港口待卸运煤敞车喷淋技术

窦晓旭

秦皇岛港股份有限公司第六港务分公司

1 引言

现阶段我国北煤南运的主要运输方式是采用铁路敞车运输至北方港口，通过翻车机翻卸后堆存至港口堆场或筒仓，后装船运至南方各大燃煤电厂。翻卸作业时易产生较大扬尘，翻车机房在没有除尘设备的情况下粉尘污染相当严重。目前通过干雾抑尘、干式除尘2套系统的组合，基本上可以解决翻车机房内大部分扬尘，但受限于干雾抑尘的作用区间，在翻卸煤炭初始阶段运煤敞车内煤炭扰动造成的扬尘无法进行有效抑制，只能排放到大气中。故通过在待卸运煤敞车内煤炭表面进行洒水喷淋，解决煤炭翻卸初始阶段的扬尘问题。

2 翻车机房抑尘技术现状

目前，港口翻车机系统广泛使用的抑尘技术主要有干式除尘系统、干雾抑尘系统。干式除尘系统将含煤粉的空气吸入除尘设备，经过布袋过滤后将洁净空气排入大气中，但对于无组织排放的煤尘效果较差，同时设备运行噪声较大，布袋更换时会造成二次污染，因此大部分翻车机都采用湿式除尘系统，以干雾抑尘系统为主。

干雾抑尘系统的原理是利用干雾喷雾器产生的微细水雾颗粒与粉尘颗粒相互粘结、聚结增大，并在自身重力的作用下沉降。但那些最细小的粉尘只有当水滴很小(如干雾)或加入化学剂(如表面活性剂)以减小水的表面张力时才会聚结成团，如果水雾颗粒直径大于粉尘颗粒，那么粉尘仅仅跟随水雾颗粒周围的气流运动，水雾颗粒和粉尘颗粒接触很少或者根本没有机会接触，从而达不到抑尘作用。如果水雾颗粒和粉尘颗粒大小接近，粉尘颗粒随气流运动时就会与水雾颗粒碰撞、接触而粘结在一起。翻车机在作业时，由于落料会产生大量粉尘，当翻车机翻转到一定角度时，喷雾系统开始喷雾，形成雾池，让水雾与空气中的粉尘颗粒相互粘结、聚结增大，形成粉尘和水雾的团聚物，受重力作用而沉降，从而实现抑尘。干雾系统雾化水雾颗粒直径约为1～10 μm，雾化程度高，雾粒细小，在抑制大小5 μm以下的可吸入浮尘方面有明显的优势。

3 翻卸初始阶段扬尘成因分析

受转子式翻车机及敞车车厢结构限制，翻车机翻转大约35°时煤炭才会从脱离车厢进入翻车机下方漏斗中，在0°～35°范围内翻车机干雾抑尘系统、干式除尘系统无法介入进行抑尘作业，遇到含水率较低的煤种时会产生扬尘排放到翻车机房的空气中，长时间沉降后会在设备、地面形成一层粉尘层。

目前煤炭运输途中的敞车扬尘防治是在敞车内煤炭表面喷淋粘结性抑尘剂，抑尘剂会在煤炭表面形成厚度在15～20 mm的固化层[1]，固化层在列车行驶过程中受列车颠簸震荡，可能会产生裂纹但不会剥离，这样可基本上解决运煤列车扬尘污染问题。

在港口翻车机接卸到港煤炭时，涉及煤种较多，煤炭煤质各不相同，虽然抑尘剂具有一定的保水性，但在长时间途运输仍会造成表层煤炭水分损失，翻卸时固化层破溃，煤粉扰动造成扬尘。

4 待卸运煤敞车喷淋系统的设计与实现

4.1 水源的选择

翻车机房共有两种水源，一种为用于干雾抑尘的自来水，压力为0.07 MPa左右；一种为用于冲洗、消防的中水，压力为0.6 MPa左右。考虑需要大流量水源，且中水价格相对便宜，故选取由泵房提供的0.6 MPa压力的中水作为水源，且不需要再增加吸水泵、管道泵等增压装置。

4.2 管路安装及喷淋机构设计

目前已知的运煤敞车喷洒装置为抑尘剂喷洒站的抑尘剂喷洒装置[2]。该装置由储罐、出料泵、过滤器、喷洒器等装置组成，喷洒器由电磁阀、喷洒升降机构、保护套等组成。该装置可控制喷洒器升降使铁路机车通过，但升降机构对于电气化铁路路段并不适用。考虑到电气化铁路高压线的安全距离、喷淋机构对机车车头影响和设备维护的简便性，最终选定在翻车机房内布置安装喷淋系统。

喷淋装置由喷淋箱和一组15°扇形喷头组成。喷淋箱自带保温伴热接口，可以满足冬季使用。定型后的喷淋系统由水源、手动法兰蝶阀、流量计、电动阀、电磁阀、喷淋箱、喷头等组成(见图1)。

1.手动蝶阀 2.流量计 3.电动阀 4.电磁阀 5.喷淋箱 6.扇形喷嘴图1 喷淋系统示意图

4.3 电控系统设计

本项目翻车机为三车翻车机，翻车机每个循环自动向前顶送3节车皮，每个循环喷淋系统均需要经过2次车皮钩档，经过车皮钩档时需要控制停止喷淋作业。

结合现场实际，利用变电所PC室的S7-400 PLC控制洒水电磁阀、电动阀动作，进而控制喷淋喷头的开闭与流量，控制原理图见图2。

图2 待卸运煤敞车洒水电控系统原理图

待卸运煤敞车喷淋系统控制系统有如下特点：

(1)为避免水洒落到列车钩档，利用漫反射式光电开关和定位车行走编码器位置控制洒水电磁阀的启停。

(2)因定位车牵引重车前进过程中速度是变化的，本项目将定位车速度与洒水流量联锁，定位车速度大时洒水流量大，定位车牵引重车从减速限位至停止限位过程中，洒水流量较小，实现对待卸煤表层的均匀洒水。

(3)喷淋系统电磁阀自动启动条件为：定位车处于前进状态，定位车主臂伸出到位或辅臂伸出到位，定位车前进速度为一特定值，待卸车皮数大于3节，定位车行走至洒水位置(由编码器、光电开关控制)。

5 结语

待卸运煤敞车喷淋系统投入使用后，降尘效果明显，系统能够有效减少空气中细微扬尘，保持翻车机房空气干净。待卸运煤敞车喷淋系统与翻车机原有干雾抑尘系统共同作用，能够解决翻车机房煤尘无组织排放问题。