卸煤斗加热防冻装置设计

罗鹏飞

(山西古县西山登福康煤业有限公司，山西 古县 042403)

目前，立筒仓普遍应用于煤炭开采加工，其机械化程度最高，装车效率高。西山登福康煤业采用立筒仓储煤，共2座立筒仓，每个筒仓有2个卸煤斗。由于煤炭日产量平均为1 200 t，每个储煤仓容量为5 000 t，4天才能装满煤仓，煤仓煤量不能满足每天外运要求，卸煤斗因此不能满负荷持续运转。到了冬季，停止运转的卸煤斗会出现冻煤结冰的现象。虽然在卸煤斗上安装有振动器，但冻煤无法被振落，导致卸煤斗被冻煤堵塞而不能顺畅出煤。为了消除故障常采用人工敲打卸煤斗的方式清除冻煤，既费体力又不安全，降低了立筒仓出煤装车效率，严重影响井下生产运行的效率。

1 加热保温装置工作原理

采用在卸煤斗上加装恒温电伴热带的方式解决冻结问题，恒温电伴热带产生的热量直接传递到卸煤斗斗壁，提高并保持卸煤斗的温度，防止卸煤斗中的湿煤结冰而堵塞出煤口。卸煤斗改造示意图见图1.

图1 卸煤斗改造示意图

2 安装方法

采用在卸煤斗上安装伴热带加热保温的方法。1) 焊接固定焊栓。在卸煤斗侧板上四角焊接螺丝杆，螺丝杆型号为M12. 2) 敷设伴热带。将伴热带用铝胶带均匀缠绕固定在漏煤斗侧板上，处于漏煤斗下部的伴热带端头接入专用终端接线盒，防止伴热带端头发生漏电及短路。处于漏煤斗上部的伴热带接线端通过防爆电源接线盒接入专用机械式温控器，调温旋钮调在20 ℃位置。3) 安装温控探头。将温控器上自带的测温探头水平安装在漏煤斗上并与伴热带保持一定的距离，最好放在两根伴热带之间的中心位置，这样可以不受伴热带的干扰，真实测量卸煤斗的温度。4) 连接温控器电源。将温控器进线端与配电箱内的漏电断路器出线端用电源线连接起来。配电箱进线端使用单相电源，接在筒仓内的电源箱内。5) 伴热带通电测试。合上配电箱内漏电断路器，通电几分钟后用手触摸伴热带判断是否开始发热，如有问题，检查接线。6) 制作漏煤斗保温层。测量卸煤斗所有侧板的尺寸，计算各个侧面的彩钢板尺寸。切割加工内有玻璃纤维保温层的彩钢板，做好固定和封边。7) 悬挂甲烷传感器。8) 在漏煤斗旁边距混凝土顶200 mm位置悬挂GJC4甲烷传感器1台，设置报警浓度1%，断电浓度1.5%，并接入安全监控系统，与筒仓上部安装的瓦斯电闭锁装置关联，若筒仓内瓦斯浓度大于1.5%时，可断掉筒仓上下的一切电源，防止筒仓内瓦斯超限发生爆炸事故。

3 主要材料选型和设计

1) 铝胶带。铝胶带是铝带上涂覆一层胶粘剂的铝带，分为普通型和加厚型。普通型的铝箔厚度是0.06 mm，加厚型的铝箔厚度是0.15 mm，均耐温300 ℃，作用是随电热带的敷设走向固定电热带以及固定温控器的测量探头，以增加散热面及热传导性能，有利于被加热物体受热均匀。由于加厚型的导热能力比普通型的强，所以选用加厚型，其使用量与伴热带使用量大致相同。

2) 伴热带。伴热带有恒功率和自控温伴热带两种，恒功率伴热带分为单相和三相两种，适用于温度要求严格的场所。自控温伴热带按温度分为低温(-40 ℃～85 ℃)、中温(-40 ℃～135 ℃)和高温(-40 ℃～165 ℃)，按结构分为基本型、加强型、防爆型和耐腐型。基本型仅由芯带和绝缘皮构成，用“J”表示；加强型比基本型多包了一层护套，用“B”表示；耐腐型比基本型多包了一层耐酸碱外护套，用“F”表示；防爆型在基本型基础上增加了一层金属网屏蔽层和一层外护套，具有接地和增强保护作用，用“P”表示。自控温伴热带是由导电高分子复合材料和两根平行金属导线及绝缘护套构成的扁形带状电缆。导电高分子复合材料具有正温度系数“PTC”特性，且相互并联，能随被加热体的温度变化自动调节输出功率，自动限制加热的温度，防止热带过热烧毁。“PTC”特性即正温度系数效应，是指材料电阻率随着温度升高而增大，并在一定温度区间电阻率急剧增大的特性。由于温度要求不严格，筒仓里煤体内含有瓦斯气体，为防止发生瓦斯爆炸事故，选用自控温低温防爆型伴热带，其型号是DBRZ-25-200-P.

3) 热功率及伴热带长度计算。平面热损失公式：

(1)

式中：

Q—实际热损耗，W/m；

λ—保温材料导热系数，W/m·℃；

Tv—维持温度，℃；

TA—最低环境温度,℃；

δ—保温材料厚度，m；

α—保温层外表面向大气的散热系数(W/m2·℃)，与风速ω有关；

S—平面总面积或容器罐体表面积，m2.

1.3—安全系数。

每个漏煤斗表面积大约为3 m2，取S=3 m2，保温材料选用厚50 mm的玻璃纤维，取δ=0.05 m，其保温导热系数λ=0.036 W/m·℃，TA=-20 ℃，Tv=20 ℃，ω=10 m/s. 而α=1.163(6+ω1/2)，故，α=10.64 W/(m2·℃ ). 带入式(1)得，卸煤斗耗散热量Q=105 W.

伴热带长度：L=Q/P·1.05，式中，P为伴热带额定功率，取25 W，1.05为系数，带入得，L=4.41 m，取4.5 m. 因此，4个漏煤斗共需伴热带长度：4.5×4=18 m，功率：25×4.5=112.5 W.

4) 防爆温度控制器：型号:BFH额定电压:220/380伏，额定电流: ≤25 A，防护等级：IP56,控温范围：10～120 ℃，控温精度:±2.5 ℃，防爆标志：ExeIIT4。数量：4个。

5) 防爆电源接线盒：型号:FDH额定电压:220/380伏，额定电流: ≤16 A，防护等级：IP54,防爆标志：ExeIIT4Gb。数量：4个。

6) 防爆终端接线盒：型号:FZH额定电压:220/380伏，额定电流: ≤16 A，防护等级：IP54,防爆标志：ExeIIT4。数量：4个。

7) 漏电断路器选用。

电热带电流I=P/V=112.5 W/220 V=0.5 A

采用一个筒仓的两个卸煤斗电热带并联的运行方式，总电流I总=1 A.

可选用GZ47LE-63/2P/C10漏电断路器，其额定电流10 A，可满足使用要求。使用数量：2个。

4 应用效果

电伴热带安装使用后，筒仓漏煤斗再未出现结冰堵塞的现象，煤流通畅，提高了煤车装煤效率。

5 结 语

山西古县西山登福康煤业公司针对筒仓卸煤斗在冬季容易结冰堵塞的问题，采取了将卸煤斗加装加热保温层的措施。经过改进，未再出现卸煤斗结冰堵塞的现象，提高了设备运转率，降低了工人的工作负荷。