李庭鹏

（河北港口集团秦皇岛港股份有限公司第七港务分公司，河北秦皇岛 066000）

0 引言

原BD 线皮带机输送皮带在通过头部滚筒处的一级和二级清扫器后，皮带表面还会粘附着一定量的煤泥，造成回程皮带下方沿途大量污染，且皮带运转经过滚筒时易形成大面积扬尘，对机容机貌和紧邻的堆东路环境产生了严重影响。因此，本项目在BD 头部机架东扩的基础上，利用机架结构在承载皮带上部增设降尘喷淋装置，在回程皮带下方增设洗带装置，同时在皮带机架两侧安装两套冲洗卷盘，在皮带机头部机架侧方安装一套泵站及相应管路为喷淋装置、水刀供水。在皮带头部除尘装置的供水源选择上，由于煤四期及扩容堆场东侧无中压供水管线，使用水槽也不能保证冬季运行，新增中压管路或水槽加装伴热都需要其他设备的扩容，使用过程也会大幅增加能耗，大大提高了使用成本。经过考虑，使用喷枪高压管道供水是一个经济灵活的选择。为避免对洒水过程产生影响，设计一套自动控制系统，使堆场洒水系统和BD 线头部除尘装置补水进行合理联动，保证双方设备的可靠工作。

1 BD 皮带机扬尘、污泥综合治理及控制系统设计方案

1.1 设计集料池，皮带机头部机架东扩与滚筒东移

在皮带机头部坝基前方设置集料池，将周围物料集中于积料池内。由于坝基基础不能改变等原因，集料池边缘与原皮带机头部滚筒距离较远（约2 m），皮带运转经过一级清扫器后，清理下来的物料不能直接落入集料池，而是落在皮带机头部坝基上，形成周围环境二次污染，需要人工随时清理。另外，原机架下方空间较小，无法安装洗带装置。通过对头部机架重新设计制作，增加地脚螺栓固定，使机架尺寸东扩增大，实现头部滚筒东移至集料池上方，使得一级清扫器清理的物料可直接落入集料池，避免二次污染，减少人工清理，同时增大回程皮带下方空间满足安装洗带装置条件。

1.2 集成泵站水箱、洗带装置及洒水喷淋装置设计

（1）集成泵站水箱。为实现皮带机头部抑尘、清洗等环保功能，在皮带机头部机架侧方宽阔位置安装一套泵站设备间，铺设相应管路为洒水喷淋装置、洗带装置水刀及冲洗管路供水，泵站带保温措施，泵站外所有管路做保温伴热，泵站内包含一个水箱、一台立式泵、两台过滤器、一台空调、一个电控箱、一个减压阀、一个流量计以及相应管路控制阀门。由BD 沿线喷枪站引出管路实现可为泵站水箱持续供水，同时为地面冲洗卷盘供水。泵站主要为皮带机洗带装置和喷淋装置提供水源。由于洗带装置和喷淋装置洒水喷头压力要求不低于4 MPa，而洗带装置和喷淋装置一般随设备流程同时起停，两个装置喷头流量之和为0.4 t/h，进行泵选型时需考虑以上因素。

（2）洗带装置、喷淋装置布置与管路设计。洗带装置由一组水刀和3 道清扫器组成，其中前两道清扫器主要清物料，最后一道清扫器主要清水。水刀分支设4～5 组向上清洗的喷头，水刀喷嘴距皮带约50 mm，在管路压力约4 MPa 时喷头必须能够有效覆盖皮带并形成足够喷射压力，以达到对皮带清洗的目的。头部喷淋管路布置在机架后端皮带上方，设有5 组雾化喷头（在管路压力约4 MPa 时喷头可有效覆盖整个BD 皮带机皮带宽度），可以将皮带充分淋湿，从而达到作业抑尘的目的。为满足冬季现场低温使用要求，所有泵站外供水管路（水箱上水管路，机架头部雾化喷淋及水刀，冲洗卷盘）加设保温伴热，相关水路控制阀件（如电动阀、手动阀、过滤器等集成安装于泵站内），由空调保证泵站内温度，泵站外部加设保温层，避免冬季冻结失效。

1.3 回程皮带下方收料槽设计

回程皮带上的物料主要集中在清扫器下方位置，由于原水泥地面坡度较小，在洗带装置清扫时物料无法自动回流到集料池中，同时由于冬季物料会在地面冻结、无法清理，因此需要一个收料槽将清理下的物料及水收集起来，通过强冲喷头喷水将物料冲洗至集料池。强冲喷头管路与冲洗卷盘管路共用水源，通过电动阀控制强冲喷头定时开闭。收料槽上表面还需具有伴热功能，保证物料及水在其上不冻结，能够满足冬季使用（图1）。

图1 收料槽布置

1.4 泵站控制系统设计

信号通信与控制，由于泵站水箱的水源，来自于水部喷枪站上水管路，因此在上水控制中将现场信号/数据等信息与水部PLC 进行通信。同时，由于装置安装位置所限，配电箱中没有硬线或者光纤能联通至SS8 变电所，这就导致系统中设备状态与故障反馈无法及时传到SS8 变电所的PLC。

