悬臂式取料机雾炮抑尘系统优化

钱卫国

秦皇岛港股份有限公司第九分公司 秦皇岛 066004

0 引言

煤炭码头所采用的装卸运输设备主要包括装船机、卸船机、堆取料机、翻车机、带式输送机等。其中只有翻车机、卸船机可以形成密闭空间，其他设备均会产生开放式尘源。对于开放式尘源，无法采用干式收尘的办法，只能采用湿式抑尘。国内某港口取料机、装船机、堆料机均采用洒水除尘和雾炮抑尘2 套系统进行抑尘。洒水系统主要在夏季条件下投入使用，在天气寒冷容易结冰冬季采用雾炮系统进行降尘处理。雾炮系统是根据液体雾化和空气射流理论，先使用高压泵对液体加压，然后通过微细雾化喷嘴将水雾化，再利用高压轴流风机的大风量和高风压将雾化后的水雾送到较远距离，使得水雾到达较远距离的同时能够覆盖更大面积。在此过程中，粉尘颗粒与水雾颗粒产生充分接触而变得湿润，被湿润的粉尘颗粒继续吸附其他粉尘颗粒而逐渐凝结成颗粒团，之后粉尘颗粒团由于自身的重力作用而沉降，从而达到拟尘、降尘的作用。由于雾炮装置是在原有设备基础上后增加的，取料机起初雾炮筒的安装位置在后期取料机生产作业过程中不能够起到很好的降尘效果，同时原有的雾炮系统在冬季天气寒冷条件下经常造成雾炮出口积冰严重，不仅影响雾炮系统的正常工作，且清理积冰工作量较大，严重制约了维修力量，故保证好冬季条件下雾炮抑尘系统的有效使用十分重要。随着的环保要求的逐步完善，煤炭装卸环保问题成为专业煤炭码头环境治理和可持续协调发展工作中的难点。

针对目前冬季条件下雾炮抑尘系统使用带来的一系列问题，重新优化雾炮筒的布局，同时设计一种管路吹扫装置，在冬季条件下将雾炮系统管路中残留的水通过高压气泵吹出，使得雾炮在停止作业后不出现积冰情况。有效保证了取料机生产环保要求并解决了频繁清理积冰带来的一系列问题。

1 现状分析

由于煤炭港口堆场煤炭处于露天堆放状态，斗轮取料机在取料过程中极易起尘，对周边环境及设备产生很大影响，在取料机设置洒水除尘、雾炮抑尘2 套系统，系统工艺流程如图1 所示。取料机抑尘系统主要包括吸水上水机构、水箱、泵阀控制室、机厂冲洗卷盘机构、洒水机构、斗轮雾炮机构。取料机的洒水除尘没有配备保温伴热装置，在冬季条件下无法使用，而仅靠堆场喷枪机构不能满足环保要求，需在原有的洒水除尘系统中增加了雾炮抑尘系统，该系统具有洒水量小，雾化效果好及方便配备保温伴热的优点。

图1 取料机雾炮洒水除尘工艺图

取料机雾炮系统经过一个冬季的使用，使用效果不理想，同时带来了较多的问题，例如雾炮筒布局不合理，雾炮抑尘系统工作时不能将斗轮取料过程中起尘位置全部覆盖；冬季气温寒冷，由于雾炮喷嘴无法加装保温伴热装置，喷嘴经常结冰堵塞并且造成雾炮出口挂冰严重等情况，严重影响雾炮使用效果。

2 雾炮抑尘系统的优化方案

2.1 雾炮布局优化

目前，取料机雾炮装置主要采用4 个小雾炮，全部分布于悬臂头部斗轮左侧的走台位置，在斗轮取料过程中雾炮喷吹的微雾对取料点左侧进行抑尘处理，图2 所示为雾炮安装部位。悬臂斗轮取料机在取料过程时是回转分层取料，在取料过程中斗轮左右位置及斗轮卸料点都会起尘，而目前雾炮系统仅在斗轮左侧起到很好的抑尘效果，斗轮右侧和斗轮卸料点起尘较严重。

图2 取料机原雾炮装置安装位置图

通过观察斗轮取料起尘点对雾炮安装位置进行重新布局，雾炮分布方案为：在取料机斗轮左侧原位置安装2 台雾炮，在斗轮右侧减速器平台安装一台雾炮，在斗轮卸料点增加一台雾炮，图3 所示为雾炮重新布局，同时采用较大的雾炮风机增加雾炮喷雾的距离。4 台雾炮机同时工作基本将取料机斗轮取料机点及斗轮卸料点易起尘部位全部包围，起到很好的降尘作用。

图3 取料机雾炮重新布局图

雾炮进行重新布局后降尘效果明显，斗轮左右两侧雾炮能够在斗轮切取物料时起到降尘效果，斗轮输送带中间的雾炮能够保证斗轮在卸料时起到降尘的效果。重新布局的雾炮能够将斗轮位置全部覆盖，保证不留死角。

2.2 雾炮碰嘴挂冰问题

目前取料机使用的高压雾炮的雾炮单元是由雾化喷嘴和高压轴流风机组成，冬季低温季节，在生产作业流程停止后雾炮系统也相应停止，管路及喷嘴内部存在积水，而因为保温伴热无法将喷嘴覆盖极易造成结冰情况，停机时间较长时，管路中的水不断流出，造成雾炮积冰严重，存在积冰掉落伤人的隐患，需要花费大量维修力量进行清除，图4 所示为雾炮积冰情况。当取料机需要再次作业时，雾炮的喷嘴无法正常喷雾，雾炮泵站憋压严重，造成管路爆裂，严重时雾炮泵频繁损坏，对生产作业造成严重影响。同时，维修管路及泵站需要大量的维修费用及人力。

