張　波

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粉煤灰加濕輸送裝置的研制

張波

摘要作者針對(duì)清潔生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)的要求，借鑒LS螺旋輸送機(jī)原理，研制了一套具備攪拌、輸送、加濕功能的設(shè)備，本文主要介紹了研制過(guò)程和具體的研究?jī)?nèi)容。這套設(shè)備的研發(fā)應(yīng)用，有效降低了粉末廢棄物料排放過(guò)程中的二次揚(yáng)塵污染，對(duì)改善工作環(huán)境，減少粉塵排放效果顯著。

關(guān)鍵詞粉煤灰、雙螺旋、攪拌、輸送機(jī)、加濕

1　前言

同煤集團(tuán)中央機(jī)廠家屬區(qū)距離城市生活區(qū)約13 km，大部分屬于老住宅樓，建于上世紀(jì)60年代，沒(méi)有相關(guān)現(xiàn)代化供暖系統(tǒng)的配套設(shè)施。由于地理位置以及舊建筑管路系統(tǒng)的限制，無(wú)法接入集中供暖。因此，冬季一直沿用燃煤鍋爐供暖的方式。

鍋爐供暖對(duì)環(huán)境的污染是比較嚴(yán)重的，如煙塵的排放，燃燒后固體廢棄物后續(xù)輸送及處理等方面。住宅小區(qū)當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)環(huán)保要求低，鍋爐房的建設(shè)離居民區(qū)較近，在煤炭燃燒后排灰過(guò)程中，粉煤灰顆粒較小，容易隨風(fēng)飄散造成二次揚(yáng)塵污染，嚴(yán)重影響附近居民和周邊環(huán)境。

鍋爐房設(shè)計(jì)為舊式結(jié)構(gòu)，排灰設(shè)備處的空間非常窄小，很難更換成套的自動(dòng)化輸送設(shè)備。加之在實(shí)際的工況條件是鍋爐入爐原料煤的粒度為200目，燃燒后粉煤灰的粒度也非常細(xì)微，遇到水以后處于漂浮狀態(tài)；因此，無(wú)法采用直接灑水的辦法來(lái)降塵。

多年來(lái)，這個(gè)棘手的技術(shù)難題一直沒(méi)有得到解決。在詳細(xì)分析了排灰系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局特點(diǎn)后，若在粉煤灰密閉輸送過(guò)程中增加一套簡(jiǎn)易噴水降塵系統(tǒng)，將粉煤灰與水進(jìn)行充分的混合，使其達(dá)到不起塵的濕度，可解決二次揚(yáng)塵的問(wèn)題。因此，需研制一套具備攪拌傳送與噴水降塵功能的封閉式粉狀物料輸送裝置，即將粉煤灰從排放口直接輸入到攪拌設(shè)備、設(shè)備內(nèi)部自帶降塵功能的水霧噴嘴，實(shí)現(xiàn)輸送粉狀物料的同時(shí)對(duì)其噴水?dāng)嚢杌旌?，達(dá)到對(duì)粉煤灰加濕的效果。

2　主要研究?jī)?nèi)容

2.1工作原理

針對(duì)鍋爐房輸送工段的現(xiàn)場(chǎng)條件，設(shè)計(jì)采用雙軸螺旋輸送機(jī)將物料從進(jìn)料口加入，當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，物料受到螺旋葉片法向推力的作用向前推進(jìn)。該推力的徑向分力和葉片對(duì)物料的摩擦力，也有可能帶著物料繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，但由于物料本身的重力和料槽對(duì)物料的摩擦力的緣故，才不與螺旋葉片一起旋轉(zhuǎn)。在物料輸送過(guò)程中，噴水系統(tǒng)工作，將水霧噴灑在物料上，通過(guò)葉片的旋轉(zhuǎn)攪拌，實(shí)現(xiàn)粉煤灰與水的充分混合。

2.2工況參數(shù)

