桥式抓斗卸船机微米级干雾抑尘系统的应用优化

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  摘 要:文中详细分析了桥式抓斗卸船机干雾抑尘系统在应用中存在的喷雾效果不佳和设备容易损坏等问题,经过科学探讨,提出了结构设计、设备改造以及系统优化等一系列有针对性的解决办法。经实践检验,优化后的系统具有良好的喷雾除尘效果,不仅满足了生态环保要求,而且提高了企业生产效率,保证了生产需求,产生了较大的社会示范效益。
  关键词:桥式抓斗卸船机;干雾抑尘;改造;系统优化
  沧州黄骅港矿石码头一期2个泊位6台桥式抓斗卸船机额定起升重量为65t,单机额定效率为2750t/h,由大连华锐重工集团有限公司设计制造。该卸船机机型为机械四卷筒牵引式,主要由大车走行机构、起升开闭小车运行机构、臂架俯仰机构、料斗机构和干雾抑尘系统组成,其中干雾抑尘系统是卸船机作业最主要的环保抑尘装置,是实现绿色环保卸船作业的核心保障。现场卸船机干雾抑尘系统包含水源供给系统、压缩空气供给系统、干雾抑尘主机、水气分配系统、喷雾系统及其连接管路、阀件、主控电气系统组成。其通过管道增压水泵向系统供水,通过螺杆式空气压缩机、储气罐向系统供给压缩空气,通过干雾机的分配和调压,压缩空气在喷头处高速通过喷头导流孔,与液滴混合。空气在高压下高速运行、产生高频机械声波,通过谐振腔产生冲击波,将液滴剪切成微米级大小雾化状态,在高速声爆中定向喷射,形成定点抑尘的作用。
  1系统应用背景及工作原理
  本公司使用的2750t/h桥式抓斗卸船机为四卷筒牵引式结构,工作过程中通过抓斗抓取物料,物料依次通过大漏斗、振动给料器、移动分叉溜槽小车到导料槽,最终落入受料皮带。由于卸船机物料转载点多且落差大,放料和转载的物料扬尘不可避免,尤其是抓斗在大料斗上方放料过程,是卸船机作业的主要起尘位置。为响应国家的环保需求,确保绿色环保的卸船作业,公司引入一套微米级干雾抑尘设备作为卸船机的主要抑尘措施。其通过管道增压水泵向系统供水,通过螺杆式空气压缩机、储气罐向系统供给压缩空气,通过干雾机的分配和调压,在喷头处,压缩空气高速通过喷头导流孔,与液滴混合,由于空气在高压下高速运行、产生高频机械声波,通过谐振腔产生冲击波,将液滴剪切成微米级大小雾化状态,在定向的高速声爆中定向喷射,产生定向抑尘喷雾,来确保各起尘点扬尘在合理范围内。
  2系统应用中的问题分析
  该干雾抑尘系统在实际应用中发现,料斗区喷雾箱喷头在长时间使用后,喷雾距离变短,压力变小,加上开放式斗区结构,使得在风天作业时水雾更容易被吹散,到达不了目标位置;经现场观察和多点测试发现,管路、喷头、干雾箱内腐蚀电解严重,管路整体路由布置不合理、系统控制管路通断的阀件过多,从增压泵到喷雾终端管路压力降太多,满足不了雾化和喷射要求;同时,喷雾箱布置在料斗内侧,喷头及喷雾箱上的相关维修清理在作业期间无法进行,作业间隙维修任务量大,维护和保养难以适应、匹配作业要求;上水箱、管路腐蚀严重,过滤系统单一,过滤器堵死情况时常发生,拆除滤芯后喷头堵塞加剧;沿海冬天气温低,冬天作业间隙时常出现管道增压泵、干雾喷头结冰上冻的情况,导致干雾无法投入使用。
  2.1 开放式斗区结构的散雾现象
  卸船机料斗區大料斗斗体、两侧挡风壁、海陆侧接料板以及接料板驱动组成。海、陆侧接料板通过驱动卷筒实现抬起和落下,大机正常作业时接料板需放平,其目的是为了接住抓斗运行过程和开斗时的撒漏料,避免落料伤人,抬起后清理接料板上积料。两侧料斗壁内侧分别安装了4组集成式喷雾箱,抓斗回斗放料后开启喷雾,起到抑制放料扬尘的作用。由于干雾抑尘受空气流动影响很大,对相对封闭的空间要求较高。大机作业时海陆侧接料板平放,海陆侧起风后从两侧挡风壁之间形成风道,干雾在未到达目标点即被吹散。
