粉煤灰加湿输送装置的研制

张　波



粉煤灰加湿输送装置的研制

张波

摘要作者针对清洁生产与环境保护的要求，借鉴LS螺旋输送机原理，研制了一套具备搅拌、输送、加湿功能的设备，本文主要介绍了研制过程和具体的研究内容。这套设备的研发应用，有效降低了粉末废弃物料排放过程中的二次扬尘污染，对改善工作环境，减少粉尘排放效果显著。

关键词粉煤灰、双螺旋、搅拌、输送机、加湿

1　前言

同煤集团中央机厂家属区距离城市生活区约13 km，大部分属于老住宅楼，建于上世纪60年代，没有相关现代化供暖系统的配套设施。由于地理位置以及旧建筑管路系统的限制，无法接入集中供暖。因此，冬季一直沿用燃煤锅炉供暖的方式。

锅炉供暖对环境的污染是比较严重的，如烟尘的排放，燃烧后固体废弃物后续输送及处理等方面。住宅小区当时设计时环保要求低，锅炉房的建设离居民区较近，在煤炭燃烧后排灰过程中，粉煤灰颗粒较小，容易随风飘散造成二次扬尘污染，严重影响附近居民和周边环境。

锅炉房设计为旧式结构，排灰设备处的空间非常窄小，很难更换成套的自动化输送设备。加之在实际的工况条件是锅炉入炉原料煤的粒度为200目，燃烧后粉煤灰的粒度也非常细微，遇到水以后处于漂浮状态；因此，无法采用直接洒水的办法来降尘。

多年来，这个棘手的技术难题一直没有得到解决。在详细分析了排灰系统的结构布局特点后，若在粉煤灰密闭输送过程中增加一套简易喷水降尘系统，将粉煤灰与水进行充分的混合，使其达到不起尘的湿度，可解决二次扬尘的问题。因此，需研制一套具备搅拌传送与喷水降尘功能的封闭式粉状物料输送装置，即将粉煤灰从排放口直接输入到搅拌设备、设备内部自带降尘功能的水雾喷嘴，实现输送粉状物料的同时对其喷水搅拌混合，达到对粉煤灰加湿的效果。

2　主要研究内容

2.1工作原理

针对锅炉房输送工段的现场条件，设计采用双轴螺旋输送机将物料从进料口加入，当转轴转动时，物料受到螺旋叶片法向推力的作用向前推进。该推力的径向分力和叶片对物料的摩擦力，也有可能带着物料绕轴转动，但由于物料本身的重力和料槽对物料的摩擦力的缘故，才不与螺旋叶片一起旋转。在物料输送过程中，喷水系统工作，将水雾喷洒在物料上，通过叶片的旋转搅拌，实现粉煤灰与水的充分混合。

2.2工况参数

输送物料：粉煤灰

粉尘的松散密度：ρ=0.85 t/m3

粉尘的最大粒度：d≤0.05 mm

输送能力：15 t/h

搅拌输送距离：L≤2 m

环境温度：-30℃～18℃（尘埃较大）

输送倾角：近似0°

2.3粉煤灰加湿输送装置关键参数的计算

2.3.1螺旋直径

其中：

Q—输送量；

ϕ—填充系数，取0.25～0.3，此处选0.25；

t—螺距，查表一般等于D；

n—转速，r/min，查表选择60 r/min；

C—倾角系数，查表可得c=1.0

带入数据得：

根据JS系列螺旋输送机选择关系，

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值一般为螺旋叶片的0.8～1.0倍）

即t=（0.8-1.0）×D

为了防止杂质（如破损的布袋等）进入搅拌系统，影响叶片的寿命，螺距确定为315 mm。

2.3.3电动机功率

由于安装空间较为狭小，采用单电机动力方式[1]。

其中Q—输送量，t/h

ω0—阻力系数（ω0值查表螺旋输送机常用物料的填充、特性、综合系数表）；

H—物料输送高度落差，上运取“+”，下运取“-”，近水平条件下取0；

L—螺旋输送长度，m

D—螺旋输送机直径，m

输送能力根据工厂锅炉房燃烧值计算：

带入直接数据得

由于搅拌功能需要采用双轴结构，功率应至少为单轴功率的2倍。P1＞0.717 kW

考虑到冬季加湿物料容易结冰，以及物料浸水后产生的粘滞阻力，双轴螺旋搅拌机电机功率定为计算值的2～3倍，电机功率确定为：P=2.2 kW

2.3.4轴径

根据设备安装空间条件，运输距离为2 m，主机只能设计为单节方式，主轴跨度为2 m，为了防止工作过程中发生主轴径向震动，使两轴发生干涉，并由计算得之螺旋节距为315 mm，选择主轴直径为90 mm。

