浅谈控制流道系统（CFMTS）的设计及应用

王嘉智

（厦门力祺环境工程有限公司，福建 厦门361000）

1 引言

物料转载系统是大型散料设备的关键装置之一，通常位于两条或多条皮带输送机之间以实现对散状物料输送方向的控制与衔接。在物料转载过程中，伴随着物料下落，其势能、速度和方向都会发生改变，物料的料流曲线、物料对挡料板的冲击力、物料在其支撑皮带上的位置及其质量等也会随之发生改变。以往都是采用手工或经验公式的方法定性分析与研究上述变化，既不准确也费工费时。离散元法（DEM）是一种研究非连续性颗粒物质结构和运行规律的数值方法，现已广泛应用于岩体工程、采矿工程及散料搬运等领域。传统转运站设计一般不结合带速和胶带倾角计算物料抛出轨迹，套用标准图册设计漏斗，配置很多不必要的衬板以及缓冲板，造成头部容易积料堵塞、冲击大、易扬尘；落料管的设计基本都是转角设计和垂直落料，没有充分考虑到物料的冲击带来的粉尘、堵料以及设备的冲击破坏。

2 传统转运槽

传统转运槽在皮带机卸载点扔出不可控制的物料流并任由其以散开状落下是产生灰尘的原因。当物料流动散开时这些移动的物料挤出空气。空气穿过物料流时会分散并夹带细小的粉尘颗粒。基本上，传统的转运槽中挤出的空气和流动的空气夹带粉尘能产生“烟囱效应”。

此外，接收区通常较小、没有支撑密封且会溢出灰尘。当物料流“碰撞并降落”在接收皮带上时，物料流外形被压缩，混入的空气被压出。这些空气夹杂着作为浮尘的更小颗粒的物料。内部间隙较大的物料流可携带更多的混入空气，因此可压出更多灰尘。如果允许物料以紊流的形式穿过转运槽——可称作“台球流”，那么其中的物料块会互相碰撞或撞击转运槽壁——物料块会产生粉末，从而产生更多会溢出的灰尘，如图1、2所示。

3 控制流道系统的设计

图1 传统转运槽示意

图2 传统转运槽仿真模拟

控制流道系统（Controlled Flow Material Transfer Systems——简称CFMTS）是指在基本不需要外加的动力除尘设备，通过控制物料的流动最大程度地减少浮尘的产生和减慢空气流动速度，同时配合落料点处的粉尘沉降处理来达到除尘的目的。

控制物料流动的技术主要通过4个方面的改变来控制物料在落煤管流动过程中粉尘的产生。

（1）将散开的物料流集中，将物料流主体的扩散降到最低，最大程度地减少物料流所携带的混入空气；

（2）尽量减小物料流对落煤管壁冲击的角度和力量，减少冲击产生的粉尘，同时尽可能保持尽可能多动量。理论上，冲击角度不能超过15°～20°；

（3）控制物料流沿落煤管壁以可控制的速度向下移动，以避免带入过快速度的空气。落煤管提供弯曲的下降平滑线路，这个过程同时还可以解决堵料问题；

（4）特殊的由落煤管到皮带机最后一段的设计是为了将物料逐渐卸载到皮带机上，以便物料的移动方向与皮带运行方向相同，而且其速度接近皮带的速度。它可以以适当的速度、从适当的角度将聚集的物料流引至接收皮带的中心，从而减少皮带冲击、皮带磨损、粉尘产生、偏心加载、耐磨衬板的磨损以及其它问题（图3）。控制流道系统经过三步设计过程。

图3 控制流道系统仿真模拟

第一阶段是测试输送物料的特性和皮带及构造材料有关的界面摩擦值，以确定物料特征及其在物料输送系统中的表现。在定义好各种皮带机和物料参数之后，根据经验确定物料卸载的轨道。

第二阶段包括当前现场尺寸和初步设计的验证。一套两维设计图和利用3D软件创建的转运槽的三维图形再现，同时物料流动特性使用离散元模型（DEM）方法进行验证。

第三即最后阶段是最终设计的形成，即详细的设计，然后依次是系统的制造和安装。

物料测试和工程经验是这项技术的关键，只有最终模拟的结果符合我们认为的理想状况，才能根据模拟出的落煤管形状进行工程设计。

整个应用控制流道系统的转运站，环境方面状况可以大为改善，粉尘得到控制，噪声降低 ，堵煤现象也不容易发生，同时在维护和改造等方面的需求也会大大地降低。

4 控制流道系统的应用

中电投上海上电漕泾发电有限公司（2×1000MW），T2转运站，现场安装如图4，具体工况如下。

图4 T2转运站现场安装照片

带宽：B＝1800mm；落料点：1个；落料高度：18m；带速：3.5m/s。

额定出力：3000t/h；最大出力：3600t/h。

煤块：最大250mm。

煤种：

（1）煤种采用神府东胜煤，校核煤种采用伊泰4号煤；

（2）印尼褐煤。

改造前现场状况：撒料严重，锰钢板内衬冲击磨损明显，粉尘严重超标，粉尘含量＞96mg/m3。

改造后现场使用情况：2012年安装完成，除尘器停用，运行到现在，设备运行情况良好，除尘效果达到要求。粉尘含量自测数值为：＜6mg/m3。运行过程中噪声大为减少（＜80dB（A）），上煤前后没有明显区别；

内衬采用厚度为25mm的陶瓷，能适应集中冲刷产生的磨损问题，使得整套系统使用寿命大大提高。

5 结语

虽然控制流道系统的初始投资可能高于传统溜槽的费用，但通过减少运行费用和维修费用，可快速获得投资回报。通过对穿过输送转运槽的物料流的控制，其中存在的问题，如皮带损坏、皮带和转运槽的末端磨损、转运槽堵塞、溢出、灰尘、燃烧以及物料块状保持率下降等已大大减少。在输煤系统中控制流道系统已越来越被业主认可和肯定。

［1］Stuart，Dick D.，Royal，T.A.Design Principles for Chutes to Handle Bulk Solids［J］.Bulk Solids Handling，1992，12（3）：447～450.

［2］Roberts，A.W.and Scott，O.J.Flow of bulk solids through transfer chutes of variable geometry and profile［J］.Bulk solid Handling，1981，1（4）：715～727.

［3］Roberts，A.W.Design guide for chutes in bulk solids handling operations［J］.Centre for Bulk solids ＆Particulate Technologies，1999（8）.

［4］Kuang，S.B.，Yu，A.B.：Computer Simulation of the Flow Regimes in Pneumatic Conveying［J］.Conference Proceedings of CHOPS 2009，Brisbane，Australia.2009：98～100.