  2.2系统工作中喷头容易堵塞
  卸船机料斗区是卸船机作业的高扬尘区。由于卸船机的特殊工作方式和起尘特点,斗壁两侧共计布置集成式喷雾箱8组、喷头64个。卸船机抓取作业时干雾系统在间断循环工作制下,当单个循环喷射结束后,粉尘飘散容易进入喷头结构内,长时间积累腐蚀容易堵塞喷头。加上水源及管路腐蚀带来的杂质,喷头堵塞是干雾抑尘系统最常见且不可避免的问题。斗区喷雾箱布置在料斗两侧挡风墙内壁,即抓斗的运行线和开斗区域,出现问题后作业期间无法进行检查确认和维修。作业结束后维修任务量大,且斗壁内无合适维修点,维修效率低下,且存在安全风险,作业间隙无法确保维修程度和覆盖面,形成恶性循环。
  2.3 管路设计腐蚀严重且检修困难
  现场卸船机一套干雾抑尘系统控制5个抑尘点,且布置在不同高度上,原管路布置大部分在廊道外侧和大腿外侧,不具备检修条件。并且,原管路腐蚀严重、管壁过薄,在高振动的卸船机上经常出现断裂情况,并且断裂后无法修复,更换管路两端厚度差别大,焊接效果差。另外,上水水源为含矿污水处理后的水源,本身杂质较多,加上管路腐蚀杂质、水罐、泵体的腐蚀杂质,原有的反冲洗过滤器经常完全堵死,不具备投入使用的条件。
  2.4低温天气泵站易冻结且综合利用率低
  干雾抑尘水系统泵站布置在卸船机一层西侧大梁上,露天安装,泵站分两套路由,一套控制干雾抑尘上水,另一套控制大机冲洗系统上水。由于现场冬天气温低,最低时可达零下20℃,泵站停转后经常出现泵体、阀件和管路冻结,起风天气泵运转过程中也会出现冻结的情况。其次,干雾水泵利用率高,容易损坏,损坏后干雾系统瘫痪,无法使用,维修耗时长,而冲洗泵利用率低,闲置时也造成腐蚀耗损。
  3 系统优化方案
  上述问题不仅对周边生态环境产生不良影响,而且降低生产效率,严重影响和制约公司生产进度。为使卸船机在工作状态下干雾抑尘系统具有良好的喷雾效果并能连续、稳定运行,在故障发生后又能高效排除,因此,卸船机干雾抑尘系统的应用优化势在必行。
  3.1 料斗区刚性半封闭结构设计及回斗控制优化   根据分析可知,封堵料斗海陆侧风道、降低抓斗回斗工作面高度,使抑尘位置在相对封闭的空间内且在空气低压区进行,可有效缓解散雾现象,延长干雾与粉尘颗粒结合的时间,起到良好抑尘效果。
  (1)降低抓斗回斗工作面高度。通过SIMOTION控制器实时对抓斗运动轨迹计算模拟,在满足抓斗出斗、回斗正常加减速的情况下,抓斗正常作业回斗高度目标位可从+29.0m降到+26.1m,与挡风壁喷雾箱标高(25.8m)基本持平,使喷雾箱喷射的水雾直接作用于落料气流带起的粉尘上,避免落料气流吹散干雾。
  (2)根据现场情况,选用喷射压力更强、喷射距离更远的USL03型喷头替换之前封闭空间内使用的05/07型喷头,进一步抵御干雾吹散的情况。
  3.2 斗区喷雾箱外移及双工位喷雾箱支座设计
  为方便料斗区喷雾箱及喷头的维护,需将料斗区喷雾箱外移,使得发现问题后可在作业同时安全、便捷的进行维修,同时加强喷雾间隙喷头的自清能力,缓解外部扬尘堵塞。
  (1)在不破坏两侧挡风壁主体受力结构的前提下,重新设计喷雾箱长度,将原本4组的喷雾箱改为5组。在两侧挡风壁立柱之间切适合喷雾箱尺寸的长条孔,使喷雾箱前端探进都封闭20mm,固定点设计在挡风壁外侧,实现喷雾箱外移。
