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火力发电厂运煤系统较高的煤尘污染和恶劣的运行环境，严重影响着电厂的安全文明生产。随着我国节能降耗和环保要求的日益提高，以及加快发展高效节能环保新技术的政策要求，电厂运煤系统面临的环保挑战愈来愈严峻。带式输送机作为运煤系统不可或缺的设备，其运行和环保性能会对运煤系统产生直接影响。常规托辊式带式输送机所具有的输送平稳、适应性好、维修方便等特点[1]，是常用于电厂运煤系统的主要原因；然而较大的煤尘污染、较高的能耗和维护费用、以及较低的输送效率又制约着它的发展。
经过多年进化发展的悬浮式带式输送机，是一种运行平稳、能耗低、结构简单、运动部件少和环保效益好的新型物料连续输送设备，目前已广泛应用于粮食仓储、港口、化工等领域[2,3,4,5]。因此，研究悬浮式带式输送机应用于电厂运煤系统中的可行性，符合当前运煤系统有关节能和环保的要求，对解决常规托辊式带式输送机所存在的问题也具有良好的现实意义。
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悬浮带式输送机又称气垫式带式输送机，最早起源于荷兰TWENTE工业大学[5,6,7]。悬浮带式输送机采用薄气膜支撑输送胶带及物料的工作原理(如图1所示)，即用气室(布风盘槽)代替了常规带式输送机的托辊组，将一定间距的托辊支撑变为连续的气膜支撑；当风机向密闭气室内提供一定压力和流量的空气后，气室内空气经盘槽上的小孔喷出，在输送带和盘槽之间形成一层具有一定压力的气膜来支撑输送胶带及其上的物料，使得输送胶带在运动过程中避免与盘槽直接接触摩擦；通过电机驱动传动滚筒转动，从而带动输送胶带的运动。
Figure 1. Schematic diagram of air supported belt conveyor
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带式输送机传动滚筒上的圆周力FU由主要阻力FH、附加阻力、特种主要阻力FS1、特种附加阻力FS2和倾斜阻力FST构成，将附加阻力简化成长度系数C作为主要阻力的修正后，可采用下式进行阻力计算：
((1)) 或：
((2)) 式中：f为模拟摩擦系数；L为带式输送机长度(m)；g为重力加速度(m·s-2)；qRO为每米承载托辊旋转部分质量(kg)；qRU为每米回程托辊旋转部分质量(kg)；qB为每米输送带质量(kg)；qG为每米物料质量(kg)；δ为带式输送机倾角(°)。
带式输送机主要阻力FH，由输送带质量、物料质量和托辊旋转质量的运行而产生。对于常规托辊式带式输送机，模拟摩擦系数f值通常为0.018～ 0.035；而悬浮带式输送机将常规托辊式带式输送机的托辊滚动摩擦变为气动空气摩擦后，摩擦系数可大幅降低，设计制造质量良好的悬浮带式输送机模拟摩擦系数f值仅为0.006～0.012[6]。因此，悬浮带式输送机的主要阻力显著降低，传动滚筒圆周力FU也显著降低，驱动装置功率可大幅减小。
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常规托辊式带式输送机的托辊布置有一定的间距，输送带在物料及其自身质量的作用下，会产生一定的挠度(如图2所示)。当输送带运转带料经过承载托辊时，与托辊发生碰撞产生振动，导致物料也随之振动，从而出现粉尘飞扬和撒料现象。
Figure 2. Schematic drawing of belt conveyor while supporting material
悬浮带式输送机由于采用连续气膜支撑，输送带与盘槽不接触，从而运行平稳，物料在输送带上相对静止，不会出现粉尘飞扬和撒料现象，同时有利于提高带式输送机的有效提升角度和运行速度，从而提高承载能力。其最大倾角可比常规托辊式带式输送机高5度，最高带速亦可达8 m/s[8]。此外，悬浮带式输送机可采用较大的盘槽槽角，在相同带宽下横断面积更大，输送能力相对更大。
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悬浮带式输送机具有自动纠偏能力，只要给料对中，通常不会出现输送带跑偏问题。当输送带跑偏时，带式输送机横截面中心线两侧气体对输送带产生的推力将发生变化，其合力方向与跑偏方向正好相反，该合力将会使输送带向回推动，直到输送带和物料的重心与横截面中心线重合为止，从而实现了自动纠偏。
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悬浮带式输送机中部均为供风盘槽，整体运动部件很少，不安全、不稳定因素较少，故可靠性较高，维护工作量较小，运行噪音也较小。
悬浮带式输送机通常设有机盖外罩，可实现全密闭输送，环保效益好，输煤栈桥可露天布置，桁架更轻，可降低土建造价。
悬浮带式输送机运行带速高、输送能力大，在同等出力时带宽可降一级，对输送廊道或栈桥宽度要求也就较小。此外，由于中部几乎没有维护工作，故仅需设置运行通道，国外有的项目甚至同时取消了运行和检修通道，如图3所示。
Figure 3. Abroad project cases of air supported belt conveyor
悬浮带式输送机的劣势主要体现在如下三方面：其一是不能承受冲击载荷，否则会破坏气膜，因此稳妥起见，在受料段仍建议设置缓冲床或缓冲托辊；其二是由于气室制造原因难以实现平面或空间布置上的转弯，只能直线布置，如需转弯，则需要在转弯处设置过渡段托辊；其三则是不适宜作为配料皮带，如煤仓层带式输送机，需要配置卸料车或者犁式卸料器，因而建设采用常规托辊式带式输送机。
1.1 工作原理
1.2 主要技术特点
1.2.1 运行阻力小，能耗低
1.2.2 承载能力大，运行平稳
1.2.3 输送带不跑偏
1.2.4 其它
