiàng)參數(shù)的對(duì)比可以看出，斗輪機(jī)干霧降塵系統(tǒng)總體具備以下優(yōu)勢(shì)：

1）相同工作時(shí)間內(nèi)干霧降塵系統(tǒng)資金投入更少，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用更低(0.5 a維護(hù)一次)。

2）相同工作時(shí)間內(nèi)干霧降塵系統(tǒng)耗水量少，無二次污染；

該項(xiàng)目改造前后1 a內(nèi)斗輪機(jī)降塵系統(tǒng)耗水量情況對(duì)比如表1所示。

表1 某電廠項(xiàng)目改造前后耗水量情況對(duì)比

通過表1數(shù)據(jù)的對(duì)比可知，該項(xiàng)目改造后斗輪機(jī)干霧降塵系統(tǒng)耗水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于改造前灑水噴淋系統(tǒng)耗水量，每年可節(jié)省水費(fèi)約為96 477元。由此可見，優(yōu)化后的系統(tǒng)節(jié)水優(yōu)勢(shì)明顯。

該項(xiàng)目斗輪機(jī)干霧降塵系統(tǒng)、灑水噴淋系統(tǒng)的各種費(fèi)用對(duì)比如圖3所示。斗輪機(jī)干霧降塵系統(tǒng)的耗水費(fèi)用、維修費(fèi)用、操作人工費(fèi)均小于灑水噴淋系統(tǒng)，雖然短期內(nèi)斗輪機(jī)降塵系統(tǒng)的安裝成本和耗電費(fèi)用高，但從長遠(yuǎn)角度出發(fā)，經(jīng)過長期運(yùn)行，斗輪機(jī)降塵系統(tǒng)的運(yùn)行成本仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于灑水噴淋系統(tǒng)。

圖3 降塵系統(tǒng)主要費(fèi)用對(duì)比圖

4 結(jié)論

綜上所述，通過對(duì)斗輪堆取料機(jī)干霧降塵系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化，使其在安全可靠性、智能化控制水平、環(huán)境及工況適應(yīng)性等技術(shù)性能方面都得到了明顯提升。更加切合斗輪機(jī)工作實(shí)際，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯，節(jié)能減排效果顯著，更有利于市場(chǎng)縱深推廣，有助于企業(yè)拓寬斗輪機(jī)設(shè)備市場(chǎng)服務(wù)領(lǐng)域，提高企業(yè)技術(shù)研發(fā)能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。