2.3.5粉煤灰加湿配比

经过多次粉煤灰洒水的混合实验得知，粉煤灰与水的质量比约为5：2时，获得的混合物为最佳输送状态，既不产生扬尘，也不因湿粘泥泞增加传送阻力。考虑到锅炉燃烧煤质的差异，同样质量的煤粉燃烧后的粉煤灰质量也不同，通过定期检查燃煤煤质指标与排灰量，实时调节进水参数，保证粉煤灰与水5：2的配比，起到降尘的作用。

2.4粉煤灰加湿输送装置的研制

主机设计见图1。

图1主机设计图

2.4.1主机架

在设计中，考虑到两端瓦座距离较大轴承同轴度难以保证，将瓦座设计在主机架外部；而且，除了主轴穿过主机架且无配合关系外，其余位置关系均不相关，这样解决了加工难的问题。

主机架为密封箱梁，要求在焊接和机加工施工过程中确保焊缝连续而且密封性好，机加工过程中，相关密封配合面必须确保加工尺寸和加工精度要求。

2.4.2螺旋主轴：

主轴选型时，考虑到交替螺旋输送，选择了叶片式主轴结构。主轴直径90 mm，螺旋直径315 mm。为了提高输送和搅拌效果，叶片设计为扇形结构，但是，由于交替间隙较小，扇形叶片的外形必须经过三维验证，从而确定螺旋角度和扇形外形尺寸。双轴的螺旋方向为逆向。经过认真反复校核，达到了设计目的，双轴设计见图2、图3。

2.4.3传动部分

图2主传动轴（右旋轴）设计图

图3副传动轴（左旋轴）设计图

根据参数计算结果，电动机选型为2.2 kW电动机，减速器选择了摆线式减速机。为了减小输送过程中的震动，将电机与减速机选择为一体机，连接强度高，稳定性好，减小了使用过程中的噪音，从使用效果来看，噪音非常小[2]，传动部分设计见图4。

图4传动部分设计图

2.4.4双轴交互螺旋

双轴之间采用配对齿轮传动，达到双轴交互螺旋转动同步，并且避免了叶片交叉干涉的问题。两轴间采用配对等速齿轮进行传动。

2.4.5加湿系统

加湿系统由进水管、球阀、分水管及喷雾装置构成。为保证水雾与粉煤灰充分混合，在约1 m长的管道上加设4条分管道，间距315 mm，在传动方向上同时喷雾，增大水雾与粉煤灰的接触面。同时混合物的排出口留有观察孔，通过观察混合物状态，实时调整进水球阀，以控制水雾的喷洒量，保证粉煤灰与水雾的配比。

2.4.6密封部分

1）主机架上盖与主机架结合面需增加橡胶板密封；

2）上盖板两节间隙处采用密封条密封；

3）主轴与主机架配合处，采用骨架密封，防止内部灰尘从缝隙间溢出，影响环境，损坏传动齿轮啮合齿面。

3　结语

本套装置是受LS系列螺旋输送机的传动方式的启发研制而成，在粉尘输送过程中喷水雾搅拌，使水与粉煤灰充分混合，起到降尘效果。经过一年多时间的运行使用，该套设备能够满足降尘要求，使排废工作室的PM2.5浓度峰值由825 μg/m3降到了48 μg/m3，对避免二次扬尘、改善周边环境效果显著，在燃煤锅炉房有广泛的推广意义。

参考文献

[1]《运输机械设计选用手册》编辑委员会.运输机械设计选用手册[M].化学工业出版社，1999（1），334-338.

[2]成大先.机械设计手册[M].化学工业出版社，2008（1），16-146-148.

张波，男，1986年出生，山西浑源人，毕业于中北大学材料成形及控制工程专业。现在山西大同煤矿集团机电装备中央机厂从事煤矿机械工艺和制造工作，助理工程师。

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

作者简介

中图分类号TK223.27

文献标识码A

文章编号1000-4866（2016）02-0025-03