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悬浮式带式输送机自20世纪70年代左右在荷兰问世后，在国外得到了迅猛发展，诸如荷兰SLUIS公司、英国SIMON-CARVES公司、美国WOLVERINE公司、美国TRAMCO、美国MARTIN公司、法国STOLZ公司、日本川崎、IHI、宇都公司等均通过研发形成了自己的产品，且远销其他国家和地区[2,9,10]。图3即为国外悬浮带式输送机的工程应用照片。国外目前已致力于向长运距、大运量、高带速的方向发展，且已有输送距离在1 km以上、带速达6 m/s的悬浮带式输送机应用实例[11]。
我国港口、化工等行业曾引进过英国SIMON-CARVES、美国TRAMCO和法国STOLZ等公司的悬浮带式输送机，并稳定运行至今[12]。
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国内针对悬浮带式输送机的研究大致开始于20世纪80年代。北京矿务局王平村煤矿于1986年最早投入使用了悬浮带式输送机，并于同年12月通过了技术鉴定，至今运行良好。之后，诸如天津港、大连港、钦州港、日照港、丹东港、锦州港、徐州矿务局、安阳钢铁焦化厂、山西铝电等均采用了悬浮带式输送机[13,14,15]。
2014年7月，由河南某公司研制的最大出力可达4.3 kt/h的B1800节能环保大运量智能型气垫带式输送机(如图4所示)顺利通过河南省科技厅验收，标志着我国悬浮带式输送机技术水平达国际先进水平。
Figure 4. Sample pictures of large capacity air supported belt conveyor
2.1 国外研究和应用现状
2.2 国内研究和应用现状
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依托广东省某新建燃煤发电工程，针对煤场至主厂房之间的3段带式输送机，分别采用常规托辊式带式输送机和悬浮带式输送机进行详细方案设计，有关经济性分析数据详如表1所示，有关工艺参数详如表2所示。
工艺参数 托辊带式输送机 悬浮带式输送机 实际运行功率/kW 935×0.85＝795 920×0.7＝598 总造价(设备＋上部结构)/万元 3 808 3 976 初投资对比/万元 0 168 年节省能耗费用/万元 0 24.15 年节省维修费用/万元 0 42 年节省费用小计/万元 0 66.15 Table 1.
Main data of economy analysis 工艺参数 带式输送机C1AB 带式输送机C2AB 带式输送机C3AB 托辊式 悬浮式 托辊式 悬浮式 托辊式 悬浮式 帯宽/mm 1 400 1 400 1 400 1 400 1 400 1 400 输送量/(t·h-1) 1 500 1 500 1 500 1 500 1 500 1 500 带速/(m·s-1) 2.5 3.15 2.5 3.15 2.5 3.15 水平机长/m 166.6 166.6 154.2/159.2 154.2/159.2 372.0 372.0 提升高度/m 13.5 13.5 26.8 26.8 42.2 42.2 倾角/(°) 16 16 16 16 9 9 数量/台 2 2 2 2 2 2 电机功率/kW 185 160 250 220 500 355 风机功率/kW — 2×15＋11 — 22＋18.5 — 3×22＋2×18.5 装机功率/kW 185 201 250 260.5 500 458 Table 2.
Main parameters of belt conveyors 由表2可知，采用常规托辊式带式输送机方案时，3段单路皮带的总装机功率为935 kW，而采用悬浮带式输送机时的总装机功率为920 kW，总装机功率方面悬浮带式输送机比常规托辊式带式输送机节能1.6%。然而，根据多年行业内实际运行数据表明，常规托辊式带式输送机的运行功率约为装机功率的85%，悬浮带式输送机配套风机运行功率约为风机装机功率的65%，从而使得悬浮带式输送机的运行功率约为装机功率的70%，考虑这一因素后，悬浮带式输送机的实际运行功率比常规托辊式带式输送机小约24.8%。如果按每千瓦时电价0.41元计算，每天运行10.9 h，年工作275天，则每年可节约电费约24.15万元。
维护费用方面，悬浮带式输送机比常规托辊式带式输送机要少很多。根据广东省大多数电厂历年带式输送机维护费用的统计数据，常规托辊式带式输送机的平均维护费用单价约为350元/m。而综合悬浮带式输送机制造厂数据，其维护费用单价约为50元/m。按表2中数据，总水平机长约为1 391 m，则采用悬浮带式输送机的年维护费用比常规托辊式带式输送机少约42万元/年。
综合运行费用和维护费用可知，采用悬浮带式输送机每年可节省约66.15万元。根据表2可知，初投资方面，悬浮带式输送机比常规托辊式带式输送机要高168万元。不考虑资金的时间价值，采用悬浮带式输送机时初投资中所多投入的资本，利用每年节省的运行和维护费用，静态回收期仅约2.54年。
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1)悬浮带式输送机具有运行阻力小、能耗低、承载能力大、运行平稳、输送带不跑偏、环保效益好等技术特点，已在国内外粮食仓储、港口、化工等领域得到广泛应用。
2)根据某燃煤电厂工程中悬浮带式输送机和常规托辊带式输送机的经济性分析比较，结果表明：悬浮带式输送机的运行和维护费用较低，全生命周期的经济性好。
3)在燃煤电厂中应用悬浮带式输送机技术，符合当前运煤系统有关节能和环保的政策要求。
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