为实现项目效果，满足现场控制要求，采用与喷枪同型号额Modbus 现场总线技术的I/O 模块接入堆场洒水系统并组态连接。对其进行Modbus 地址映射以一个一维数组的形式读入PLC 中供PLC 读写。并以水部PLC 作为中转站，通过LOGIX5000 软件中message 指令，实现洗带装置配电箱、水部PLC、SS8PLC 三方面的通信：水部PLC 将现场设备的“水泵故障”“水位低”“合闸信号”等信号（B25 数组）传入SS8 变电所PLC，再将其与BD3 皮带机的3 台电机运行信号结合输出至水部的（BD BEGIN 0.0），将信号返回至水部PLC，通过其输出至泵站配电箱，进而启动洒水控制。同时，水部喷枪站也可结合水箱水位信号等条件，判断何时打开上水阀门、为设备供水。

2 技术创新

（1）皮带机头部洗带喷淋系统与堆东路污水集料池系统有机结合，充分发挥两套系统的功能，实现堆东路整体环境改善。

（2）设计应用的新型集成泵站水箱系统，将水箱、加压泵、控制部件、电控箱等关键部件集成布置于密闭式整体式站体内。其特点有：为喷淋和洗带装置可靠供水和实现集成控制，最大限度减小现场煤水、粉尘的影响；空间科学紧凑，整体造型美观使用；内置空调设备，防冻、防高温，外置管路带保温伴热，满足冬季使用；既有效改善控制元件的使用工况，显著延长使用寿命，又方便检修。

（3）BD 头部回程皮带下方安装一套整体伴热式接料槽，有效解决物料冬季低温工况下冻结无法清理的难题，且后期拆装维护较为便利。不仅实现了对物料的自动收集与清理，还可以保障整个系统在冬季低温环境下的使用效果。

（4）利用附近堆场喷枪站高压管道取水并设计减压供水方案，解决了堆场东侧无中压供水管线，水槽不能保证除尘装置的冬季运行问题，使该项目取水成本低，稳定性高。

（5）设计了堆场喷枪洒水和泵站补水联动功能。自动供水模式随喷枪自动洒水进程动态开关皮带头部喷淋水箱供水。堆场垛位有6 杆枪的小垛位，也有8 杆枪的大垛位，喷枪自动洒水时对应垛位的喷枪会全部开启。自动模式下会利用小垛位喷枪洒水时为水箱补水，以保持管道压力和流量的稳定。

3 经济效益

3.1 现场物料清理费用

BD 皮带机有1000 多米的长皮带，湿粘煤的沿程甩带情况比较突出，在未有效隔离的情况下需投入大量人力进行人工清理和流机倒运。改造后，物料甩带被集中系统收集，沿线甩带量大大减少，同时无需出动流机，每日可减少用工10人、流机5 台。

按照人工费用300 元/（日·人）、流机费用240 元/（小时·台）计算，改造后年均可节约物料人工清理费10×300×365=109.5 万元、物料流机清理费5×240×8×365=350.4 万元，合计459.9 万元。

3.2 回程滚筒、托辊更换费用

（1）改进前，由于回程物料、煤泥甩带严重，回程滚筒胶面和平托辊筒皮磨损严重、使用寿命短，年均滚筒胶面维修数量约5 个，年均回程平托辊筒皮磨损失效更换数量约200 根。

（2）改造后，回程皮带粘附物料及煤泥得到有效清理和回收，回程滚筒胶面和平托辊筒皮使用寿命大幅提高。年均滚筒胶面维修数量约1 个，年均回程平托辊因筒皮磨损失效更换数量约20根。

回程改向滚筒包胶、筒皮维修及更换费用约8.0 万元/根，回程平托辊采购及更换费用约0.15 万元/根，则年节约回程滚筒、托辊更换费用为（5-1）×8+（200-20）×0.15=59.0 万元。

3.3 新增利润

（1）改造总体投入费用150.0 万元，综合使用寿命5 年计算，则年改造成本为30.0 万元。

（2）装卸费综合利润为20 元/吨。系统运行台时产量由4000 t/h 提升至4085 t/h（改造后输送带回程物料及煤泥甩带得到有效控制，减少停机清理时间，滚筒及平托辊的运行故障率显著下降，运行效率得到有效提升）。在现有系统利用率为53 %的情况下，每年可新增煤炭吞吐量（4085-4000）×365×24×53%=39.5 万吨，则年新增利润39.5×20-30.0=760.0万元。

综上所述，合计年节支费用约459.9+59.0=518.9 万元，新增利润760.0 万元，该成果每年可为公司年创造效益1278.9 万元。

4 应用及效果

该项目现已在BD 皮带机作业头部投入使用，能够有效减少设备运行时头部起尘现象，改善周围环境。项目实施后，明显减少人工清理皮带机头部积煤的频率与成本，以及积煤对设备影响、停机时间等，同时降低人员清理工作的安全风险。

5 结束语

秦皇岛港股份有限公司煤四期翻堆煤炭过程中，堆料机尤为重要，此项目的实施从根本上解决了带式输送机回程皮带的物料甩带和运行起尘问题，显著改善回程皮带的运行稳定性，有效改善回程区域与皮带工作面接触的改向滚筒包胶、平托辊筒皮与物料间的带料磨损，明显延长运行寿命，实现了头部滚筒湿粘物料封闭、定点收集，治理效果良好。