带式输送机收尘方案优化研究 (1).pdf

有有色色矿矿冶冶NON-FERROUS MINING AND METALLURGY第 39 卷第 4 期2023 年 8 月Vol.39No.4August 2023文章编号：1007-967X（2023）04-44-05带式输送机收尘方案优化研究*张小波1,许祥明2（1.东北大学设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110116；2.东北大学 资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819）摘要：铝工业企业物料运输大多采用带式输送机，在带式输送转运点，会产生大量粉尘，影响工人身体健康。通过研究带式输送转运点的设备及部件结构，分析带式输送转运点的产尘机理，优化解决带式输送过程的粉尘污染问题。造成尘化的气流主要有：诱导空气流、剪切压缩气流以及综合诱导和剪切压缩气流；产尘量的主要影响因素有：物料含水率、粉尘粒径与分布、皮带运行速度、溜槽落差、溜槽角度和皮带部件密闭性等。通过对转运点收尘风量及各因素之间的数据分析，得出溜槽角度增大、落料高差增加，转运点收尘风量随之增大，并应用于实际工程设计。依此对转运点连接部件及结构进行优化设计结果，既解决了带式输送过程的粉尘污染问题，又降低了污染治理的投资及运行费用。关键词：带式输送；转运点；产尘机理；产尘量影响因素；优化设计中图分类号：TD634文献标识码:A0引言铝工业生产中，需要将铝土矿、煤及石灰等散状原材料由码头、堆场（即卸料、存储区域）输送至各使用车间，输送路径较长，常见的输运方式有带式输送、汽车输送及厂内铁路输送等。相比其他两种输送方式，带式输送系统输送量较大，运行可靠，动力消耗低，投资及维护保养费用较低，因此，在铝工业设计中被普遍采用1。带式输送机在转运点处，由于物料的自由下落会产生大量粉尘2。为改善作业环境，通常在转运点处利用溜槽、导料槽和挡帘等进行封闭，并通过收尘罩使转运点处保持负压3，防止粉尘外逸。收集的粉尘气流经除尘器过滤，满足排放标准要求的废气排入大气。为保证车间内粉尘浓度值低于工人操作、巡检的接触水平限值，以往设计中优化方案仅考虑增加收尘风量，虽然效果明显，但除尘设备处理风量的负担增加，运行费用增加。近些年，国家不断提高铝工业污染物排放标准，未来总体趋势将全面推行大气污染物特别排放限值的规定（即大气污染物颗粒物的排放限值为 10 mg/m3）。为满足高标准要求，所选用的除尘系统及设备尺寸将大幅增加，这种只通过增 加 收 尘 风 量 优 化 除 尘 方 案 的 方 法 则 显 得 捉 襟见肘。因此，带式输送转运点处收尘方案的优化需另辟蹊径，在保证职业病防护设计要求的前提下，尽量控制设备体型；合理确定收尘风量，使其技术上可行，经济上合理；以降低投资及运行费用。为实现上述目的，首先应对带式输送转运点的结构、粉尘产生机理以及影响因素等进行深入细致的研究。1带式输送机转运点设备组成及结构带式输送机转运点主要由两条不同空间高度的皮带组成，其中皮带及其连接部件主要有头部护罩、溜槽、导料槽及挡帘等。上、下层皮带的组成及连接部件详见图 1。图 1皮带转运点设备组成及部件H落料高差；溜槽角度；1挡帘；2头部护罩；3电动滚筒；4溜槽；5导料槽*收稿日期：2023-03-21作者简介：张小波（1976），男，汉族，辽宁省阜新市人，学士学位，高级工程师，研究方向为给排水及环境保护。第 4 期张小波等：带式输送机收尘方案优化研究所输送物料在上下层皮带间作自由落体，下层皮带导料槽与溜槽连接处附近为粉尘产尘源。工程设计中，通常设置两节以上的导料槽，用于产尘源的局部密闭，同时设置收尘风罩，使上下层皮带连接的密闭空间保持负压，防止粉尘散逸到车间内。2产尘机理及影响因素2.1产尘机理有研究结果表明，即使在机械力作用下，尘粒也不可能单独在车间内传播。尘粒运动的主要能量来自空间气流的作用，其本身不具备独立运动的能力，主要受室内气流的支配。使尘粒由静止状态变成悬浮于周围空气的状态称为“尘化”作用，它包括一次尘化过程和二次尘化过程4。一次尘化作用是使尘粒由静止状态到悬浮于空气的状态，引起一次尘化作用的气流称为一次尘化气流。带式输送转运点处引起一次尘化作用常见的气流有：（1）剪切压缩气流：物料自上层皮带不断砸落到下层皮带表面的疏松物料上，使其间隙中的空气猛烈地挤压出来，当这些气流向外高速运动时，在气流与尘粒的剪切压缩作用下，带动尘粒一起逸出并悬浮于空间中，详见图 2。图 2剪切压缩气流（2）诱导空气气流：转运点处自由下落的尘粒在空气中速度越来越高，带动周围空气随其流动，同时皮带牵引和抽气等均引起周围空气的流动，这些流动的气流即为诱导空气气流5。