輸送物料：粉煤灰

粉塵的松散密度：ρ=0.85 t/m3

粉塵的最大粒度：d≤0.05 mm

輸送能力：15 t/h

攪拌輸送距離：L≤2 m

環(huán)境溫度：-30℃～18℃（塵埃較大）

輸送傾角：近似0°

2.3粉煤灰加濕輸送裝置關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算

2.3.1螺旋直徑

其中：

Q—輸送量；

?—填充系數(shù)，取0.25～0.3，此處選0.25；

t—螺距，查表一般等于D；

n—轉(zhuǎn)速，r/min，查表選擇60 r/min；

C—傾角系數(shù)，查表可得c=1.0

帶入數(shù)據(jù)得：

根據(jù)JS系列螺旋輸送機(jī)選擇關(guān)系，

D＝160 mm；200 mm；250 mm；315 mm；400 mm；500 mm；630 mm

取D=315 mm

2.3.2螺距t

（t值一般為螺旋葉片的0.8～1.0倍）

即t=（0.8-1.0）×D

為了防止雜質(zhì)（如破損的布袋等）進(jìn)入攪拌系統(tǒng)，影響葉片的壽命，螺距確定為315 mm。

2.3.3電動(dòng)機(jī)功率

由于安裝空間較為狹小，采用單電機(jī)動(dòng)力方式[1]。

其中Q—輸送量，t/h

ω0—阻力系數(shù)（ω0值查表螺旋輸送機(jī)常用物料的填充、特性、綜合系數(shù)表）；

H—物料輸送高度落差，上運(yùn)取“+”，下運(yùn)取“-”，近水平條件下取0；

L—螺旋輸送長(zhǎng)度，m

D—螺旋輸送機(jī)直徑，m

輸送能力根據(jù)工廠鍋爐房燃燒值計(jì)算：

帶入直接數(shù)據(jù)得

由于攪拌功能需要采用雙軸結(jié)構(gòu)，功率應(yīng)至少為單軸功率的2倍。P1＞0.717 kW

考慮到冬季加濕物料容易結(jié)冰，以及物料浸水后產(chǎn)生的粘滯阻力，雙軸螺旋攪拌機(jī)電機(jī)功率定為計(jì)算值的2～3倍，電機(jī)功率確定為：P=2.2 kW

2.3.4軸徑

根據(jù)設(shè)備安裝空間條件，運(yùn)輸距離為2 m，主機(jī)只能設(shè)計(jì)為單節(jié)方式，主軸跨度為2 m，為了防止工作過(guò)程中發(fā)生主軸徑向震動(dòng)，使兩軸發(fā)生干涉，并由計(jì)算得之螺旋節(jié)距為315 mm，選擇主軸直徑為90 mm。

2.3.5粉煤灰加濕配比

經(jīng)過(guò)多次粉煤灰灑水的混合實(shí)驗(yàn)得知，粉煤灰與水的質(zhì)量比約為5：2時(shí)，獲得的混合物為最佳輸送狀態(tài)，既不產(chǎn)生揚(yáng)塵，也不因濕粘泥濘增加傳送阻力?？紤]到鍋爐燃燒煤質(zhì)的差異，同樣質(zhì)量的煤粉燃燒后的粉煤灰質(zhì)量也不同，通過(guò)定期檢查燃煤煤質(zhì)指標(biāo)與排灰量，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)水參數(shù)，保證粉煤灰與水5：2的配比，起到降塵的作用。

2.4粉煤灰加濕輸送裝置的研制

主機(jī)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

圖1主機(jī)設(shè)計(jì)圖

2.4.1主機(jī)架

在設(shè)計(jì)中，考慮到兩端瓦座距離較大軸承同軸度難以保證，將瓦座設(shè)計(jì)在主機(jī)架外部；而且，除了主軸穿過(guò)主機(jī)架且無(wú)配合關(guān)系外，其余位置關(guān)系均不相關(guān)，這樣解決了加工難的問(wèn)題。

主機(jī)架為密封箱梁，要求在焊接和機(jī)加工施工過(guò)程中確保焊縫連續(xù)而且密封性好，機(jī)加工過(guò)程中，相關(guān)密封配合面必須確保加工尺寸和加工精度要求。

