【分　 类】 化工与理学
【关 键 词】 煤炭储存
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正文：
煤炭储存仓是煤炭生产系统不可或缺的储存缓冲环节。在工程应用中，煤仓内煤炭有时会压实粘结成拱或粘壁，使煤炭不能从料口排除，减少煤仓容量，从而影响煤炭生产系统的正常运行。空气炮(又叫破拱器或清堵器)是防止和消除煤仓起拱、粘仓、堵塞等现象的专用装置，代替了传统的人工捅捣，压风喷吹，炸药爆炸，机械震动，滑磨板等一些效果差、不安全且耗资大的破拱助流办法。因空气炮具有结构简单、使用方便，冲击力大、安全、节能、可自动控制、不损伤仓斗等优点，是目前较理想的破拱助流装置。
空气炮破拱系统（详见下图）是以突然喷出的压缩气体的强烈气流直接冲入贮存散体物料的闭塞故障区，克服物料静摩擦，使容器内的物料又一次恢复流动。该系统包括空气炮、喷嘴、管路、储气罐、气源、控制阀、控制系统等，是一整套完善的破拱系统，涉及到空气动力学、管道设计等相关知识。具体设计中应根据料仓型式、容量、截面积、卸料角度，贮料性质、环境等条件综合考虑。虽然近几年来不少设计单位及生产厂家对破拱系统设计提出了一些意见，但其主要是依据经验确定各参数，没有形成一整套合理的设计计算体系，如何根据煤仓实际情况合理选择设计破拱器系统，是煤仓破拱设计面临的一大难题。
　　1、选型计算
1.2　喷嘴布置
喷嘴布置是破拱系统设计的关键。根据近几年国内煤仓使用经验，最易起拱、堵塞的部位在垂直仓壁与锥型料斗结合部至下部，所以喷嘴布置重点应在此范围。一般针对煤仓结构在容易起拱处按角度分层次布置，组成一个破拱系统。
喷嘴布置原则是根据空气炮爆破当量为900J/L，具体确定每个喷嘴的作用范围大约为R1～1.5m的球形来确定作用范围，据此确定喷嘴层距为1～1.5ｍ，间距为5ｍ交错配备。对于大型煤仓，根据料仓大小，应对称布置1～3层或更多，每层2～8个。
根据现场使用经验，在煤仓直径小于10m时，在变径段中间及变径开始处各布置1层喷嘴，下层2个，上层2～4个；在料仓直径大于10m时，在变径段1/3、2/3及变径开始处各布置1层喷嘴，喷嘴数量根据作业半径计算。
喷嘴一般高于起拱点1～2ｍ，应与水平面成-15°至-20°夹角。+50mm的储煤仓应径向布置喷嘴（指向仓中心），喷嘴啦叭口水平安放。-50mm煤仓喷嘴应切向布置，喷嘴啦叭口垂直安放。
喷嘴一般采用DN80或DN100钢管，煤仓出口压扁，压扁后的间隙40mm。
1.2　空气炮选型及布置
一般煤矿用煤仓直径（煤料为方形时，用对角线之长作为直径）在15ｍ以上应选择300L空气炮，小于15ｍ可选择160L。如直径较大的煤仓内粘贴了流动性较好的材料，也可选择容量较小者。但对于需长期贮存而且煤仓的锥角平缓或出口狭小的煤仓，则需选大者。对于大型贮煤仓（直径大于22ｍ的万吨以上煤仓）或者密度较大的煤炭储存仓，可选容积500L的空气炮。
空气炮的布置根据喷嘴布置确定，一般采用一炮一喷嘴型式，使用索具螺旋扣或钢缆吊挂在附近的混凝土、金属等构件上。空气炮检修较少，但考虑电磁阀的检修及操作，一般可设操作平台。空气炮的安装方位及角度应尽量设法减少排气管气流阻力，以减少能耗。
1.3　气源确定
空气炮最大放炮数量不应超过8个，放炮时间间隔2分钟，据此确定最大供气量：
Q=0.03nV(m³/h)
其中:n――同时放炮空气炮个数，当选择大型煤仓时，最多不超过8个；
V—空气炮容积(L)
1.4　主供气管路直径的确定
   管径（mm）
其中：q_v------工况下的体积流量
         m³/h
        w------流速，w＝10m/s
 P――破拱器工作压力MPa
根据计算结果确定管径，但根据煤矿地面系统（选煤厂）设计经验，计算后一般选择管径为DN25～DN50即可满足要求。
1.5　储气罐的选型计算
对于设有专门空压机的破拱系统，由于其动作的断续型，设有储气罐可有效减小空气压缩机的容量，从而减少投资；而对于采用管路系统供气的破拱系统，选用储气罐可减少气流脉动，提高输出气流的连续性及压力稳定性，进一步沉淀分离压缩空气中的水份和油份，保证连续供给足够的气量。储气罐可根据煤仓分布及数量多台并联使用，也可单台配用。
由于空气炮带有储气罐，根据管路计算在用风点压降不大时（末端供气压力不小于0.6MPa），可不设储气罐。
储气罐容量可按以下公式确定：
V≥PaQT (P1-P2) (m³)
其中: P₁——气源供气压力, MPa
　　　P₂——空气炮工作压力,MPa
　　　P_a——大气压力,Pa=0.1MPa
　　　Q——最大耗气量, m³/h(标准状态)
　　　T:两次放气的时间间隔（h）,一般 60s≤T≤120s
   根据以上经验公式确定容积后，一般不小于0.6m³，最大不大于5 m³，根据近几年的设计经验，一套系统一般取0.6～1.2m³的储气罐即可满足要求。
2、破拱控制系统设计
空气炮一般采用二位三通阀控制，二位三通阀可为手动、气动、电动、程控等方式。具体操作过程为：先打开进气阀，气体便自动进入炮体，需要放炮时，给换向阀一个控制信号。空气炮即通过排气口喷出强大冲击气流，能量释放后自动恢复充气状态，准备下一个工作循环。
破拱系统的操作方式一般同时启动同层对角的2个破拱器，堵塞较严重时可同时启动1个仓口上的全部破拱器，但至多不超过8个，以免引起结构损坏。多次起动,直至料仓被疏通。多次启动的时间间隔大于120S，据此确定破拱系统的控制方式。
控制系统可采用手动、气动单个控制，也可采用自动控制系统完成单个、成组放炮、定时自动放炮等控制方法。自动控制系统可采用可编程控制系统，运行人员依据操作面板上的按纽，对空气炮系统进行顺序控制。也可进入整个生产系统的集控，实现无人看管控制。
3、破拱系统应用实例
沙曲选煤厂原煤储存仓直径22m，储量1万t，数量3个，采用本设计理念对破拱系统进行设计：破拱器分三层布置，其中变直径处1层，仓嘴两层，主管道直径50mm，配备1.2m³储气罐，采用自动、手动控制系统，经3年使用效果良好；另外在屯留、寺家庄、三河尖选煤厂等工程设计中均达到了预期效果。