（3）综合性尘化气流：由上述两种气流综合作用下使尘粒在空间飞扬的气流，详见图 3。二次尘化作用，使悬浮于空气中的尘粒进一步扩散到整个空间，详见图 4；引起二次尘化作用的气流称为二次尘化气流。带式输送转运点处对二次尘化作用的控制可采用密闭隔离和合理利用两种方法。隔离就是由图 1中所示的挡帘、头部护罩、溜槽和导料槽将一次尘化过程的区域封闭起来，防止一次尘化悬浮于空间的尘粒散逸到整个车间；合理利用就是通过保持密罩内负压，将难以沉降的悬浮尘粒有组织收集，并经除尘器除尘，剩余达标气体排入大气。图 3综合性尘化气流2.2影响因素产尘量的大小直接影响工程设计中除尘系统收尘风量的大小。当收尘风量等于或微大于产尘量时，悬浮于空间的尘粒可以得到有效控制；当收尘风量小于产尘量时，车间粉尘污染难以有效治理；当收尘风量远大于产尘量时，处于有效控制状态的车间空气不会有更明显的改善，但无限增大的收尘风量将增加设备一次投资及运行维护费用。由此可见，深入研究产尘量的影响因素，以及与合理收尘风量之间的相互关系，对完成带式输送转运点的结构及净化系统的优化设计至关重要。影响产尘量的因素主要有：（1）物料含水率：输送物料的含水率增高，粉尘产生量降低，目前仅在工艺允许物料含水率变化的范围内，对开敞空间如装卸站、均化堆存等区域采用高压干雾喷淋方式来增加其含水率，转运站空间相对狭小，较少采用该方法6；（2）粉尘粒径与分布：物料粉尘粒径较大时，产尘量小，粒径大小及分布为粉尘本身特性，在带式输送除尘设计中无法改变；（3）皮带运行速度：能够影响诱导空气和剪切压缩气流产生的尘化作用，皮带运行速度越快，尘化作用越大，产尘量随之增加7；（4）溜槽落差：转运点上、下层皮带落差越大，由剪切压缩气流产生的尘化作用越强，产尘量随之增加；（5）溜槽角度：溜槽倾斜角度 数值减小，可以降低物料从高处下落至下层皮带表面的速度，减缓剪切压缩气流的尘化作用，但是 数值不能低于4546有色矿冶第 39 卷物料安息角，否则溜槽内会发生堵料8；（6）皮带连接部件：主要通过改进上下层连接部件的密闭性，控制粉尘外逸，同时改变连接部件的结构形式，缓冲物料自由下落时剪切压缩气流的尘化作用；以及间断阻隔导料槽与溜槽的气流通道9，使一次尘化气流与二次尘化气流有效隔离，减少进入导料槽内的诱导空气流量，从而降低收尘风量。上述内容是对带式输送转运点产尘量影响因素的定性描述，利用产尘量与收尘风量的关系，以及收尘风量在设计中可以明确数量的优势，可以定量分析上述因素对收尘风量的影响程度。工程设计中，带式输送转运点处收尘风量可通过手册和规范两种途径来选取数值。目前手册都是 2000 年左右编制的，无法查取应用新型连接部件后对应的收尘风量数值；现执行规范中仅 发电厂供暖通风与空气调节设计规范（DL/T 5035-2016）10给出常规连接部件收尘风量数值，同时，该规范第 7.3.6 条规定采用不同新型连接部件后的收尘风量计算方法。该规范的不足之处在于输送对象仅为煤质，因此当在铝工业设计中应用时，需要根据所输送物料特性与煤进行对比，根据经验附加值进行调整。根据上述规范附录 C 提供的数据，以常见工程设计的带式输送转运点为例，皮带 B=1 000 mm，皮带速度 v=2 m/s，查取该附录中收尘风量的数值，将55、60和 65三种溜槽角度下，落料高度为 27 m间所选取的收尘风量取值进行数据分析，通过数据拟合曲线的结果详见图 4。图 4不同溜槽角度、落料高差对应的收尘风量数值拟合曲线从图 4 可以看出，落差高度为 2 m 时，溜槽角度为 60和 65两种情况下收尘风量的取值基本相同，并且非常接近溜槽角度为 55的取值；所以落料高差为 2 m 时，溜槽角度的改变对收尘风量的影响不明显。不同溜槽角度曲线整体发展趋势为随溜槽角度增大、落料高差增加，转运点收尘风量随之增大，这与前面产尘量影响因素描述基本吻合。2.3新型连接部件通过带式输送转运点产尘控制措施的不断研究创新，目前出现许多新型连接部件，例如双层挡帘、缓冲锁气器和全封闭容积式导料槽等1113。双层挡帘的作用是加强皮带头部护罩物料入口及导料槽物料输送出口位置密封性，减少封闭空间内诱导气流量，防止粉尘逸出到车间内。缓冲锁气器安装在溜槽与下层皮带导料槽连接处，其主要组成部分有：带格室旋转叶轮、机体及新型摆线针轮减速电动机等。当叶轮由传动机构驱动在机体内旋转时，上部分离器（或料斗）落下的物料便由进料口进入叶轮格室，并随着叶轮的转动被送至卸料口排出，完成连续定量供料和卸料的整体过程。缓冲锁气器可减弱物料下落过程中剪切压缩气流的尘化作用，同时将上、下层皮带连接的封闭区域隔断为两部分，减少进入下层皮带导料槽内的诱导气流。