图4 取料机雾炮积冰情况

通过现场分析，雾炮喷嘴结冰原因主要有喷嘴周围无法配备保温伴热和雾炮系统使用后管路及喷嘴内残留的水无法排干净2 方面。针对保温伴热无法覆盖喷嘴的情况，首先通过改变雾炮喷嘴型号，将原有雾炮喷嘴更改成较为短小的喷嘴，使其尽可能被周边的保温伴热系统覆盖，最大限度降低喷嘴内部结冰的可能性。雾炮喷嘴改型后可以有效地解决保温伴热无法覆盖喷嘴的问题，极大的降低冬季低温季节雾炮喷嘴内部积水结冰的情况，保障雾炮的正常使用。同时，针对雾炮使用后喷嘴及管路内部残存积水无法排除问题，设计安装一套管路吹扫装置，在停机后将管路中的残存水排干净。管路排空原理如图5 所示。

图5 取料机雾炮吹扫装置排空原理图

图5 中在雾炮抑尘系统的主管路上安装一条支路，支路接口靠近雾炮机构，在支路上安装电动球阀、止回阀和空压机，通过控制电动球阀和空压机的开启实现管路的排空功能，防止雾炮喷嘴结冰情况发生。具体工作过程为：取料机作业结束既雾炮工作结束后，司机操作台打到联动模式时，点击吹扫按钮，空压机启动，延时2 min 后，雾炮主管路电磁阀关闭，空压机前的电动球阀打开，管路开始吹扫，吹扫时间为1 min，时间到后空压机停止运行，同时吹扫电动阀关闭。再次启动雾炮系统时，主管路电磁阀打开，雾炮恢复正常工作。

结合现场工作环境，选择一台高效率、低能耗的空压机。以其中一台取料机为例，共安装4 台雾炮，4 台雾炮到主管电磁阀之间的管路约14 m，管路内径为15 mm，可以计算出排空该管路所需的供气量为0.25 m3。管路排空设定工作时间为1 min，为了保证在1 min之内将水排空，选定的空压机排气量至少为0.375 m3/min，通过空压机的技术参数选择空压机的排气量为0.4 m3/min，可以有效保证吹扫装置的正常使用。

2.3 雾炮系统控制界面升级

雾炮有手动控制和联动控制2 种工作模式，手动模式时，控制雾炮单机启动停止，主要在维修时使用，一般情况下雾炮系统调为联动模式，随取料机生产作业流程启停。

在原有的洒水除尘控制界面上增加雾炮吹扫装置的控制，主要控制空压机启动模式，分为就地和远程模式。当现场转换开关转到就地模式时，由就地操作箱上启停按钮来控制空压机的启停；当现场的转换开关转到远程模式，在司机室触摸屏上操作。在联动模式时，点击吹扫按钮，空压机启动，延时1 min 后，吹扫电磁阀打开，管路开始吹扫，吹扫1 min 后，空压机停止运行，同时吹扫电动阀关闭。吹扫时间及当前空压机压力等均在操作界面上显示，同时可对吹扫时间进行更改延长或缩短雾炮吹扫时间。操作界面如图6 所示。

图6 雾炮吹扫装置操作界面图

3 应用效果

目前，雾炮抑尘系统的优化改造已在一台取料机上进行试用，通过观察，取料机斗轮头部的4 台雾炮能够将斗轮取料起尘点全部覆盖，同时雾炮吹扫装置的安装很好地解决了雾炮喷嘴结冰的问题，经过一个冬季的试用未出现结冰及雾炮泵憋压导致泵或管路损坏的情况。雾炮优化改造不仅提升了港口设备的环保效果，同时节省了大量的维修人工和物资费用。

生产作业过程中因雾炮等环保设备造成的设备停机不断增加，在对取料机进行雾炮系统优化提升后，能够明显地发现因雾炮系统造成设备停机的时长减少。同时雾炮清冰的工作量急剧较少，雾炮吹扫装置安装完成后基本不需要进行人工清理积冰工作。

某港口公司共10 台取料机，按照冬季时间段12 月份至次年2 月底3 个月内安排雾炮清理积冰的工作单下达量为98 条。每个工单按照平均6 h 工作量计算，总工作量为98×6=588 h，按照人工每60 元/h 计算，节约清理积冰工作的人工费用为588×60=35 280 元。

取料机生产作业按照平均流量3 500 t/h，作业费为22.5 元/t，按照50%的作业计划，由于清理积冰造成停机延误生产费用为588×3 500×22.5×50%=2 315.25万元。

可知安装雾炮吹扫装置后，10 台取料机每年可以为公司节省成本约35 280+23 152 500=2318.778 万元

取料机雾炮吹扫装置的安装试验成功为后续堆料机、装船机等设备提供了参考，后续计划在堆料机和装船机雾炮系统中安装吹扫装置。

4 结语

针对冬季结冰问题，对1 台取料机雾炮系统进行优化改造，改造完成后经过冬季低温天气运行检验，系统运行平稳，起到很好的抑尘效果。将雾炮系统优化改造成果在示例港口公司的10 台取料机，6 台堆料机，4 台装船机上进行推广应用，取得良好的效果，成功解决雾炮喷嘴结冰的问题，保证了煤炭码头单机全天候条件下环保生产，使现场环境得到极大的改善，显著提高了港区环境卫生情况，同时为公司节省了大量人工成本。