电铲通风除尘系统对比分析

高启林，贺 栋

（中煤平朔集团有限公司，山西 朔州 036000）

中煤平朔露天矿目前拥有6 种型号电铲，斗容不同位于25～60 m3之间。由于电铲作业时粉尘较大，同时机舱内会产生大量的热量，所以电铲上增设了通风除尘系统，该系统可以设置为电铲启动时自动运行，通过系统中的轴流风机将外界含尘空气吸入后进行过滤增压，干净的高压气流不断地将机舱内部的热量和粉尘排出舱外，同时循环的正压气流可以很好地避免外界粉尘进入电铲机舱。

1 电铲通风除尘系统

1.1 P＆H2800XP 电铲通风除尘系统

2800XP 电铲通风除尘系统工作原理图如图1。

图1 2800XP 电铲通风除尘系统工作原理图

2800XP 电铲的通风除尘系统依靠2 台垂直安装的15 kW 的轴流风机实现。电铲启动后增压风机同步启动，将机舱外部的含尘空气从进气口吸入，经过筛网（阻止较大物体进入损坏叶片）后进行增压，通过滤网进行粉尘过滤，得到较为纯净的高压气体吹入电铲机舱，在高压气流的推动下，将机舱内产生的热量、有害气体、粉尘通过机舱壁四周的百叶窗散发出去，源源不断的空气被增压、被过滤、循环往复地对电铲机舱进行散热、除尘。定期检查、清理、更换滤网可以有效地减少外界粉尘进入电铲机舱，提高散热除尘效果，进一步改善电铲机舱的工作环境。

2800XP 电铲的轴流风机功率为15 kW，叶片角度设置为7°，机舱风压为128 Pa。该通风除尘系统可以很好地满足设备通风需求，散热情况良好，但是粉尘的改善状况不佳，即使定期清理或更换滤网，机舱环境还是没有太大的改观。一方面滤网过滤性能太差，只能过滤5 μm 以上的颗粒粉尘[1]；另一方面滤网处没有集尘舱，导致大量粉尘进入机舱内部，进入各部电机或电气柜内，造成电气元件不能正常工作，增加作业人员劳动强度，严重影响了设备的工作效率。

1.2 P＆H2800XPB 电铲通风除尘系统

2800XPB 电铲通风除尘系统工作原理图如图2。

图2 2800XPB 电铲通风除尘系统工作原理图

2800XPB 电铲的通风除尘系统依靠2 台水平安装的22.5 kW 的轴流风机实现。轴流风机开始运转，吸入含尘空气，空气经过筛网后被增压，高压气流再次通过滤网过滤后进入机舱，然后将机舱内的热量和粉尘排出舱外。与2800XP 电铲不同的是该系统滤网下部设置集尘舱，主要是收集含尘空气经过滤网过滤后落下的惯性粉尘，集尘舱收集到的粉尘在正压风的作用下通过排尘管道排出舱外。

2800XPB 电铲的轴流风机功率为22.5 kW，叶片角度设置为8°[2]，机舱内风压为103 Pa。通风除尘系统可以很好地满足设备通风需求，散热情况良好，但是粉尘的改善状况依然不佳，但整体散热除尘的效果要稍高于2800XP 电铲，毕竟是在2800XP 电铲的基础上加设了集尘槽，把滤网过滤后的粉尘进行收集，然后排出舱外，可以避免一部分粉尘进入机舱，改善了机舱的环境。鉴于2800XPB 电铲整体的散热除尘效果较差，维修技术人员进行了技术改造，将这种散热除尘系统升级为滤筒式除尘系统，并在3001＃、3002＃电铲进行了实践检验[3]，效果良好，并计划继续对其它2800XPB 电铲进行升级改造。

1.3 太重WK－35 电铲通风除尘系统

WK－35 电铲的通风除尘系统依靠4 台垂直安装的22.5 kW 轴流风机实现[4]，其中3 台用于机舱的散热除尘，另外1 台用于电气室的散热除尘。WK－35 电铲通风除尘系统的轴流风机垂直安装，含尘空气通过筛网后被增压，继续通过滤网进行过滤进入机舱，将机舱内的热量和粉尘排出舱外。滤网的精度直接决定了进入机舱内的粉尘数量，而风机的功率直接决定了风压和风量。

