摘 要 ： 卸料機(jī)在翻卸原料、燃料過程中產(chǎn)生大量的含塵氣體，嚴(yán)重污染作業(yè)環(huán)境。為解決其粉塵控制問題，通過對(duì)移動(dòng)式卸料機(jī)特性的分析及不同吹吸氣流控制粉塵方式的比較，結(jié)合袋式過濾機(jī)組的特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)及模塊化設(shè)計(jì)，使其可應(yīng)用于大流量含塵氣流的控制中，在對(duì)袋式過濾機(jī)組性能測(cè)試分析及深入了解的基礎(chǔ)上，提出了卸料機(jī)粉塵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,打破了傳統(tǒng)吹吸氣流控制粉塵的方式,采用空氣幕-排風(fēng)聯(lián)合的捕集方式以及模塊化袋式過濾機(jī)組過濾凈化方式，對(duì)移動(dòng)式卸料機(jī)進(jìn)行粉塵控制及凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用，取得了較好的控制效果。

關(guān)鍵詞 卸料機(jī) 吹吸氣流 空氣幕 粉塵控制 過濾凈化
小型袋式過濾除塵器具有捕集效率高、體積小、啟動(dòng)電流小、無需電網(wǎng)增容、調(diào)節(jié)運(yùn)行靈活、清灰振打方便等特點(diǎn)，在許多工業(yè)粉塵控制場(chǎng)合大量使用，但由于其單機(jī)凈化處理風(fēng)量小，在大風(fēng)量含塵氣體控制中應(yīng)用較少，本文針對(duì)港運(yùn)碼頭卸料機(jī)在翻卸原料、燃料過程中產(chǎn)生大量的含塵氣體，污染環(huán)境這一問題，結(jié)合其粉塵產(chǎn)生具有間歇性、陣發(fā)性及塵源移動(dòng)等特點(diǎn)，對(duì)袋式過濾機(jī)組過濾特性進(jìn)行了測(cè)試、分析及選用，并在此基礎(chǔ)上對(duì)港運(yùn)碼頭卸料機(jī)進(jìn)行除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)PL袋式過濾機(jī)組外形尺寸及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，組成模塊化過濾機(jī)組，使其能與移動(dòng)式卸料機(jī)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)相匹配、構(gòu)成可控制卸料粉塵擴(kuò)散、減少環(huán)境污染的一體化移動(dòng)式機(jī)械卸料設(shè)備，使小型袋式過濾除塵器可應(yīng)用在大風(fēng)量含塵氣流控制中，并取得了較好的控制效果。
1 袋式過濾機(jī)組過濾特性測(cè)試、分析及選用
為使袋式機(jī)組更好地應(yīng)用于卸料機(jī)粉塵控制，首先針對(duì)PL機(jī)組進(jìn)行了性能測(cè)試及分析。對(duì)PL-2200機(jī)組進(jìn)行發(fā)塵實(shí)驗(yàn)，平均發(fā)塵濃度：2.01 g/m3，測(cè)得機(jī)組入口風(fēng)量及標(biāo)志風(fēng)量與機(jī)組濾袋阻力隨發(fā)塵量變化關(guān)系如圖1、圖2所示。
圖1 濾袋阻力隨發(fā)塵量關(guān)系曲線 圖2 機(jī)組入口風(fēng)量及標(biāo)志風(fēng)量隨發(fā)塵量關(guān)系曲線
由圖1、圖2可知，風(fēng)量隨發(fā)塵量增大而減小，主要是因?yàn)槿輭m后阻力增大，導(dǎo)致風(fēng)量減小。濾袋阻力隨發(fā)塵量增大而增大，主要是因?yàn)槿輭m后濾袋表面形成致密的粉塵層，導(dǎo)致阻力增大。
圖3 清潔狀態(tài)下濾袋阻力 圖4 形成粉塵初層后濾袋阻力
隨過濾風(fēng)速變化關(guān)系曲線 隨過濾風(fēng)速變化關(guān)系曲線
