快速定量装车站气流导通设计应用

李银广，赵 奇

（神华北电胜利能源有限公司，内蒙古锡林浩特 026015）

0 引言

神华北电胜利能源有限公司露天煤矿核定生产能力2800万吨/年，原煤通过破碎系统、筛选系统、输煤系统、仓储系统至2 座快速定量装车站进行火车外运。快速定量装车站由钢结构支撑、缓冲仓、定量仓及液压平板闸门、液压装车溜槽等设备组成，具有快速定量、快速装车的优势[1]，装车能力5300 t/h，每节车厢装车时间在1 min 以内，单节装车精度≤0.2%。快速定量过程是保证装车站计量的一个关键环节，在快速定量过程中，因数十吨煤炭瞬间由缓冲仓下落至定量仓，定量仓内空气瞬间被置换，一部分空气由定量仓顶部的气流导通管道导回缓冲仓顶部，但是还有相当一部分气体被煤流覆盖挤压在定量仓底部形成较大冲击气团，对定量仓闸板缝隙形成巨大冲击压力，大量煤尘外溢，对周围环境产生较大污染，同时增加卫生清理工作量。

1 定量仓盖板溢尘机理

原煤经胶带机输送至快速定量装车站缓冲仓内进行缓冲[2]，快速定量装车站结构如图1 所示。在快速定量时，需先打开2～4个缓冲仓闸板，根据所装车厢容量进行放煤，70 t 煤瞬间落入定量仓内，由于定量仓结构为倒锥形结构，在定量仓底部空气无法瞬间排除，会被煤流挤压形成压缩空气。

由于定量仓闸板在定量时处于关闭状态，待定量完毕后方可开启装车，所以在定量仓底部形成的压缩气体无处可去，只能从定量仓闸板的缝隙处排向定量仓外部，在排出时会诱导大量煤尘随之排出，严重影响装车站工作环境，定量仓闸门结构如图2 所示。定量仓闸板盖板为闸板检修、巡检使用，使用密封条及紧固螺栓紧固密封，由于需要时常开启、关闭，导致盖板与基础结合处密封效果较差。另外，即使提高结合处的密封效果，含尘气流同样会通过其他缝隙排除，不能根治定量仓溢尘问题。

图1 快速定量装车站结构

2 定量仓气流导通设计

2.1 定量仓气流导通结构设计

图2 定量仓闸门结构

经调研，目前部分企业为解决定量仓溢尘问题时，使用缓冲与导通两种方法，但是将减压、导通两个过程分开进行，起不到良好的效果。研究表明，将缓冲与导通一体化进行，才能提高定量仓生产过程中溢尘的防尘抑尘效果。缓冲箱与导通管道同时应用，使压缩空气先流入缓冲箱将压力释放，再经过气流导通管道导入缓冲仓内，避免含尘气流排向外界造成二次污染。定量仓气流导通设计如图3 所示。

图3 定量仓气流导通设计

缓冲箱与导通管道安装于定量仓闸板盖板处，使含尘气流直接作用到缓冲箱内。导通系统与缓冲仓联通减小气流对缓冲箱的冲击。缓冲箱外侧安装检修门方便检修人员日常维护、检修工作。

2.2 定量仓气流导通尺寸设计

快速定量装车站缓冲仓、定量仓参数见表1。

当缓冲仓的4 套闸板同时开启时，对定量仓底部的空气压缩量达到最大，在下落煤层的挤压作用下，对周围空间产生压强，定量仓内压缩空气体积V==4.5 m3。其中，S1为定量仓闸门口面积，取S1=2.25 m2；S2为定量仓压缩气体顶部面积，S2=7.25 m2；h 为定量仓压缩气体的高度，h=1 m。

在常温下，空气的压缩系数为0.99，基本可以忽略不计，所以缓冲箱与导通管道总体积不得小于4.5 m3，才能容纳定量仓瞬时产生的压缩空气。

经测量，快速定量装车站单次定量时间为2 s，在2 s 内需要将4.5 m3的空气全部导通至缓冲仓内，得到单根导通管路最小横截面积=0.095 m2。其中，v 为压缩空气流速，取v=12 m/s；t 为单次定量时间，t=2 s。

表1 快速定量装车站缓冲仓、定量仓参数

计算得出，导通管路最小横截面积为0.095 m2，缓冲箱与导通管道总体积不得小于4.5 m3，所以根据导通管路的长度，完全可以计算出缓冲箱容积V1=V-S×2×L=2.79 m3。式中L 为导通管路的长度，取L=9 m。

由上式可以得出，在设计气流导通尺寸时，导通管路横截面积越大，缓冲箱容积可相对减小，导通管道尺寸及缓冲箱尺寸还要根据快速定量装车站实际空间及检修需求设计成不同结构尺寸，以达到导通管道与缓冲箱尺寸符合现场使用需求、不影响检修的目的。此案例为节省空间，将缓冲箱设计为异型结构，将导通管道设计为矩型结构，紧贴缓冲仓与定量仓进行布置，定量仓导通管路垂直向上与缓冲仓连接，连接口采用软连接方式，以免影响定量仓称重定量准确性。

3 应用效果分析

缓冲箱采用Q235A 普通钢材制作，厚度为4 mm，两侧设计安装有检修门，检修门采用左右对开方式。为提高检修门与缓冲箱的密封性，密封部位采用凹凸槽加密封条进行密封，开启部位使用2 个不锈钢压紧卡扣将检修门牢牢压紧，现场使用时密封效果较好，无煤尘溢出。经常开启关闭时，密封条极易损坏，导致密封效果变差，需及时更换密封条。另外冬季使用时，由于定量仓内气温较低，原煤容易冻住检修门，使检修门开启关闭不畅。

导通管道使用厚度为1 mm 的矩型管道制作而成，能够起到气流导通作用，但是管壁较薄，容易产生变形。另外在安装时注意管道不要与装车站钢结构、缓冲仓等其他部位有接触，因定量仓称重传感器直接测量定量仓内原煤重量，若导通管道与其他部位接触，将影响定量仓称重精度，所以导通管道在定量仓与缓冲仓连接部位还要安装软连接作为隔离。

定量仓气流导通应用后，彻底解决了定量仓每装载一节火车时，盖板缝隙大量煤尘外溢问题，改善了作业环境，降低煤尘清理工作量。改造后基本达到全年无尘，现场煤尘浓度经测量最低点为2 g/m3，最高点为4 g/m3，完全符合国家最新标准。

4 结语

快速定量装车站气流导通针对被煤流覆盖挤压在定量仓底部形成较大冲击气团造成煤尘外溢问题而设计，要与定量仓顶部的气流导通管道相配套使用[3]。快速定量装车站气流导通具有结构简易、制作成本低、使用效果好等优点，通过将缓冲箱与导通管道相结合的设计，有效解决了定量仓盖板缝隙抑尘问题。以上分析定量仓煤尘产生机理，给出气流导通结构、尺寸设计方法及设计、安装、使用时的注意事项，对应用效果进行分析，具有一定的推广价值。