任曉芬，郭軍霞，陳啟東，郭曉紅，王莉媛，王 偉

（1.河北工程大學(xué)能源與環(huán)境工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038；2.石家莊鐵道大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北 石家莊 050043）

皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，懸浮于工作環(huán)境中，嚴(yán)重威脅工人身體健康，影響設(shè)備正常運(yùn)行，降低企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。已有多位學(xué)者針對(duì)皮帶輸運(yùn)過(guò)程產(chǎn)塵原因、粉塵分布規(guī)律及影響因素和粉塵治理技術(shù)等方面進(jìn)行大量研究，本文重點(diǎn)從上述3 個(gè)方面進(jìn)行分析總結(jié)，并提出存在的不足及未來(lái)粉塵治理工作發(fā)展方向。

1 產(chǎn)塵原因

皮帶輸送物料過(guò)程中，大量粉塵產(chǎn)出的情況無(wú)法避免，產(chǎn)塵原因主要包括皮帶振動(dòng)或跑偏，溜槽、導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)不合理，物料誘導(dǎo)風(fēng)流與皮帶牽引風(fēng)流等方面。

1.1 皮帶振動(dòng)或跑偏

皮帶在連續(xù)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)不斷抖動(dòng)，導(dǎo)致物料顆粒相互碰撞與摩擦，使物料表面產(chǎn)生大量揚(yáng)塵。由于鋼絲繩芯輸送帶接頭硫化不正、人為安裝誤差及皮帶受力不均等因素引起的跑偏問題都會(huì)導(dǎo)致部分物料灑落[1]，產(chǎn)生揚(yáng)塵。

1.2 皮帶溜槽、導(dǎo)料槽結(jié)構(gòu)不合理

皮帶機(jī)溜槽落差或傾斜角度過(guò)大時(shí)，物料運(yùn)動(dòng)速度加快，產(chǎn)生向下的高速氣流，增強(qiáng)粉塵逸散能力。導(dǎo)料槽用于輸送機(jī)起到密封抑塵的作用，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，存在缺少緩沖密封箱、料槽截面尺寸較小等不合理的情況，出現(xiàn)漏料噴粉的情況。

1.3 物料誘導(dǎo)風(fēng)流與皮帶牽引風(fēng)流

當(dāng)物料運(yùn)動(dòng)到轉(zhuǎn)載點(diǎn)時(shí)，受到誘導(dǎo)氣流、剪切氣流與牽引氣流的共同作用，揚(yáng)塵最為嚴(yán)重。物料從上級(jí)皮帶末端下落至下級(jí)皮帶始端過(guò)程中產(chǎn)生強(qiáng)烈的誘導(dǎo)氣流，周圍空氣會(huì)隨皮帶機(jī)一起運(yùn)動(dòng)形成牽引風(fēng)流，物料表面細(xì)顆粒物揚(yáng)起，迅速?gòu)浬⒌娇諝庵?，污染工作環(huán)境。

2 粉塵分布規(guī)律及其影響因素

粉塵分布及其影響因素的研究對(duì)后續(xù)粉塵控制有指導(dǎo)作用，研究成果主要集中于物料自身特性、皮帶運(yùn)行參數(shù)、外界環(huán)境等方面。

2.1 物料自身特性

針對(duì)物料特性開展的研究有不同物料量、物料含水率、顆粒粒徑對(duì)粉塵分布規(guī)律的影響。物料量與產(chǎn)塵量是直接相關(guān)的，張子文等[2]對(duì)不同運(yùn)煤量下的粉塵分布規(guī)律模擬分析，證明運(yùn)煤量越大，揚(yáng)塵作用越明顯；袁明昌[3]研究了物料含水量對(duì)帶式輸送機(jī)巷道粉塵污染的影響，證明提高物料含水率可有效降低粉塵濃度；劉少虹等[4]對(duì)皮帶巷道風(fēng)流、粉塵濃度分布進(jìn)行模擬研究，得到顆粒起塵濃度與顆粒直徑成反比的結(jié)論。吳應(yīng)豪[5]模擬研究得到大顆粒粉塵在巷道中的沉降距離與粒徑成正比，小顆粒粉塵通常難以沉降，易隨風(fēng)流運(yùn)移。

2.2 皮帶運(yùn)行參數(shù)

皮帶輸送機(jī)機(jī)身抖動(dòng)程度隨運(yùn)行速度的增大而增強(qiáng)，物料更易發(fā)生碰撞與摩擦，皮帶誘導(dǎo)氣流與牽引氣流增大，使物料表面細(xì)小顆粒物脫離皮帶機(jī)，彌散到工作環(huán)境中。陳舉師等[6]采用實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對(duì)巷道內(nèi)氣流場(chǎng)與粉塵分布進(jìn)行研究，結(jié)果表明：皮帶速度是影響常溫物料粉塵擴(kuò)散的主要原因；有大量研究證明皮帶速度對(duì)巷道粉塵分布有明顯影響，粉塵濃度隨皮帶速度的增大而逐漸增加[3]。

