徐金戈

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

如今，由于粉煤灰特殊的化學(xué)性質(zhì)，可利用粉煤灰作為建筑材料，漂珠及作為肥料和微量復(fù)合肥料，在工業(yè)方面可從粉煤灰中回收鐵、碳、銅、鍺和鈧等多種物質(zhì)。是一種用于建筑的能源材質(zhì)，各行各業(yè)對(duì)粉煤灰的需求量愈來(lái)愈大。例如，水泥廠或混凝土攪拌站、高速公路建設(shè)、粉煤灰磚場(chǎng)等。粉煤灰存在地區(qū)供需不平衡問(wèn)題，目前大部分地區(qū)均采用罐裝車(chē)公路運(yùn)輸。當(dāng)前，為了深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)，正在大力推進(jìn)大宗貨物運(yùn)輸“公轉(zhuǎn)鐵”，并且隨著國(guó)家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及新形勢(shì)下對(duì)環(huán)保的高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求，針對(duì)此類污染較大的大宗散堆裝貨物的鐵路運(yùn)輸品質(zhì)提出了更高的要求，現(xiàn)有裝卸設(shè)備限制了粉煤灰運(yùn)輸效率的提升，且難以降低運(yùn)輸成本，影響了粉煤灰的綜合利用和發(fā)展。如何保證環(huán)保的前提下，提高運(yùn)輸效率并根據(jù)散貨的吞吐量設(shè)計(jì)與之相適應(yīng)的的裝卸工藝方案是亟待解決的問(wèn)題，因此，本文開(kāi)展鐵路粉煤灰裝卸工藝研究，旨在為粉煤灰裝卸設(shè)計(jì)提供參考。

1 運(yùn)輸媒介

隨著鐵路貨物運(yùn)輸朝著物流化發(fā)展，鐵路運(yùn)輸品類逐漸增加，需要考慮運(yùn)輸成本及效率，并依據(jù)貨物品類的環(huán)保要求，結(jié)合企業(yè)的實(shí)際情況，采取與之相匹配的運(yùn)輸媒介。對(duì)于企業(yè)而言，運(yùn)輸成本主要由滿載率及運(yùn)輸過(guò)程中的損耗產(chǎn)生直接影響；而車(chē)底或箱體的周轉(zhuǎn)效率將直接影響運(yùn)輸效率。目前，對(duì)于水泥、石灰石粉、粉煤灰等易揚(yáng)塵污染大的此類散堆裝貨物，傳統(tǒng)的運(yùn)輸方式主要采用“敞頂箱”“U型水泥罐車(chē)”“罐式集裝箱”等進(jìn)行運(yùn)輸。

目前的運(yùn)輸媒介，對(duì)于實(shí)現(xiàn)高效的整列裝卸均存在一定的缺陷：敞頂箱僅適合在全封閉車(chē)間裝箱完成后，通過(guò)正面吊采取整箱裝卸的方式放入敞車(chē)，實(shí)現(xiàn)整列運(yùn)輸，但無(wú)法在裝卸線上進(jìn)行直接裝卸。傳統(tǒng)U型罐車(chē)及罐式集裝箱靜載重率低，運(yùn)輸成本較高，需要通過(guò)向每個(gè)罐體中注入壓縮空氣進(jìn)行卸料，實(shí)現(xiàn)整列裝卸成本過(guò)高。

表1 運(yùn)輸媒介比較表

2 粉煤灰裝卸工藝

2.1 裝卸方式

粉煤灰裝車(chē)作業(yè)分為在線和離線裝車(chē)。本研究為滿足企業(yè)能夠通過(guò)鐵路進(jìn)行高效轉(zhuǎn)運(yùn)的需求，采用在線裝車(chē)方式。即將存放于儲(chǔ)存罐的粉煤灰，通過(guò)儲(chǔ)灰筒錐形伸縮放灰口，自動(dòng)化控制放灰，粉煤灰通過(guò)輸料管進(jìn)入緩沖倉(cāng)，在通過(guò)輸料管放入U(xiǎn)型水泥罐車(chē)或罐式集裝箱。并由靜態(tài)軌道衡等設(shè)備控制裝載重量進(jìn)行裝車(chē)。

鐵路運(yùn)輸?shù)姆勖夯倚盾?chē)作業(yè)同樣分為離線作業(yè)和在線作業(yè)。在線卸車(chē)適用于有專用線的企業(yè)及貨場(chǎng)，由于本研究中某水泥廠項(xiàng)目設(shè)有專用鐵路裝卸且運(yùn)量較大，因此采用整車(chē)運(yùn)輸。為滿足高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保要求，粉煤灰采用U型水泥罐車(chē)、罐式集裝箱或敞頂箱進(jìn)行鐵路運(yùn)輸。運(yùn)輸?shù)秸竞笸ㄟ^(guò)氣力負(fù)壓輸送實(shí)現(xiàn)在線卸車(chē)作業(yè)。

2.2 粉煤灰裝卸工藝設(shè)計(jì)

