神華北電勝利能源有限公司 內(nèi)蒙古錫林浩特 026000

由 國(guó)家能源投資集團(tuán)有限公司投資建設(shè)的勝利發(fā)電廠 2×660 MW 機(jī)組工程位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟錫林浩特市的東北郊，是錫盟—山東特高壓輸電通道的配套煤電項(xiàng)目之一，通過(guò)錫盟—北京東—濟(jì)南雙回線路向京津及冀北電網(wǎng)和山東電網(wǎng)送電。為滿足勝利發(fā)電廠燃煤需求，建設(shè)了一條由勝利一號(hào)露天煤礦至勝利發(fā)電廠的廠外輸煤系統(tǒng)，該系統(tǒng)同時(shí)還可為周邊 2 座電廠提供燃煤。系統(tǒng)全長(zhǎng) 13.81 km，由 6 條帶式輸送機(jī)組成。為了發(fā)揮系統(tǒng)的最大效率，減少土地占用，其中 2 條 10.16 km 的帶式輸送機(jī)采用煤灰雙向運(yùn)輸方式，設(shè)計(jì)正向輸送煤炭 1 000 萬(wàn)t/a，反向輸送電廠粉煤灰 200 萬(wàn) t/a。

錫林浩特市位于內(nèi)蒙古東部，屬中溫帶半干旱大陸性氣候，其主要?dú)庀筇卣魇呛?、風(fēng)大、干旱。勝利一號(hào)露天煤礦至勝利發(fā)電廠的廠外輸煤系統(tǒng)途經(jīng)草原，上跨錫林河，臨近村莊，環(huán)境保護(hù)非常重要。勝利一號(hào)露天煤礦煤種為中灰、低硫、低磷褐煤，全水分 36.5% 左右，平均基低位發(fā)熱量為 3 500 kal/kg。原輸煤系統(tǒng)冬季設(shè)備運(yùn)行時(shí)，因煤的含水率較高，易與輸送帶凍結(jié)，清掃器無(wú)法有效清除帶面粘煤，帶式輸送機(jī)回程輸送帶與回程托輥接觸后，沿線落煤嚴(yán)重，清掃費(fèi)時(shí)費(fèi)力，影響輸煤系統(tǒng)效率，同時(shí)還存在較大的安全、環(huán)保隱患。為降低輸送系統(tǒng)沿線落煤，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，對(duì)長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)設(shè)置了輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置，使得與回程托輥接觸的輸送帶表面仍為非承載帶面，煤炭和粉煤灰輸送始終使用輸送帶承載面，既能保護(hù)輸送帶，延長(zhǎng)其使用壽命，又可以集中清理輸送帶回程帶面上的粉料，減少粉塵污染[1]，同時(shí)還可降低輸送帶跑偏的可能性，減少回程托輥的磨損，在一定程度上增加了托輥運(yùn)行的可靠性和使用壽命[2]。

1 輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置的選擇

輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置是將回程段輸送帶翻轉(zhuǎn) 180°，即在輸送機(jī)機(jī)頭卸載點(diǎn)之后的回程段，將輸送物料的承載面翻轉(zhuǎn)到上面，在機(jī)尾受料點(diǎn)前再將輸送帶翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)。其目的是避免輸送帶的承載面與回程分支托輥接觸，減少回程分支托輥的粘料和磨損，有利于帶式輸送機(jī)運(yùn)輸環(huán)境的清潔，避免對(duì)沿線環(huán)境造成污染[3]。當(dāng)帶式輸送機(jī)需要雙向輸送物料時(shí)，即回程輸送帶也輸送物料時(shí)，同樣需要采用輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置，以滿足回程段輸送帶承載面輸送物料的要求。

輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置的類型有自然翻轉(zhuǎn)式、托輥導(dǎo)向式和滾輪支承式[4]。自然翻轉(zhuǎn)式是在輸送帶 2 個(gè)固定夾輥間不用任何支撐裝置，自然翻轉(zhuǎn) 180°，該方式容易引起輸送帶嚴(yán)重下垂和折疊，適合帶寬較窄和帶速較低的帶式輸送機(jī)。托輥導(dǎo)向式可根據(jù)輸送帶的規(guī)格、帶速和張力等情況，在輸送帶 2 個(gè)固定夾輥間的翻轉(zhuǎn)區(qū)域增加 3 組或更多組 45°、90°、45°的托輥導(dǎo)向裝置[5]，引導(dǎo)翻轉(zhuǎn) 180°，這種方式應(yīng)用較多，比自然翻轉(zhuǎn)式適用范圍廣。滾輪支承式是在 2 個(gè)固定夾輥間設(shè)置若干個(gè)鼓形滾輪，使輸送帶在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中形成筒形，這種方式利用輸送帶成管后的扭轉(zhuǎn)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，輸送帶張力均勻且占用空間小[6]。