比較濾袋清潔時(shí)及濾袋具有粉塵初層時(shí),濾袋阻力與過濾風(fēng)速的關(guān)系可知：濾袋阻力的增加與過濾風(fēng)速單因素變化的關(guān)系為： DPZJ=422.43*V－725.54 (Pa)。
在額定風(fēng)量時(shí),含塵后,濾袋阻力的增加量為：DPZJ=526.4(Pa)，由此可見，在不考慮其他影響因素的情況下，濾袋阻力的增加與風(fēng)量成正比，即與過濾風(fēng)速成正比，DPZJ=93.23V+250.67(Pa),過濾風(fēng)速每增加1 m/min,濾袋阻力增加343.9 Pa，其相互關(guān)系如圖3、圖4所示。所以,過濾風(fēng)速不易選取過高,那樣會(huì)造成濾袋阻力過大,運(yùn)行費(fèi)用增加,清灰過頻。測(cè)試所得袋式過濾阻力與過濾風(fēng)速的關(guān)系，對(duì)預(yù)測(cè)其他型號(hào)機(jī)組的壓力損失，合理選擇與其相匹配的風(fēng)機(jī)設(shè)備，具有一定的指導(dǎo)意義。
通過測(cè)試可知，該袋式除塵機(jī)組在粉塵平均濃度為2.01 g/m 的條件下,達(dá)到其銘牌額定風(fēng)量2200 m /h時(shí),濾布粉塵層含塵量2800 g,測(cè)試中當(dāng)除塵機(jī)組風(fēng)量下降至額定風(fēng)量80%時(shí),濾袋阻力增加1250 Pa，連續(xù)發(fā)塵約150 min時(shí),此時(shí)可認(rèn)為粉塵初層形成,其含塵量為6000 g,折算粉塵層厚度為211 mm,粉塵負(fù)荷為500 g/m ,此時(shí)其過濾風(fēng)速為3.59 m/min。由此表明：過濾風(fēng)速、運(yùn)行的粉塵濃度對(duì)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)（粉塵初層形成時(shí)間、濾袋阻力及粉塵層厚度）產(chǎn)生較大的影響。過濾風(fēng)速是影響除塵機(jī)組運(yùn)行效率及阻力的主要因素，選擇合理的過濾風(fēng)速對(duì)運(yùn)行效率及節(jié)能是至關(guān)重要的，通過比較分析，本設(shè)計(jì)過濾風(fēng)速采用0.04 m/s。
粉塵控制系統(tǒng)控制效果的優(yōu)劣其關(guān)鍵之一在于控制總風(fēng)量的確定及除塵機(jī)組的選用，本文根據(jù)控制粉塵界面風(fēng)速及文獻(xiàn)[1，2]，確定除塵系統(tǒng)總風(fēng)量為150000 m3/h，根據(jù)卸料機(jī)實(shí)際允許安裝空間，設(shè)計(jì)袋式除塵機(jī)組外形尺寸及選擇10臺(tái)PL15000機(jī)組，并將機(jī)組原結(jié)構(gòu)由原來的下進(jìn)上出進(jìn)風(fēng)方式改為上進(jìn)上出進(jìn)風(fēng)方式，節(jié)省了配管長度，使粉塵進(jìn)入布袋之前，因氣流流動(dòng)方向的改變產(chǎn)生慣性沉積，起到初效除塵器的作用。每5臺(tái)單機(jī)除塵器組成一模塊化袋式過濾機(jī)組，可組成兩個(gè)模塊化過濾機(jī)組分別設(shè)在落料斗兩側(cè)，各單機(jī)設(shè)獨(dú)立清灰裝置，通過自動(dòng)控制可實(shí)現(xiàn)逐次啟動(dòng)和停機(jī)及清灰振打。
2 粉塵捕集及凈化方式的確定
如何控制塵源的擴(kuò)散、將其經(jīng)濟(jì)、合理、有效地捕集以及如何將捕集的粉塵經(jīng)濟(jì)、合理、有效地凈化，減少環(huán)境污染是空氣環(huán)境污染控制及治理的關(guān)鍵性問題。具體塵源的不同，應(yīng)選用不同的粉塵捕集及凈化方式。港運(yùn)卸料機(jī)其落料槽外形尺寸為10000 mm x8000 mm x5000 mm，落料斗高為5000 mm，落料槽頂部及進(jìn)料側(cè)面無法封閉，其對(duì)外開放，在落料過程中大量粉塵由此處向外擴(kuò)散，港運(yùn)物料輸送為間歇運(yùn)行，此污染源屬于大空間、開發(fā)性、陣發(fā)性及可移動(dòng)性塵源。本文針對(duì)其特殊性提出新的吹吸氣流捕集方式及模塊化過濾機(jī)組凈化方式，控制其粉塵擴(kuò)散，減少對(duì)環(huán)境的污染。