WK－35 电铲的轴流风机功率为22.5 kW，叶片角度不可调节[5]。该通风除尘系统与2800XPB 电铲相似，具备集尘装置，通过正压风将收集的粉尘排除舱外，由于3 台轴流风机同时加压送风，所以对机舱电气元件的散热效果要比2800XPB 电铲更好一些。

1.4 BE395BI 电铲通风除尘系统

BE395BI 电铲的通风除尘系统依靠3 台垂直安装的18.8 kW 轴流风机实现[6]。BE395BI 电铲通风除尘系统与WK－35 电铲通风除尘系统相似，系统配备了3 台轴流风机对电铲机舱进行散热除尘，但是轴流风机功率较小，风压和风量相对不足，而且缺少集尘槽，机房内粉尘较多。

BE395BI 电铲的轴流风机功率为18.8 kW，叶片角度不可调。该通风除尘系统的散热除尘效果相对较差。

1.5 太重WK－55 电铲通风除尘系统

WK－55 电铲的通风除尘系统依靠3 台30 kW轴流风机实现，属于滤筒式除尘系统。WK－55 电铲的通风除尘系统采用的是滤筒除尘器和螺杆输灰装置[7]，具体原理是外部的含尘空气经过滤芯过滤，然后经轴流风机增压后吹入机舱，带走机舱内的粉尘和热量。滤芯过滤后表面的粉尘通过配置的反吹阀定时清理，粉尘落入滤芯下部的集尘槽内，通过螺杆输送装置将尘土输送到机舱尾翼边缘，再通过卸灰阀将尘土排出槽外。

WK－55 电铲的轴流风机功率为30 kW，72 个滤芯，叶片角度设不可调。该通风除尘系统过滤精度高达0.5 μm，过滤效率达99.99%[8]，风量较大，很大程度上改善了机舱环境，通风冷却效果提高有利于机舱内设备的散热，粉尘降低不仅减少了电气故障，还有助于维修人员和驾驶人员的身心健康。

1.6 P＆H4100XPC 电铲通风除尘系统

1.6.1 惯性通风除尘系统

4100XPC 电铲惯性通风除尘系统工作原理图如图3。

图3 4100XPC 电铲惯性通风除尘系统工作原理图

惯性通风除尘系统主要用于斗容58 m3的4100XPC 电铲（2008 年投入），通风除尘系统依靠2台22.5 kW 的轴流风机来实现，外部含尘空气经过滤网过滤后经轴流风机增压，高压气流进入机舱内部，将热量及粉尘排出舱外。滤网过滤后的粉尘进入排尘通道，在排污引风机的作用下，粉尘被通过管道排出舱外。

4100XPC 电铲的轴流风机功率为22.5 kW，叶片角度设置为8°，总风量为87 040 m3/h，机舱风压为64 Pa。该通风除尘系统过滤精度低，机舱内尘土较大，不利于设备的高效运行，与此同时该系统机舱风压较小，正压相对较小的情况下，不利于机舱内部散热和除尘，还可能会导致更多的粉尘通过机舱门和通风口进入机舱，机舱环境会更加恶劣。由于此惯性除尘系统的弊端明显，因此近年来技术人员也进行了相应的技术改造，将惯性通风除尘系统升级为滤筒式通风除尘系统，目前3010＃电铲已经完成了升级改造。

1.6.2 滤筒式通风除尘系统

4100XPC 电铲（斗容60 m3）通风除尘系统如图4。

图4 4100XPC 电铲（斗容60 m3）通风除尘系统

滤筒式通风除尘系统主要用于斗容为60 m3的4100XPC 电铲，通风除尘系统主要依靠2 台30 kW的二级轴流风机（双套叶片，分布在电机两端）实现。外部含尘空气经过滤筒过滤（54 个）后，在双叶片轴流风机的二级加压后吹入机舱内部，带走热量和粉尘。滤筒过滤后表面积聚的大量尘土，在定时反吹阀的作用下定时吹扫后落入下部的集尘槽，然后由螺杆输送机输送至侧翼，最后由卸灰阀打开将尘土排出舱外。