2.4.2螺旋主軸：

主軸選型時(shí)，考慮到交替螺旋輸送，選擇了葉片式主軸結(jié)構(gòu)。主軸直徑90 mm，螺旋直徑315 mm。為了提高輸送和攪拌效果，葉片設(shè)計(jì)為扇形結(jié)構(gòu)，但是，由于交替間隙較小，扇形葉片的外形必須經(jīng)過(guò)三維驗(yàn)證，從而確定螺旋角度和扇形外形尺寸。雙軸的螺旋方向?yàn)槟嫦颉＝?jīng)過(guò)認(rèn)真反復(fù)校核，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，雙軸設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2、圖3。

2.4.3傳動(dòng)部分

圖2主傳動(dòng)軸（右旋軸）設(shè)計(jì)圖

圖3副傳動(dòng)軸（左旋軸）設(shè)計(jì)圖

根據(jù)參數(shù)計(jì)算結(jié)果，電動(dòng)機(jī)選型為2.2 kW電動(dòng)機(jī)，減速器選擇了擺線式減速機(jī)。為了減小輸送過(guò)程中的震動(dòng)，將電機(jī)與減速機(jī)選擇為一體機(jī)，連接強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，減小了使用過(guò)程中的噪音，從使用效果來(lái)看，噪音非常小[2]，傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)見(jiàn)圖4。

圖4傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)圖

2.4.4雙軸交互螺旋

雙軸之間采用配對(duì)齒輪傳動(dòng)，達(dá)到雙軸交互螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)同步，并且避免了葉片交叉干涉的問(wèn)題。兩軸間采用配對(duì)等速齒輪進(jìn)行傳動(dòng)。

2.4.5加濕系統(tǒng)

加濕系統(tǒng)由進(jìn)水管、球閥、分水管及噴霧裝置構(gòu)成。為保證水霧與粉煤灰充分混合，在約1 m長(zhǎng)的管道上加設(shè)4條分管道，間距315 mm，在傳動(dòng)方向上同時(shí)噴霧，增大水霧與粉煤灰的接觸面。同時(shí)混合物的排出口留有觀察孔，通過(guò)觀察混合物狀態(tài)，實(shí)時(shí)調(diào)整進(jìn)水球閥，以控制水霧的噴灑量，保證粉煤灰與水霧的配比。

2.4.6密封部分

1）主機(jī)架上蓋與主機(jī)架結(jié)合面需增加橡膠板密封；

2）上蓋板兩節(jié)間隙處采用密封條密封；

3）主軸與主機(jī)架配合處，采用骨架密封，防止內(nèi)部灰塵從縫隙間溢出，影響環(huán)境，損壞傳動(dòng)齒輪嚙合齒面。

3　結(jié)語(yǔ)

本套裝置是受LS系列螺旋輸送機(jī)的傳動(dòng)方式的啟發(fā)研制而成，在粉塵輸送過(guò)程中噴水霧攪拌，使水與粉煤灰充分混合，起到降塵效果。經(jīng)過(guò)一年多時(shí)間的運(yùn)行使用，該套設(shè)備能夠滿足降塵要求，使排廢工作室的PM2.5濃度峰值由825 μg/m3降到了48 μg/m3，對(duì)避免二次揚(yáng)塵、改善周邊環(huán)境效果顯著，在燃煤鍋爐房有廣泛的推廣意義。

參考文獻(xiàn)

[1]《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)》編輯委員會(huì).運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，1999（1），334-338.

[2]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2008（1），16-146-148.

張波，男，1986年出生，山西渾源人，畢業(yè)于中北大學(xué)材料成形及控制工程專業(yè)?，F(xiàn)在山西大同煤礦集團(tuán)機(jī)電裝備中央機(jī)廠從事煤礦機(jī)械工藝和制造工作，助理工程師。

Development of Humidifying Conveyer of Fly Ash

Zhang Bo

Abstract：For the requirements of cleaner production and environmental protection，by using the principles of LS he?lix conveyor for reference，a set of the equipments with the mixing，transporting，humidifying function are developed，this article mainly introduces the development process and the specific research content. The research and application of the equipments effectively reduce the secondary dust pollution in the process of waste powder material emission，they have remarkable effect to improve the working environment and reduce dust emission.

Keywords：fly ash；double helix；Stirring；conveyor；humidification

收稿日期：2016-01-12

作者簡(jiǎn)介

中圖分類號(hào)TK223.27

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1000-4866（2016）02-0025-03