全封闭容积式导料槽除增强空间密闭性外，其前后端装有多道密封挡板和挡帘，在其组成的密封空间内完成均压、封尘及降尘功能，但其设备价格、重量均较高，增加建设投资费用，同时提高皮带支撑钢结构强度的要求。3典型工程方案优化设计3.1已建工程除尘方案以某国外项目电解铝厂码头区域的原料转运站为例，物料输送方式为带式输送。已建转运站中除尘系统设计的输入条件为：输送氧化铝温度60，皮带宽度 B=1 600 mm，皮带速度 v=2.0 m/s，物料转运过程中的落料高差 H=5 m，溜槽角度为=55，除尘设备过滤风速选取 0.8 m/s；其中转运点上、下层皮带的连接为常规部件。设计时采用 除尘工程设计手册 表 3-18 中数据，但其缺少皮带宽度 B=1 600mm 对应收尘风量14，因此确定收尘风量时综合参考带宽 B=1 400 mm 对应数据和以往的工程设计经验，设计收尘风量为 20 000 m/h。设计中难点为除尘器布置在转运站顶部，设备重量较大，对结构形式强度要求较高；下层皮带导料槽收尘风量为 17 000m/h，按常规设置单个收尘风罩时，气流分布不均且位置布置受限，需在溜槽前后分设成 2 个收尘风罩，详见图 5。3.2新建工程优化方案通过前文论述，由于物料含水率和粉尘粒径及分布属于物料本质特性，皮带运行速度与输送能力第 4 期张小波等：带式输送机收尘方案优化研究图 5已建转运站除尘设备布置图相关，因此，对已建工程的方案优化只能从改变溜槽落料高度、溜槽角度和皮带连接部件等方面考虑。已建工程转运站，物料转运过程中的落料高差 H=5m，溜槽角度为=55，从工艺布置和便于物料溜送考虑，H 与 保持不变，需要重点优化皮带连接部件，因此在新建工程优化方案中增加缓冲锁气器，并且导料槽安装双层挡帘。在工程设计中，皮带转运点的收尘风量可以引用文献10的附录 C 中的数据，根据条文 7.3.6 给出的计算方法，优化工程方案收尘风量为 9 000 m/h，设备布置详见图 6。图 6新建优化方案除尘设备布置图3.3技术经济对比从图 5、图 6 设备布置图明显可见，优化后方案除尘设备高度大幅度降低，减弱结构设计中风荷载载荷量，同时设备本体耗钢量降低。两种方案在除尘设备过滤面积，设备占地、耗电量和初投资等方面的数据对比见表 1。表 1设计方案设备参数比较方案名称已建设计方案优化设计方案除尘器过滤面积（m）372155设备单重（kg）10 4525 280运行耗电量（kW）46.4514.57设备占地（m）15.336.27初投资（万元）22.3211.62表 1 对比结果表明：优化设计方案在技术和经济上均优于已建设计方案。即通过优化皮带输送的连接部件，使得收尘系统节省设备占地、初投资及单位 小 时 耗 电 量 等，分 别 降 低 59.1%，47.93%和68.63%。其中，单位小时耗电量的降低表明运行费用及一次能源转化电能时对环境污染物排放量随之减少；设备占地及重量的减小不仅降低设备本体钢材耗费量，同时降低基础钢结构建造的耗钢量。4结语（1）皮带输送转运点收尘风量影响因素分析表明：当落料高差为 2 m 时，改变溜槽角度对收尘风量影响不明显；收尘风量曲线发展趋势为随溜槽角度增大、落料高差增加，收尘风量随之增大。（2）工程设计中，应用收尘风量与影响因素分析所得关系曲线，以及连接部件及相关先进技术设备的综合应用，实现皮带转运点及除尘净化系统的优化设计，获得最佳技术经济效益。（3）实际工程中，在落料高差、溜槽角度受限的情况下，采用缓冲锁气器并加装导料槽双层挡帘的连接结构形式进行优化设计，与已有传统设计相比，收尘系统设备占地、初投资及单位小时耗电量分别降 低 59.1%，47.93%和 68.63%，技 术 经 济 效 益显著。4748有色矿冶第 39 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conveyor for material transportation.In the belt transportation and transferpoint,a lot of dust will be produced,which will affect the health of workers.In this paper,the equipment and component structure ofbelt conveyor transfer point are studied.The dust generation mechanism of belt conveyor transfer point is analyzed to solve the dustpollution problem in the process of belt conveyor.The air flow that