2.3 外界環(huán)境

皮帶機(jī)多用于長(zhǎng)距離輸送，安裝在室外受外界氣候影響較大，由于環(huán)境保護(hù)和工藝流程的實(shí)際需求，更多的皮帶機(jī)設(shè)置在地下巷道或棧橋內(nèi)，通過(guò)設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)降低受限空間內(nèi)粉塵濃度，防止粉塵濃度過(guò)高發(fā)生爆炸。諸多學(xué)者針對(duì)通風(fēng)氣流對(duì)粉塵濃度的影響進(jìn)行了深入研究，王洪勝等[7]對(duì)膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)的氣流及粉塵運(yùn)移規(guī)律模擬分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)塵量變化規(guī)律與氣流波動(dòng)規(guī)律基本一致，存在明顯滯后現(xiàn)象；陳舉師[6]，汪日生[8]，汪佩[9]等采用不同研究方法得到了巷道風(fēng)流速度對(duì)粉塵濃度的影響，結(jié)果表明：在一定風(fēng)速范圍內(nèi)，粉塵濃度隨風(fēng)速的增加而降低，風(fēng)速增大對(duì)粉塵排出有促進(jìn)作用。

3 粉塵治理技術(shù)

國(guó)內(nèi)外多位學(xué)者對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程粉塵治理技術(shù)進(jìn)行了研究，具體表現(xiàn)為改善溜槽結(jié)構(gòu)、密閉負(fù)壓除塵、噴霧降塵和無(wú)動(dòng)力除塵4 種形式，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外選煤廠、鋼鐵廠等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，技術(shù)也日趨成熟。

3.1 改善溜槽結(jié)構(gòu)

改善溜槽結(jié)構(gòu)屬于粉塵源頭控制，在源頭處予以足夠的控制，可大幅降低能耗、提升除塵效率。有很多學(xué)者改善溜槽形式，并應(yīng)用于實(shí)際工程，降低了粉塵濃度，具有代表性的溜槽改進(jìn)方式及研究結(jié)果見表1。

表1 溜槽改進(jìn)相關(guān)文獻(xiàn)匯總表

3.2 密閉負(fù)壓除塵

密閉負(fù)壓除塵技術(shù)是采用密閉罩將皮帶局部或全部密封起來(lái)，將粉塵封閉在局部空間，并在密閉罩合適位置安裝吸塵器。在保證粉塵得到有效控制的前提下，合理確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)風(fēng)量至關(guān)重要，多位學(xué)者為此做了深入研究，具體研究?jī)?nèi)容與效果見表2。

表2 密閉負(fù)壓除塵系統(tǒng)相關(guān)文獻(xiàn)匯總表

3.3 噴霧降塵

噴霧除塵可有效降低粉塵濃度，高壓噴嘴將液體霧化成細(xì)小液滴噴向塵源，將粉塵加濕或?qū)⒎蹓m吸附在水滴表面，在重力作用下被捕集。噴嘴的數(shù)量、間距、角度、水流量、安裝位置和控制方法等因素都會(huì)對(duì)產(chǎn)塵量造成影響，表3 為噴霧降塵相關(guān)研究文獻(xiàn)匯總表。

表3 噴霧降塵相關(guān)文獻(xiàn)匯總表

3.4 無(wú)動(dòng)力除塵

無(wú)動(dòng)力除塵技術(shù)根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)與能量守恒原理，使粉塵在密閉通道中多路有效循環(huán)，能量衰竭后落回皮帶完成除塵工作，具有節(jié)省空間、能源、維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用的優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)節(jié)能除塵產(chǎn)品的發(fā)展方向。荊德吉等[21]設(shè)計(jì)了由落料管、閉環(huán)回旋降塵腔、導(dǎo)料槽、可調(diào)節(jié)揚(yáng)塵簾構(gòu)成的閉環(huán)回旋控塵系統(tǒng)，無(wú)需任何動(dòng)力即可使降塵效率達(dá)到88%以上。張江石等[22]提出采用無(wú)動(dòng)力除塵技術(shù)改造現(xiàn)有帶式輸煤系統(tǒng)，有效降低作業(yè)空間內(nèi)粉塵濃度。

4 結(jié)論與展望

國(guó)內(nèi)外學(xué)者在皮帶輸運(yùn)過(guò)程產(chǎn)塵機(jī)理、粉塵分布影響因素及粉塵治理技術(shù)方面有一定的研究基礎(chǔ)，為粉塵治理工作提供了新思路新方法，但目前仍存在一些不足，未來(lái)應(yīng)在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上針對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行更加深入與全面的研究。

（1）現(xiàn)有研究皮帶輸運(yùn)物料多為常溫干物料，對(duì)于高溫、高濕物料的轉(zhuǎn)運(yùn)揚(yáng)塵鮮有述及，多相流耦合作用下的粉塵或污染物運(yùn)移規(guī)律，需要更加深入地研究；物料散熱散濕嚴(yán)重時(shí)霧氣彌漫，使流場(chǎng)更加復(fù)雜，針對(duì)粉塵源的控制不再是某個(gè)局部位置，而應(yīng)該著眼于整體控制。

（2）加強(qiáng)對(duì)粉塵逸散機(jī)理的基礎(chǔ)研究，目前所做研究主要為常溫環(huán)境中的粉塵運(yùn)移規(guī)律及其影響因素，未考慮空氣溫度和濕度的影響，井下輸煤巷道空氣濕度較高，在研究此類環(huán)境中粉塵擴(kuò)散規(guī)律及影響因素時(shí)可嘗試將溫濕度考慮在內(nèi)。

（3）部分皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)巷道存在空間有限的實(shí)際情況，不宜對(duì)其進(jìn)行溜槽、導(dǎo)料槽等結(jié)構(gòu)方面的改進(jìn)，受潮易變質(zhì)物料不能采取噴霧降塵等措施，需要在通風(fēng)氣流組織方面做更多研究，以滿足現(xiàn)有工程的實(shí)際需求。