關于超導電磁除鐵器在國內(nèi)大型港口運煤系統(tǒng)中的技術應用

1、超導除鐵器在港口輸煤系統(tǒng)中的應用 超導除鐵器的磁場強度為普通除鐵器磁場強度的3倍以上，可以有效吸除煤炭中的雷管、炮線、鐵屑等各類鐵器雜物，是目前國內(nèi)外解決輸煤皮帶機煤層中鐵器雜物磁場強度最高的設備，屬于精細除鐵設備。如果將超導除鐵器控制系統(tǒng)與港區(qū)中控室控制系統(tǒng)相連接，在上位機的統(tǒng)一管理下，可進一步提高整個系統(tǒng)乃至企業(yè)生產(chǎn)工藝的自動化程度。一、超導除鐵器原理及主要技術參數(shù)超導除鐵器屬于電磁除鐵器，它采用低溫超導技術，超導線圈被液氦浸泡。液氦溫度為零下269，超導線圈處于超導狀態(tài)，當電流通過線圈時，其導體電阻為零，電能全部轉化為磁能，實現(xiàn)節(jié)能、強磁。超導除鐵器的優(yōu)點是磁感應強度大、梯度大、除凈率高

2、。較小的鐵磁性物質(zhì)能從非鐵磁性物質(zhì)中被吸取出來，可去除混雜在非磁性物料中小到0.01kg、大到6kg的鐵磁性物質(zhì)，理論去除率達到99%。超導除鐵器的缺點是超導材料稀貴，且都必須在很低的溫度下工作，這低溫的獲得和保持需要依附于附屬制冷設備和絕熱設備，磁體不能接受強烈的撞擊，所以超導除鐵器一般僅用于多級除鐵的最后一道精細除鐵。二、超導除鐵器在國內(nèi)的應用實例超導除鐵器的磁場強度是普通除鐵器的3倍以上。目前，國內(nèi)應用超導除鐵器的工程實例均為專業(yè)化的煤炭出口港，共有10臺超導除鐵器投入使用，全部為美國藝利公司進口。由美國藝利公司提供的超導除鐵器的主要技術參數(shù)如下：1適合運輸皮帶機寬度(mm)：2 200

3、；2適合運輸皮帶機帶速(ms)：55；3額定懸掛高度(mm)：550；4允許溫升：最大不超過1.5K；5額定懸掛高度處磁感應強度(mT)：4006總功率(kW)：18；7理論雷管、炮線吸出率：99%；8最大允許吸出的單塊鐵重量(kg)：6；9控制柜防護等級：IP65；10設備總重量(kg)：約12 000；11工作制：24小時連續(xù)工作，建議每24小時升降磁場不超過3次。除鐵器在線吸鐵-離線卸鐵-再在線吸鐵。表1 超導除鐵器在國內(nèi)的應用實例除鐵器安裝地點數(shù)量(臺)皮帶機技術規(guī)格投入使用時間除鐵器本體單價(萬人民幣)青島前灣港區(qū)煤碼頭裝船皮帶機線1帶寬2200mm，帶速4.5m/s，額定輸送能力6

4、000t/h1987年約300黃驊港煤碼頭一期裝船皮帶機線2帶寬2000mm，帶速5.3m/s，額定輸送能力6OOOt/h2005年10月約602黃驊港煤碼頭二期裝船皮帶機線l帶寬2000mm，帶速5.3m/s，額定輸送能力6000t/h2005年10月約602天津港南疆9#、10#煤碼頭裝船皮帶機線1帶寬1800mm，帶速5.8m/s，額定輸送能力6000t/h2005正9月約602天津港南疆神華煤碼頭裝船皮帶機線3帶寬2000mm，帶速1.8m/s，額定輸送能力60OOt/h2007年12月約602秦皇島港煤碼頭二期工程裝船皮帶機線1帶寬2000mm，帶速4.8m/s，額定輸送能力6OOO

5、t/h2005正12月約602秦皇島港煤碼頭四期工程裝船皮帶機線1帶寬2000mm，帶速4.8m/s，額定輸送能力6000t/h2005年12月約602三、超導除鐵器與普通電磁除鐵器除鐵效果對比天津港南疆9#、10#煤碼頭超導除鐵器設備、黃驊港一期工程超導除鐵器設備和黃驊港二期工程超導除鐵器與其前級的普通電磁除鐵器運行一段時間后除鐵效果統(tǒng)計值見表2、表3、表4和表5。表2 天津港南疆神華煤碼頭超導除鐵器除鐵效果統(tǒng)計值分類雷管炮線雜鐵其他雜物合計枚kgkgkgkg超導除鐵器5730.3563.5863.51457.3普通除鐵器27.0135.7113.9656.68超導/普通28.54.3215

6、.7861.8625.71注：表2的合計項中，雷管的重量忽略不計表3 黃驊港一期工程1號超導除鐵器效果統(tǒng)計值分類 雷管炮線雜鐵其他雜物合計枚枚kgkgkgkgkgkgkgkg超導除鐵器3125.25493.64239.1757.99普通除鐵器217.85151.453.3222.55超導/通15.51.413.264.493.41注：表3的合計項中，雷管的重量忽略不計表4黃驊港一期工程2號超導除鐵器除鐵效果統(tǒng)計值分類雷管炮線雜鐵其他雜物合計枚kgkgkgkg超導除鐵器1719.87453.2242.85715.92普通除鐵器112.71111.4410.5134.65超導/普通171