根據(jù)帶式輸送機(jī)機(jī)頭部和機(jī)尾部的實(shí)際布置情況，設(shè)計(jì)采用托輥導(dǎo)向式翻轉(zhuǎn)裝置。

2 輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計(jì)

帶式輸送機(jī)需要較長(zhǎng)的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)輸送帶的翻轉(zhuǎn)，在短距離帶式輸送機(jī)上設(shè)置翻轉(zhuǎn)裝置使用效果不明顯，還增加了設(shè)備故障點(diǎn)和工程投資，而在長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)上使用輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置則很有必要。本工程中，在 M704、M705、M706 3 條長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)上設(shè)置了輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置，其中 M704 帶式輸送機(jī)長(zhǎng)度為 1.57 km，提升高度為 29 m，單向輸煤；M705 帶式輸送機(jī)長(zhǎng)度為 8.67 km，提升高度為 44 m，M706 帶式輸送機(jī)長(zhǎng)度為 1.27 km，提升高度為 89 m，這 2 條均為雙向運(yùn)輸，即上帶面輸煤、下帶面運(yùn)灰。M705 帶式輸送機(jī)由于距離長(zhǎng)，需要穿越村莊、公路、鐵路和河流，采用了水平轉(zhuǎn)彎技術(shù)，3 個(gè)轉(zhuǎn)彎段的轉(zhuǎn)彎半徑分別為 4、3 和 5 km。為了合理布置驅(qū)動(dòng)裝置，降低輸送帶強(qiáng)度，采用了頭 2 中 2 尾 1 的 5×1 400 kW 多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式。

上述 3 條帶式輸送機(jī)的帶寬B=1.6 m、帶速v=4.0～4.5 m/s，均采用鋼絲繩芯輸送帶。根據(jù) GB 50431—2008《帶式輸送機(jī)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，采用托輥導(dǎo)向式翻轉(zhuǎn)裝置，翻轉(zhuǎn)裝置的長(zhǎng)度不小于22B(即 35.2 m)[7]。本工程帶式輸送機(jī)輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置的長(zhǎng)度在滿足規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)工藝布置的實(shí)際需要確定。

下面以 M705 帶式輸送機(jī)為例，重點(diǎn)介紹輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置在長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用。

3 M705 帶式輸送機(jī)的整機(jī)布置

M705 帶式輸送機(jī)為長(zhǎng)距離煤灰雙向運(yùn)輸帶式輸送機(jī)，為保證煤和灰始終處在輸送帶承載面上，輸送帶非承載面始終與回程分支托輥接觸，在輸送機(jī)機(jī)頭和機(jī)尾處布置了輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置，如圖 1 所示。這種布置方式是將帶式輸送機(jī)頭部、尾部輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置集中在轉(zhuǎn)載站內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了輸送帶翻轉(zhuǎn)區(qū)域集中落料、集中清理，同時(shí)杜絕了帶式輸送機(jī)沿途分散式落料的狀況，解決了帶式輸送機(jī)沿線落煤污染環(huán)境的難題[8]。

圖1 M705 帶式輸送機(jī)的整機(jī)布置Fig.1 Overall layout of M705 belt conveyor

3.1 頭部翻轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計(jì)

在初始設(shè)計(jì)階段，M705 帶式輸送機(jī)頭部輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置設(shè)計(jì)在驅(qū)動(dòng)裝置和張緊裝置之后，張緊裝置上層。此處輸送帶張力較低，導(dǎo)向裝置的受力較小，有利于輸送帶的導(dǎo)向和翻轉(zhuǎn)，張緊滾筒始終與輸送帶非承載面接觸，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，輸送帶不易跑偏。而將輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置布置在張緊裝置上層，可利用轉(zhuǎn)載高度和空間，轉(zhuǎn)載站結(jié)構(gòu)較為緊湊，也減少了轉(zhuǎn)載站的體積，降低了工程投資。M705 帶式輸送機(jī)頭部翻轉(zhuǎn)裝置如圖 2 所示。

圖2 頭部翻轉(zhuǎn)裝置Fig.2 Overturning device at head

3.2 尾部翻轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計(jì)

在初步設(shè)計(jì)階段，M705 帶式輸送機(jī)機(jī)尾部輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置設(shè)計(jì)在尾部卸料點(diǎn)之后，位于地面層，這樣布置設(shè)備安裝空間大，檢修方便，也便于清掃地面落料。缺點(diǎn)是地面落料堆積到一定高度就需要及時(shí)清理，否則會(huì)造成故障停機(jī)。地面落料需要通過(guò)人工、機(jī)械配合運(yùn)輸?shù)街付▍^(qū)域。M705 帶式輸送機(jī)尾部翻轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計(jì)如圖 3 所示。