氣力輸送系統(tǒng)通過(guò)管道對(duì)粉狀物料進(jìn)行密封式輸送，與機(jī)械輸送相比，該方式不受天氣及氣候影響，不產(chǎn)生揚(yáng)塵利于環(huán)境保護(hù)。且具有工藝布置靈活、結(jié)構(gòu)模塊化便于保養(yǎng)及更換、維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)。粉煤灰、水泥、煤粉﹑生石灰粉、硝石灰等粉粒狀物料均可通過(guò)管道進(jìn)行氣力輸送。負(fù)壓抽吸主要用于輪船或火車(chē)等散裝粉體物料的轉(zhuǎn)移，如水泥、粉煤灰、礦粉等散裝物料的轉(zhuǎn)移入庫(kù)或直接裝入罐裝車(chē)運(yùn)送到使用現(xiàn)場(chǎng)。負(fù)壓氣力輸送方式適用于短距離輸送，正壓氣力輸送方式則適合長(zhǎng)距離、大輸送量的輸送工況。本研究將兩種方式相結(jié)合，得到粉煤灰裝卸的完整作業(yè)流程。

粉煤灰整列到達(dá)后，采用負(fù)壓氣力輸送方式。通過(guò)真空泵作為動(dòng)力源，吸嘴作為供料裝置，物料同大氣一起從入口處進(jìn)入輸送管道，通過(guò)負(fù)壓氣流輸送到緩沖倉(cāng)。進(jìn)入緩沖倉(cāng)后采用空氣壓縮機(jī)作為動(dòng)力源，氣力輸送送料泵作為供料裝置，物料由緩沖倉(cāng)落入供料裝置內(nèi)，并同時(shí)向輸送管道內(nèi)注入高壓氣體，氣體和物料充分混合，使物料流態(tài)化并通過(guò)高壓氣流輸送到末端儲(chǔ)料罐。粉煤灰裝車(chē)作業(yè)與卸車(chē)流程相比僅需要正壓氣力輸送方式。儲(chǔ)料罐的氣力輸送送料泵通過(guò)空氣壓縮機(jī)作為動(dòng)力來(lái)源，使物料進(jìn)入送料泵并同時(shí)向送料管道注入高壓氣體，物料輸送至緩沖倉(cāng)，緩沖倉(cāng)的空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的高壓氣體使物料在其下方的氣力輸送送料泵中流態(tài)化，之后通過(guò)裝料管將物料輸送至罐車(chē)或罐式集裝箱中。根據(jù)敞頂箱與U型水泥罐車(chē)、罐式集裝箱的結(jié)構(gòu)差異，敞頂箱的卸料及裝料口均采用頂部伸入內(nèi)部進(jìn)行作業(yè)，而U型水泥罐車(chē)及罐式集裝箱卸料口位于下側(cè)面，利用了現(xiàn)有罐車(chē)的下方出料口。不同運(yùn)輸媒介的整體作業(yè)流程示意圖，詳見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 粉煤灰敞頂箱裝卸整體作業(yè)流程示意圖

圖2 粉煤灰U型水泥罐車(chē)及罐式集裝箱裝卸整體作業(yè)流程示意圖

3 氣力輸送設(shè)備設(shè)計(jì)

3.1 負(fù)壓抽吸設(shè)備

負(fù)壓抽吸能夠根據(jù)實(shí)際需求采用不同的承載工具，分為固定式、移動(dòng)式(導(dǎo)軌式、車(chē)載式)、船載式。經(jīng)負(fù)壓抽吸卸料后，后續(xù)送料方式采用正壓氣力輸送。根據(jù)北京水泥廠項(xiàng)目的使用需求及現(xiàn)有站臺(tái)條件，本研究采用固定式負(fù)壓氣力輸送及正壓氣力輸送相結(jié)合的方式進(jìn)行散裝物料U型水泥罐車(chē)或罐式集裝箱的卸車(chē)作業(yè)。