7、.564.0723.135.32注：表4合計項中，雷管的重量忽略不計表5黃驊港二期工程超導除鐵器除鐵效果統(tǒng)計值分類 雷管炮線雜鐵其他雜物合計 枚 kg kg kg kg超導除鐵器121103.03358.721070.931532.68普通除鐵器884.01273.17261.69618.87超導/通15.131.231.314.092.48注：表5計項中，雷管的重量忽略不計綜合表2表5的實際統(tǒng)計值，并對其計算分析可知，從總體除雜效果來看，超導除鐵器是前級普通除鐵器的4.3倍左右，除雜鐵效果較佳。尤其對于雷管等細小的雜物，超導除鐵器的

8、吸除效果更佳，是普通除鐵器的17倍左右。因此，超導除鐵器具有極強的實用性，對于提高煤炭潔凈度，保證煤質(zhì)，能起到顯著作用。四、超導除鐵器在輸煤皮帶機線上的工藝布置在專業(yè)化的煤炭出口港的工藝設計中，通常具有“卸車-堆場、堆場-裝船”等工藝流程。在“卸車-堆場”的流程中，皮帶機中含有雜鐵的數(shù)量較多、單件雜鐵的重量相對較重。由超導除鐵器原理可知，超導除鐵器本體不能接受強烈的撞擊，它可吸除煤炭中單件雜鐵重量的范圍為0.06kg-6kg，因此為保證超導除鐵器的安全運行，需避免設備受到重件雜鐵的撞擊，設計時應將超導除鐵器安裝在“堆場-裝船”皮帶機系統(tǒng)中，作為最后一道精細除鐵設備，而“卸車-堆場”的流程中所配

9、備的除鐵器均為普通除鐵器。超導除鐵器主要包括超導除鐵器本體、高壓氦氣軟管、控制柜、電動天車、應急發(fā)電機組以及附屬設施等。在進行工藝設計時，需要對超導除鐵器的各個部分進行合理布置，同時要對超導除鐵器本體下方的皮帶機進行局部改造。超導除鐵器工藝設計要點：(1)超導除鐵器本體懸吊在軌道式電動天車下部，除鐵器本體盡量保持水平狀態(tài)。超導除鐵器通常布置在皮帶機線的中部；(2)超導除鐵器控制器包括氦氣壓縮機、控制器PLC軟件和顯示器、溫度顯示器、氦氣壓力表和導管、連接控制器和超導除鐵器的導線、升降磁場操作面版系統(tǒng)、便攜式電腦等等，這些控制器設施的防塵要求較高，因此需要將超導除鐵器設置在機房內(nèi)，同時將控制柜放

10、在防塵性較好的控制室內(nèi)；(3)在超導除鐵器本體和控制器之間連接有高壓氦氣軟管，為了防止管內(nèi)氦氣壓力損失過大，盡量縮短軟管的長度。據(jù)藝利公司確認，30米長度以內(nèi)的氦氣管在技術上是可行的；(4)為了防止超導除鐵器本體產(chǎn)生較大的晃動，電動天車的橫移速度不大于0.6m/min；(5)超導除鐵器本體內(nèi)的氦氣為液態(tài)，為防止液態(tài)氦氣的氣化，需要保證電源供電的不間斷性，為此，設計時需考慮配備應急發(fā)電機組。當市政電源斷電時，應急發(fā)電機組切入，并在10秒鐘內(nèi)開啟提供電源。(6)在設計時，電動天車旁邊設有不折彎導帶的放置區(qū)，不折彎導帶內(nèi)敷設有高壓氦氣軟管和電纜。(7)超導除鐵器的磁感應強度大、磁場梯度大，而皮帶機托

11、輥、機架、電纜橋架等一般采用鋼結構件，為防止超導除鐵器磁場對皮帶機鋼結構件造成磁化，以及為保證皮帶機系統(tǒng)正常的運行，需要將超導磁體正下方的皮帶機結構件更換為非磁性體結構；(8)根據(jù)超導除鐵器磁場的磁力分布范圍，為保證除鐵器維持其良好的除鐵效果，同時避免其附近的鋼結構體受到磁場影響，在進行工藝布置時，超導除鐵器中心距離鋼結構機房墻壁中心線的距離不小于4m。兩臺超導除鐵器中心距離不小于8m。(9)為保證超導除鐵器的安全運行，距離超導除鐵器較近處的上游需要設置一級普通除鐵器，該級普通除鐵器需要與超導除鐵器相連鎖，當超導除鐵器升磁場開始除鐵之前，需要先啟動普通除鐵器；若前級普通除鐵器出現(xiàn)故障或停機時，超導除鐵器需連鎖停止作業(yè)。(10)部分輸煤皮帶機為鋼芯帶，為防止皮帶機空載時，超導除鐵器將皮帶機吸起來，在超導除鐵器下方皮帶機的適當位置應安裝壓帶輪機構；(11)超導除鐵器的卸鐵溜槽采用不銹鋼材質(zhì)；(12)要考慮超導除鐵器本體及電動天車檢修的方便性。在電動天車軌道兩側設置檢修平臺，檢修平臺及梯子的布置應方便檢修人員從地面到達檢修區(qū)域。(13)控制室的布置