  (2)为方便维修,设计特定喷雾箱支架,支架一端铰接固定在挡风壁上,一端通过纵向法兰固定喷雾箱,方便微调喷雾角度。支架可满足两个工作状态下的工位固定,即正常工作状态下垂直挡风壁固定实现喷雾,维修状态下平行挡风壁固定,喷头外翻至检修平台工作面,实现便捷、安全的维修。靠固定在喷雾箱上的手柄,可实现单人对工位的切换。
  (3)优化喷雾箱水、气路电磁阀打开时机,喷雾开始前,提前5s打开气路电磁阀建立管路压力,同时压缩空气对喷头进行吹扫清理;喷雾结束后,延时3s关闭气路电磁阀,对喷头上已粘上的粉尘和水滴进行清理,从而实现一个工作循环两次进行喷头自清理,缓解堵塞情况。
  3.3泵站保溫房无损安装及双泵切换系统改造
  (1)在泵站位置安装保温层为100mm厚的保温房,起到挡风保温的作用。但是由于,泵站平面布置,整体占地区域为4700mm*1300mm,安装保温房后房子体积太大,风载大、制造成本高。为减小泵站占地,根据管路特点,缩短阀件之间直管长度,并将泵站管路系统分层布置,根据管件重量,将流量计、控制阀件等较轻管件在上层安装,将泵站整体占地缩减至2300mm*1300mm。
  (2)保温房的安装位置为卸船机西侧下门梁,该梁为卸船机主体钢结构、且为封闭钢结构,为确保结构安装,无法打孔或施焊,所以保温房固定无法螺栓连接和焊接。根据大梁断面结构,将保温房底座做成框架结构,利用防翻钩将保温房底座钩挂在大梁踏面两侧延伸端处;防翻钩现场制作,钩槽与大梁踏面钢板厚度接近一致,另一端焊接在保温房底座上,并且利用施焊时钢材的收缩使防翻钩贴紧大梁踏面底侧,并可利用小楔块进一步楔紧,使底座与保温房紧密结合、形成整体,实现在大梁上无损固定的效果,。
  (3)根据现场干雾除尘系统和冲洗系统的布置形式,通过管路和阀件将两个系统水路流向连通、在连通管路上增加控制球阀,并在各自系统的出水管路上增加控制球阀,通过阀件的开、关控制新增管路的开闭和各自系统出水管路的通断,实现在正常模式下干雾系统和冲洗系统分别使用。
  3.4水、气控制系统优化
  (1)取消干雾机内水路减压阀、取消水、气路系统上所有气动阀、电磁阀全部改为机械球阀,且保持常开,干雾机内水路气动阀保持常开状态、只在检修状态下恢复,只在料斗两侧进入喷雾箱前的水、气主管路安装电磁阀和气路减压阀,控制上只通过主令PLC的开斗信号传递到干雾除尘PLC,使其在终端只控制主管路电磁阀,从而避免管路上的系统压力损失;
  (2)拆除喷雾箱上控制水路的气动阀,只依靠主水路上电磁阀控制;通过时间继电器,在PLC控制干雾喷雾时,延迟水路电磁阀开启,使5组喷雾箱最远端也能建立工作压力,再进行喷雾,避免同时开启造成远端喷雾箱工作迟滞的问题。
  4结语
  本文详细分析了微米级干雾抑尘系统在开放式斗区结构的散雾现象成因,说明了原喷雾箱设计存在的弊端;对原管路路由设计的不合理因素进行了细致剖析,发现了该设计造成的管道腐蚀和带来的维修不便后果;同时对冬季寒冷天气下泵房易冻结和水气控制系统设计不合理等问题进行了仔细探讨,有针对性的提出了一系列解决办法。通过对料斗区刚性半封闭结构设计及回斗控制优化、斗区喷雾箱外移及双工位喷雾箱支座改造、管路路由及分级过滤系统再设计、泵站保温房无损安装及双泵切换系统改造以及水、气控制系统优化,解决了卸船机常规作业中干雾抑尘系统出现的各类问题。结果显示,进行优化后的干雾抑尘系统具有良好的喷雾除尘效果,不仅满足了生态环保要求,而且提高了企业生产效率,保证了公司日常生产需求,产生了较大的社会示范效益。
  参考文献:
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