對(duì)于粉塵捕集方式而言，通過對(duì)卸料機(jī)裝置的工藝特點(diǎn)分析可知：無法采用密閉罩、頂吸罩、單一吹吸罩等控制方式[3]。卸料機(jī)裝置空間較大，如采用單一吹吸氣流控制粉塵污染，隨吹吸口間距增加，易造成能耗較大，控制效果差。同時(shí)，在落料時(shí)，產(chǎn)生向下的卷吸氣流，使排氣氣流增加，物料下落后，大量粉塵沉積、壓縮而產(chǎn)生向上的反沖氣流，使粉塵向周圍環(huán)境擴(kuò)散。因此，提出采用空氣幕－排風(fēng)聯(lián)合控制方式進(jìn)行卸船機(jī)粉塵控制，在落料槽的頂部及進(jìn)料入口側(cè)面設(shè)空氣幕，以阻隔其與周圍環(huán)境氣流的質(zhì)量交換、控制粉塵擴(kuò)散及減少卷吸氣流侵入；在落料的底部設(shè)吸氣罩，將大量揚(yáng)塵及時(shí)排出。并將凈化后的清潔氣體循環(huán)使用，進(jìn)行空氣幕吹風(fēng)，以防止大量環(huán)境氣流卷入及控制粉塵的外逸，達(dá)到有效控制粉塵及節(jié)省能耗的目的。
對(duì)于粉塵凈化方式而言，可采用慣性旋風(fēng)除塵器和袋式過濾除塵器兩種凈化方式，經(jīng)過兩種凈化方式的比較，考慮料斗瞬時(shí)排塵量較多造成原始排放濃度過高，目前國家粉塵排放量標(biāo)準(zhǔn)提高，達(dá)標(biāo)需要求除塵器穩(wěn)定運(yùn)行、除塵效率達(dá)到99%以上等因素。因此，粉塵凈化治理確定采用袋式過濾凈化方案。袋式過濾機(jī)組除塵性能好，特別是對(duì)微細(xì)粉塵顆粒物的控制效果好，能保證排放氣體含塵濃度低于排放標(biāo)準(zhǔn)要求。袋式過濾凈化除塵器可采用脈沖反吹、反向氣流沖擊清灰以及機(jī)械振動(dòng)清灰方式，脈沖反吹清灰方式需設(shè)置高壓儲(chǔ)氣罐，反向氣流沖擊清灰方式需設(shè)置反吹風(fēng)管及控制設(shè)施，設(shè)備占用空間較大，機(jī)械振打清灰方式設(shè)置簡單、操作方便，設(shè)備緊湊，不占空間，經(jīng)過對(duì)各清灰方式的分析，結(jié)合卸料機(jī)為間歇運(yùn)行的特點(diǎn)，確定采用機(jī)械振打清灰方式，根據(jù)處理含塵氣流量選用多臺(tái)單機(jī)過濾除塵器組成模塊化袋式過濾機(jī)組，對(duì)捕集粉塵進(jìn)行凈化處理。
采用單元模塊化袋式過濾除塵機(jī)組，現(xiàn)場(chǎng)可不需配置大布袋清灰用壓縮空氣泵。可以利用機(jī)組風(fēng)機(jī)余壓將排氣用于空氣幕有組織補(bǔ)風(fēng)，對(duì)排氣進(jìn)行循環(huán)利用，可以減少粉塵對(duì)大氣的排放量，同時(shí)使系統(tǒng)配管簡單，減少一套空氣幕系統(tǒng)的設(shè)置。濾袋需定期更換（2～3 a），單元模塊化在更換某一單機(jī)時(shí)，不影響系統(tǒng)整體工作，設(shè)備空間和重量易適合設(shè)計(jì)要求。其缺點(diǎn)為:動(dòng)力件較多，凈化設(shè)備功率為166 kW。
經(jīng)對(duì)袋式除塵系統(tǒng)方案調(diào)查，結(jié)合卸料機(jī)工作對(duì)除塵系統(tǒng)的要求（要求設(shè)備緊湊,設(shè)備重量輕,占用空間小）、國家有關(guān)環(huán)境保護(hù)和環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求等因素，確定采用單元模塊化袋式過濾除塵機(jī)組，不采用大型布袋除塵器脈沖反吹布袋除塵器或?yàn)V筒式除塵器。因此，本粉塵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用“空氣幕隔塵+隔柵阻塵+吸氣排塵＋小布袋除塵器濾塵”粉塵控制及治理方案。利用除塵器單機(jī)自帶風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)落料槽抽風(fēng)和空氣幕補(bǔ)風(fēng)。由于利用除塵器排風(fēng)循環(huán)利用及落料槽空氣幕有組織補(bǔ)風(fēng)，可以降低除塵系統(tǒng)排塵總量，減少對(duì)環(huán)境的粉塵污染。