causes dust is mainly:induced air flow,shear compression flowand combined induced and shear compression flow.The main influencing factors of dust production are:material moisture content,dust particle size and distribution,belt running speed,chute drop,chute angle and belt component airtightness.Through the dataanalysis of dust collecting air volume at transfer point and various factors,it is concluded that the increase of chute angle and blanking height difference will lead to the increase of dust collecting air volume at transfer point,which is applied to practical engineeringdesign.According to this,the optimized design results of the connecting parts and structure of the transfer point are carried out,which not only solves the problem of dust pollution in the process of belt transportation,but also reduces the investment and operation cost of pollution control.Key words:belt conveyor;transfer point;dust-producing mechanism;influencing factors of dust production;optimal design专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专专(上接第 43 页)The Crack Cause Analysis of 7B04 Aluminum Alloy under Fixed LugYU Yan-yan1，ZANG Xu2，SONG Ti-jie1，ZHAO Zheng-xin1，KANG Kai1，LI Hui3，LIU En-ze3*（1.AVIC Shenyang Aircraft Corporation，Shenyang 110850，China；2.The Military Representative Bureau of the Air Force Equipment Department Stationed in the First Military RepresentativeOffice in Shenyang，Shenyang 110850，China；3.The Institute of Metal Research，Chinese Academy of Sciences，Shenyang 110016，China）Abstract:The fracture surface microstructure of the fixed lug of the aircraft flapper aileron control rocker made of 7B04 alloy wasanalyzed using equipment such as optical microscopy,scanning electron microscopy,and microhardness tester.It was found that thecracking of the fixed lug of the aircraft flapper aileron control rocker made of 7B04 alloy was a fatigue fracture,and the crack originated from the edge of the ear hole surface.Key words：aluminum alloy；microstructure；fatigue fracture