4100XPC 电铲的轴流风机功率为30 kW，叶片角度设置为11°，总风量为86 020 m3/h，机舱风压为128 Pa[9]。该通风除尘系统过滤精度高达0.2 μm，风量大，风压大，很大程度上改善了机舱环境。通风冷却效果较好有利于机舱内设备的散热，粉尘较少不仅减少了电气故障，还有助于作业人员的身心健康。

2 通风除尘系统对比分析

通风除尘系统相关参数表见表1。

表1 通风除尘系统相关参数表

表1 列出了各种电铲通风除尘系统的相关参数，部分电铲的机舱压力、除尘系统总风量无法查证，根据风机功率公式N＝Qp/1 000（式中：N 为功率；Q 为风量；p 为压力）及4100XPC/60 m3电铲的相关数据，可以推断出部分电铲缺少的参数大小。

4100XPC/60 m3电铲系统总功率60 kW，总风量为43 010 m3/h，机舱压力128 Pa，采用滤筒式除尘系统，通过现场使用效果来看，4100XPC/60 m3电铲的通风除尘和散热效果较佳。与4100XPC/60 m3电铲相比，WK－55 电铲采用滤筒式除尘系统，功率相同60 kW，总风量72 000 m3/h，推断机舱风压为75 Pa，散热效果一般。

4100XPC/58 m3电铲采用惯性通风除尘系统，总功率为45 kW，总风量为43 520 m3/h，机舱压力为64 Pa，风压较小，气体流速慢，不能及时地排出机舱内的有害气体、粉尘、热量等，机舱内进入了大量粉尘，同时从现场使用效果来看也证实了这一点。

1）与4100XPC/58 m3电铲相比，2800XP 电铲采用惯性通风除尘系统，机舱压力为128 Pa，总功率为30 kW，所以推断总风量为14 507 m3/h，散热较好一些。

2）与4100XPC/58 m3电铲相比，2800XPB 电铲采用惯性通风除尘系统，总功率相同且为45 kW，机舱压力103 Pa，所以推断总风量为27 200 m3/h，散热较好一些。

3）与4100XPC/58 m3电铲相比，WK35 电铲采用惯性通风除尘系统，总功率为67.5 kW，机舱压力应与2800XPB 电铲相同103 Pa，所以推断总风量为40 908 m3/h，散热较好一些。

4）与4100XPC/58 m3电铲相比，395BI 电铲采用惯性通风除尘系统，总功率56.4 kW，机舱压力应与2800XP 电铲相同128 Pa，可推断总风量为27 200 m3/h，散热较好一些。

目前电铲上所有的惯性除尘系统都向着滤筒式通风除尘系统改进，平朔露天矿区的2800XPB 电铲、4100XPC/58 m3电铲已经开始逐台进行升级改造，2 台WK－35 电铲后续也将进行升级改造。但是在电铲升级改造之前应该积极寻找1 种办法来提高电铲的通风除尘效果，如2800XP、2800XPB、395BI、4100XPC/58 m3电铲的增压风机叶片为可调式，在一定范围内通过调整叶片角度，可以适当地降低风量，提高风速和风压，从而在一定程度上提高散热除尘效果。再比如对这些惯性除尘器定期进行清洗清洁，可以减少阻力，减少进入机舱的粉尘，一定程度上也能改变电铲机舱环境。

3 结语

目前，平朔矿区电铲的通风除尘系统可以分为惯性式和滤筒式2 类。惯性式除尘系统除尘精度低下，只能过滤5 μm 以上的粉尘，不能改善机舱作业环境，也不能满足2800XP、2800XPB、WK35、395BI、4100XPC/58 m3电铲的通风除尘需求，以电气故障居多。滤筒式除尘系统除尘精度高，过滤0.5 μm 以上粉尘的效率达99.99%，能够满足WK55、，4100XPC/60 m3电铲的通风除尘需求，机舱环境大幅改善，电气故障大幅减少，有效地延长了机舱内零部件的使用寿命，降低了设备维修成本，因此滤筒式通风除尘系统应该被大范围推广使用。