3 移動(dòng)式卸料機(jī)及粉塵控制一體化設(shè)備設(shè)計(jì)
根據(jù)含塵氣體處理風(fēng)量150000 m3/h，選用10臺(tái)PL單機(jī)過濾除塵器，將每5個(gè)單機(jī)過濾除塵器組成一個(gè)模塊化過濾機(jī)組，各單機(jī)可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立停機(jī)、清灰振打，可自動(dòng)逐次啟動(dòng)，以減少啟動(dòng)電流量，每個(gè)模塊化過濾機(jī)組設(shè)置一套螺旋輸灰器。根據(jù)空間位置和除塵工藝配置，在料斗進(jìn)料口兩側(cè)端各設(shè)置由5臺(tái)袋式過濾除塵單機(jī)組成的模塊化過濾機(jī)組。各除塵器單機(jī)收塵落入螺旋輸送器后，再落入輸料皮帶，然后再落入輸料皮帶運(yùn)輸機(jī)，將物料輸送到目的地。粉塵控制系統(tǒng)按軌道式移動(dòng)料斗除塵和配管要求，進(jìn)行專門配套設(shè)計(jì)。
空氣幕設(shè)置在抓斗進(jìn)、出口兩側(cè)和圍板上部的長側(cè)，利用氣幕和圍板將落料槽空間密閉。空氣幕采用雙層吹氣射流，吹氣射流氣流由布袋過濾除塵凈化后的排氣氣流供給，吹氣射流氣流量可通過閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，吹氣射流動(dòng)力由過濾除塵機(jī)組風(fēng)機(jī)提供。空氣幕吹氣總管采用等靜壓送風(fēng)設(shè)計(jì)，單側(cè)除塵機(jī)組各單機(jī)共用送、排風(fēng)總管。與料斗連成一體的總管與各單機(jī)出風(fēng)管用軟管聯(lián)接。落料槽長側(cè)上沿設(shè)置抽氣罩，抽取料斗揚(yáng)起的含塵氣體。吸氣罩采用與落料槽連成一體的共用總管，總管與各單側(cè)除塵機(jī)組單機(jī)進(jìn)氣管采用軟管聯(lián)接。振動(dòng)給料機(jī)采用密閉罩排風(fēng)，排風(fēng)點(diǎn)就近接入過濾除塵機(jī)組。除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)排放濃度低于120 mg/m3；排塵量低于8.5 kg/h。除塵器排放氣體滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求。作業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)要求：含塵濃度低于10 mg/m3；噪聲低于90 dB（A）(8 h接觸噪聲/工作日)。塵源控制不逸出含塵氣體，移動(dòng)料斗軌道車附近空氣環(huán)境滿足衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求。
主要技術(shù)參數(shù)：單機(jī)處理風(fēng)量 15000 m3/h，風(fēng)機(jī)全壓2900 Pa，電功率15 kW，總處理風(fēng)量為150000 m3/h；配用自動(dòng)振打清灰系統(tǒng)，10臺(tái)除塵單機(jī)自動(dòng)間斷循環(huán)進(jìn)行布袋清灰。每臺(tái)單機(jī)用3個(gè)清灰器，配用3個(gè)微電機(jī)，單個(gè)電機(jī)功率0.25 kW。共用30個(gè)清灰器/套；每個(gè)單機(jī)自設(shè)排灰斗，灰斗下部配用自動(dòng)回轉(zhuǎn)卸料閥，配用單機(jī)功率0.75 kW微電機(jī)，共用10個(gè)自動(dòng)回轉(zhuǎn)卸料閥/套；每個(gè)單機(jī)配用3個(gè)過濾單元，過濾面積35 m2，過濾風(fēng)速0.04 m/s，考慮清灰效果、除塵效率等要求，采用“729”濾料制作成扁型袋式過濾單元，共用30個(gè)過濾單元/套。