散裝物料負(fù)壓抽吸機(jī)利用真空泵產(chǎn)生負(fù)壓，吸嘴伸入敞頂箱、U型水泥罐車(chē)或罐式集裝箱內(nèi)部，將物料與一定量的空氣混合后經(jīng)過(guò)吸臂上的卸車(chē)輸料管送到分離裝置（除塵器）內(nèi)。卸車(chē)輸料管采用軟管便于較大范圍移動(dòng)。伸入敞頂箱的吸嘴頭部可通過(guò)兩側(cè)電控閥門(mén)，實(shí)現(xiàn)吸、放出口的切換。物料從空氣中分離后落下,進(jìn)入緩沖倉(cāng)；分離后清潔的空氣則由除塵器頂部經(jīng)排風(fēng)管道排出，經(jīng)真空泵排氣口排入大氣。后續(xù)向儲(chǔ)料罐的輸送為正壓氣力輸送。氣力輸送送料泵即單倉(cāng)泵作為正壓氣力輸送容器，通過(guò)壓縮氣體為對(duì)粉狀物料加壓從而實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的管道輸送。該倉(cāng)泵將壓縮氣體通過(guò)自上而下分布的三處進(jìn)氣口，分別進(jìn)入泵體，該種方式融合了推送及差壓式輸送器的優(yōu)勢(shì)，充分使粉煤灰流態(tài)化。隨著不間斷的輸送，倉(cāng)泵中處于上部的壓縮氣體積聚，從而轉(zhuǎn)化為靜壓能更加有效地壓送粉煤灰。中部進(jìn)氣口的氣體則持續(xù)產(chǎn)生混合輸送物料的流態(tài)化作用。底部進(jìn)氣口轉(zhuǎn)化的動(dòng)壓能保持管道輸送效率。粉煤灰在送料管中為集團(tuán)流運(yùn)動(dòng)，輸送末期形成快速的沙丘狀移動(dòng)?？諝鈮嚎s機(jī)能夠提供0.5～0.6MPa的壓縮氣體。粉煤灰通過(guò)送料管道最終進(jìn)入儲(chǔ)料罐頂部的除塵器中，粉煤灰與空氣分離后持續(xù)進(jìn)入儲(chǔ)料罐，直至卸車(chē)作業(yè)完成。系統(tǒng)布置及設(shè)備構(gòu)成，詳見(jiàn)圖3。

圖3 粉煤灰卸車(chē)作業(yè)設(shè)備結(jié)構(gòu)布置圖

本研究以某水泥廠項(xiàng)目為例，其中粉煤灰的氣力輸送量為120t/h，輸料起始點(diǎn)距廠區(qū)粉煤灰儲(chǔ)存?zhèn)}距離為280m左右，輸送高度為30m。為保證作業(yè)效率站臺(tái)緩沖倉(cāng)底可設(shè)置兩臺(tái)倉(cāng)泵交替運(yùn)行，保證送料連續(xù)性。另外，若增大存儲(chǔ)量新增粉煤灰儲(chǔ)存?zhèn)}可以通過(guò)在輸料管線上安裝粉體兩路切換閥，并在接近存儲(chǔ)倉(cāng)的末端增加管道分路。

3.2 正壓輸送設(shè)備

本研究中裝車(chē)作業(yè)通過(guò)兩次正壓氣力輸送完成。將粉煤灰存儲(chǔ)倉(cāng)中的物料輸送至敞頂箱、U型水泥罐車(chē)或罐式集裝箱中，首先，落入儲(chǔ)存?zhèn)}底部的發(fā)送泵中，通過(guò)壓縮氣體將粉煤灰通過(guò)輸料管送入緩沖倉(cāng)頂部的除塵器，物料與空氣分離后落入緩沖倉(cāng)。

該系統(tǒng)中緩沖倉(cāng)采用鋼結(jié)構(gòu)，緩沖倉(cāng)作用在于保證粉煤灰在裝車(chē)過(guò)程中輸灰系統(tǒng)的連續(xù)性。緩沖倉(cāng)容量的設(shè)置取決于裝車(chē)設(shè)備與輸料管之間的額定輸送能力的差值以及罐式集裝箱的載貨量，應(yīng)能滿足裝車(chē)機(jī)、管道按額定能力運(yùn)行，并在連續(xù)地裝滿罐式集裝箱時(shí)緩沖倉(cāng)內(nèi)仍保持部分余料。

整套輸送裝車(chē)系統(tǒng)采用全密封設(shè)計(jì)，避免裝車(chē)過(guò)程中的揚(yáng)塵。由于裝車(chē)送料管運(yùn)行范圍較大，故緩沖倉(cāng)與輸送鋼質(zhì)管道之間采用軟管連接。裝車(chē)作業(yè)需要對(duì)輸送量進(jìn)行更精準(zhǔn)的控制，因此，本研究中氣力輸送送料泵應(yīng)使用稱重料位裝置，便于控制輸送量。系統(tǒng)布置及設(shè)備構(gòu)成，詳見(jiàn)圖4。

圖4 粉煤灰裝車(chē)作業(yè)設(shè)備結(jié)構(gòu)布置圖

4 結(jié)語(yǔ)

粉煤灰的鐵路裝卸系統(tǒng)有效地整合了負(fù)壓及正壓氣力輸送，通過(guò)管道氣力輸送實(shí)現(xiàn)了高效，穩(wěn)定的鐵路敞頂箱、U型水泥罐車(chē)及罐式集裝箱的裝卸作業(yè)。并且輸送管道布置靈活性高，可依據(jù)生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)行多組裝卸設(shè)備及儲(chǔ)存?zhèn)}的擴(kuò)充。整個(gè)系統(tǒng)的密封性杜絕了作業(yè)流程中的粉塵污染，滿足了環(huán)保要求。但管道輸送能力受管徑、輸送距離的制約，需要依據(jù)不同的輸送距離和貨物吞吐量設(shè)計(jì)與之相適應(yīng)的裝卸工藝方案。本文深入研究了鐵路粉煤灰裝卸流程，旨在為后續(xù)散堆裝貨物“公轉(zhuǎn)鐵”的裝卸工藝設(shè)計(jì)提供參考。