皮带输运过程粉尘运移规律及治理技术的研究进展

任晓芬，郭军霞，陈启东，郭晓红，王莉媛，王 伟

（1.河北工程大学能源与环境工程学院，河北 邯郸 056038；2.石家庄铁道大学机械工程学院，河北 石家庄 050043）

皮带输送机运输过程会产生大量粉尘，悬浮于工作环境中，严重威胁工人身体健康，影响设备正常运行，降低企业经济效益与社会效益。已有多位学者针对皮带输运过程产尘原因、粉尘分布规律及影响因素和粉尘治理技术等方面进行大量研究，本文重点从上述3 个方面进行分析总结，并提出存在的不足及未来粉尘治理工作发展方向。

1 产尘原因

皮带输送物料过程中，大量粉尘产出的情况无法避免，产尘原因主要包括皮带振动或跑偏，溜槽、导料槽结构不合理，物料诱导风流与皮带牵引风流等方面。

1.1 皮带振动或跑偏

皮带在连续运行过程中会不断抖动，导致物料颗粒相互碰撞与摩擦，使物料表面产生大量扬尘。由于钢丝绳芯输送带接头硫化不正、人为安装误差及皮带受力不均等因素引起的跑偏问题都会导致部分物料洒落[1]，产生扬尘。

1.2 皮带溜槽、导料槽结构不合理

皮带机溜槽落差或倾斜角度过大时，物料运动速度加快，产生向下的高速气流，增强粉尘逸散能力。导料槽用于输送机起到密封抑尘的作用，在实际运行过程中，存在缺少缓冲密封箱、料槽截面尺寸较小等不合理的情况，出现漏料喷粉的情况。

1.3 物料诱导风流与皮带牵引风流

当物料运动到转载点时，受到诱导气流、剪切气流与牵引气流的共同作用，扬尘最为严重。物料从上级皮带末端下落至下级皮带始端过程中产生强烈的诱导气流，周围空气会随皮带机一起运动形成牵引风流，物料表面细颗粒物扬起，迅速弥散到空气中，污染工作环境。

2 粉尘分布规律及其影响因素

粉尘分布及其影响因素的研究对后续粉尘控制有指导作用，研究成果主要集中于物料自身特性、皮带运行参数、外界环境等方面。

2.1 物料自身特性

针对物料特性开展的研究有不同物料量、物料含水率、颗粒粒径对粉尘分布规律的影响。物料量与产尘量是直接相关的，张子文等[2]对不同运煤量下的粉尘分布规律模拟分析，证明运煤量越大，扬尘作用越明显；袁明昌[3]研究了物料含水量对带式输送机巷道粉尘污染的影响，证明提高物料含水率可有效降低粉尘浓度；刘少虹等[4]对皮带巷道风流、粉尘浓度分布进行模拟研究，得到颗粒起尘浓度与颗粒直径成反比的结论。吴应豪[5]模拟研究得到大颗粒粉尘在巷道中的沉降距离与粒径成正比，小颗粒粉尘通常难以沉降，易随风流运移。

2.2 皮带运行参数

皮带输送机机身抖动程度随运行速度的增大而增强，物料更易发生碰撞与摩擦，皮带诱导气流与牵引气流增大，使物料表面细小颗粒物脱离皮带机，弥散到工作环境中。陈举师等[6]采用实验、数值模拟相结合的方法对巷道内气流场与粉尘分布进行研究，结果表明：皮带速度是影响常温物料粉尘扩散的主要原因；有大量研究证明皮带速度对巷道粉尘分布有明显影响，粉尘浓度随皮带速度的增大而逐渐增加[3]。