圖3 尾部翻轉(zhuǎn)裝置Fig.3 Overturning device at tail

4 輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置的優(yōu)化

勝利發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)外高寒地區(qū)煤灰雙向運(yùn)輸?shù)氖状卧O(shè)計(jì)，智能化應(yīng)用程度高，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守、有人巡視。工程處在高寒草原地區(qū)，粉塵控制是工程的重點(diǎn)之一，如能減少人員參與，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清掃，就可以減少職業(yè)病對(duì)員工的危害，進(jìn)一步提升智能化應(yīng)用水平。因此，對(duì)輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行了優(yōu)化，為實(shí)現(xiàn)輸煤系統(tǒng)綠色環(huán)保和安全平穩(wěn)運(yùn)行提供了保障。

4.1 頭部翻轉(zhuǎn)裝置的優(yōu)化

受工藝影響，輸送帶頭部翻轉(zhuǎn)裝置布置在張緊裝置正上方的 2 層樓面，此處落料收集后，不利于物料轉(zhuǎn)運(yùn)。如實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)裝置處落料自動(dòng)清掃，則需進(jìn)行較大調(diào)整，提升轉(zhuǎn)載站高度，增加大量工程投資。經(jīng)對(duì)比分析，提升轉(zhuǎn)載站高度的做法不經(jīng)濟(jì)，最終確定在翻轉(zhuǎn)裝置后方的同層樓板處設(shè)置落料溜槽，人工清掃的落料經(jīng)過(guò)此溜槽轉(zhuǎn)載到回程運(yùn)灰?guī)嫔线\(yùn)走，避免了由 2 層樓面轉(zhuǎn)運(yùn)至 1 層，再經(jīng)過(guò)汽車外運(yùn)，節(jié)省了大量人力、物力和轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間，優(yōu)化后的頭部翻轉(zhuǎn)裝置如圖 4 所示。

圖4 優(yōu)化后頭部翻轉(zhuǎn)裝置Fig.4 Overturning device at head after optimization

4.2 尾部翻轉(zhuǎn)裝置的優(yōu)化

通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，將尾部輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置由轉(zhuǎn)載站1 層移至頂層，降低了轉(zhuǎn)載站的高度，取消了與轉(zhuǎn)載站連接的一部分棧橋。由于尾部卸料點(diǎn)高度降低，在滿足凹弧段最小曲率半徑的前提下，機(jī)尾也縮短了 30 m，降低了工程投資。優(yōu)化后的尾部翻轉(zhuǎn)裝置如圖 5所示。

圖5 優(yōu)化后尾部翻轉(zhuǎn)裝置Fig.5 Overturning device at tail after optimization

翻轉(zhuǎn)裝置移至頂層后，其下層設(shè)備是運(yùn)灰?guī)?，在翻轉(zhuǎn)裝置下方加設(shè)落料溜槽后，可將煤灰卸載至運(yùn)灰?guī)嫔?，輸送系統(tǒng)運(yùn)行后落地煤灰粉塵較大，可以考慮在翻轉(zhuǎn)裝置下安裝小型輸送設(shè)備，實(shí)現(xiàn)落地煤灰的自動(dòng)清掃和自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)。

4.3 輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置的細(xì)節(jié)優(yōu)化

由于輸送帶較寬，翻轉(zhuǎn)裝置較長(zhǎng)，輸送帶垂度較大，為保證系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，除中間設(shè)置 90°托輥導(dǎo)向裝置外 (見圖 6)，還在兩側(cè)增設(shè)了 45°托輥導(dǎo)向裝置 (見圖 7)。

圖6 90°托輥導(dǎo)向裝置Fig.6 90°roller guide

圖7 45°托輥導(dǎo)向裝置Fig.7 45°roller guide

錫林浩特地區(qū)一年四季多風(fēng)，為避免輸送帶翻轉(zhuǎn)區(qū)域煤灰的二次污染，本工程除 M704 輸送機(jī)尾部受地形及空間限制未進(jìn)行封閉設(shè)計(jì)，其他所有輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置均布置在獨(dú)立的樓層并進(jìn)行封閉設(shè)計(jì)。同時(shí)輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置區(qū)域附近樓板的煤灰清理工作必須在停機(jī)后進(jìn)行，可使用人工負(fù)壓除塵設(shè)備清掃。從安全生產(chǎn)的角度出發(fā)，必須在輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置的兩側(cè)加設(shè)防護(hù)欄桿，同時(shí)進(jìn)行安全監(jiān)控。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，使長(zhǎng)距離煤灰雙向運(yùn)輸帶式輸送機(jī)輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計(jì)更加合理，經(jīng)過(guò)在勝利一號(hào)露天煤礦至勝利發(fā)電廠的長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用表明，該輸送帶翻轉(zhuǎn)裝置能夠有效提高帶式輸送機(jī)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，降低故障停機(jī)率和運(yùn)行成本，綠色環(huán)保，延長(zhǎng)了帶式輸送機(jī)的使用壽命，為高寒地區(qū)帶式輸送機(jī)輸送翻轉(zhuǎn)裝置的應(yīng)用提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。