2.3 外界环境

皮带机多用于长距离输送，安装在室外受外界气候影响较大，由于环境保护和工艺流程的实际需求，更多的皮带机设置在地下巷道或栈桥内，通过设置通风系统降低受限空间内粉尘浓度，防止粉尘浓度过高发生爆炸。诸多学者针对通风气流对粉尘浓度的影响进行了深入研究，王洪胜等[7]对胶带运输系统的气流及粉尘运移规律模拟分析，发现产尘量变化规律与气流波动规律基本一致，存在明显滞后现象；陈举师[6]，汪日生[8]，汪佩[9]等采用不同研究方法得到了巷道风流速度对粉尘浓度的影响，结果表明：在一定风速范围内，粉尘浓度随风速的增加而降低，风速增大对粉尘排出有促进作用。

3 粉尘治理技术

国内外多位学者对转运过程粉尘治理技术进行了研究，具体表现为改善溜槽结构、密闭负压除尘、喷雾降尘和无动力除尘4 种形式，近年来在国内外选煤厂、钢铁厂等工业领域得到广泛应用，技术也日趋成熟。

3.1 改善溜槽结构

改善溜槽结构属于粉尘源头控制，在源头处予以足够的控制，可大幅降低能耗、提升除尘效率。有很多学者改善溜槽形式，并应用于实际工程，降低了粉尘浓度，具有代表性的溜槽改进方式及研究结果见表1。

表1 溜槽改进相关文献汇总表

3.2 密闭负压除尘

密闭负压除尘技术是采用密闭罩将皮带局部或全部密封起来，将粉尘封闭在局部空间，并在密闭罩合适位置安装吸尘器。在保证粉尘得到有效控制的前提下，合理确定系统的设计风量至关重要，多位学者为此做了深入研究，具体研究内容与效果见表2。

表2 密闭负压除尘系统相关文献汇总表

3.3 喷雾降尘

喷雾除尘可有效降低粉尘浓度，高压喷嘴将液体雾化成细小液滴喷向尘源，将粉尘加湿或将粉尘吸附在水滴表面，在重力作用下被捕集。喷嘴的数量、间距、角度、水流量、安装位置和控制方法等因素都会对产尘量造成影响，表3 为喷雾降尘相关研究文献汇总表。

表3 喷雾降尘相关文献汇总表

3.4 无动力除尘

无动力除尘技术根据空气动力学与能量守恒原理，使粉尘在密闭通道中多路有效循环，能量衰竭后落回皮带完成除尘工作，具有节省空间、能源、维护运行费用的优点，是未来节能除尘产品的发展方向。荆德吉等[21]设计了由落料管、闭环回旋降尘腔、导料槽、可调节扬尘帘构成的闭环回旋控尘系统，无需任何动力即可使降尘效率达到88%以上。张江石等[22]提出采用无动力除尘技术改造现有带式输煤系统，有效降低作业空间内粉尘浓度。

4 结论与展望

国内外学者在皮带输运过程产尘机理、粉尘分布影响因素及粉尘治理技术方面有一定的研究基础，为粉尘治理工作提供了新思路新方法，但目前仍存在一些不足，未来应在现有研究基础上针对以下几个方面进行更加深入与全面的研究。

（1）现有研究皮带输运物料多为常温干物料，对于高温、高湿物料的转运扬尘鲜有述及，多相流耦合作用下的粉尘或污染物运移规律，需要更加深入地研究；物料散热散湿严重时雾气弥漫，使流场更加复杂，针对粉尘源的控制不再是某个局部位置，而应该着眼于整体控制。

（2）加强对粉尘逸散机理的基础研究，目前所做研究主要为常温环境中的粉尘运移规律及其影响因素，未考虑空气温度和湿度的影响，井下输煤巷道空气湿度较高，在研究此类环境中粉尘扩散规律及影响因素时可尝试将温湿度考虑在内。

（3）部分皮带转运巷道存在空间有限的实际情况，不宜对其进行溜槽、导料槽等结构方面的改进，受潮易变质物料不能采取喷雾降尘等措施，需要在通风气流组织方面做更多研究，以满足现有工程的实际需求。