對(duì)粉塵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用以下塵源優(yōu)化控制措施：
（1）料斗上增加部件：表面設(shè)置井字網(wǎng)格（間距600mm，L100×8mm），中梁設(shè)置人字梁（寬度800 mm，斜度60°，Mn16δ8）。通過網(wǎng)格和人字梁降低物料下降速度，減少起塵量；通過人字梁所形成的料流阻擋料斗內(nèi)揚(yáng)塵。
(2) 對(duì)落料槽內(nèi)進(jìn)行抽風(fēng)，吸風(fēng)口設(shè)置在井字網(wǎng)格上方，采用均勻吸氣裝置，保證料斗內(nèi)部空間負(fù)壓，控制揚(yáng)塵。在槽長側(cè)方向10 m的兩側(cè)設(shè)置吸氣罩，吸氣罩內(nèi)設(shè)置60o傾斜角，以便利于較大粉塵顆粒落入落料槽中，減少氣流中大粉塵顆粒的含量。
(3) 將無組織的抽氣補(bǔ)風(fēng)設(shè)計(jì)成有組織補(bǔ)風(fēng)，在落料槽上方形成空氣幕，防止物料下落時(shí)，誘導(dǎo)環(huán)境氣流的卷入，阻攔料斗內(nèi)揚(yáng)起含塵氣體的逸出。吹氣空氣幕設(shè)置在圍板上側(cè)和抓斗進(jìn)出口兩側(cè)，空氣幕出口處設(shè)靜壓箱，以保證吹風(fēng)口速度均勻；采用袋式除塵機(jī)組排風(fēng)，排風(fēng)經(jīng)凈化后，一部分通過機(jī)組余壓送往空氣幕，進(jìn)行粉塵控制，防止粉塵外逸及減少周圍空氣的卷吸量，增強(qiáng)除塵效果及節(jié)省能耗；另一部分排至大氣。
(4) 在落料槽頂部及進(jìn)料口側(cè)面分別設(shè)置雙層吹氣風(fēng)幕，以增強(qiáng)吹氣氣流隔斷層的厚度，增強(qiáng)對(duì)粉塵控制的效果及減少周圍環(huán)境氣流的卷入。
4 移動(dòng)式卸料機(jī)及粉塵控制一體化設(shè)備的特點(diǎn)
（1）移動(dòng)式卸料機(jī)及粉塵控制一體化設(shè)備設(shè)計(jì)，根據(jù)卸料機(jī)的工藝特點(diǎn)，采用新的雙側(cè)吹吸氣流（空氣幕－排風(fēng)聯(lián)合）控制粉塵的控制方案，使吹吸氣流和工藝氣流合理的組織及匹配，減少環(huán)境氣流卷入及控制粉塵擴(kuò)散，達(dá)到減少能耗及強(qiáng)化粉塵控制效果的目的，經(jīng)過試運(yùn)行，控制效果較好。
（2）該設(shè)備在氣流組織方面，將含塵氣流送入過濾除塵機(jī)組，過濾凈化后，將凈化后清潔排氣氣流，一部分排放到大氣環(huán)境，一部分凈化氣流循環(huán)利用，利用排放清潔氣流進(jìn)行吹氣，使總排放量下降，減少了環(huán)境的污染。吹氣風(fēng)量可根據(jù)塵源粉塵排放量大小，通過閥門調(diào)節(jié)吹氣流速度及吹氣氣流強(qiáng)度，防止環(huán)境氣流卷入及粉塵向環(huán)境擴(kuò)散，強(qiáng)化粉塵控制效果，而不需增加風(fēng)機(jī)的功率，有效地利用了風(fēng)機(jī)的余壓，減少了風(fēng)機(jī)的能耗。
（3）該設(shè)備在過濾凈化技術(shù)方面，采用預(yù)覆塵技術(shù)，用煤粉進(jìn)行預(yù)覆塵，避免礦渣粉塵粘結(jié)在濾料上，提高濾料捕集效率。
（4）該設(shè)備對(duì)粉塵凈化采用模塊式過濾除塵機(jī)組，可應(yīng)用于對(duì)大風(fēng)量含塵氣流的控制系統(tǒng)中，機(jī)組實(shí)現(xiàn)停機(jī)振打，可達(dá)到最優(yōu)化運(yùn)行工況。模塊機(jī)組的逐次啟動(dòng)，不需要大的啟動(dòng)電流，避免了大機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，需曳力偶合啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，造成電網(wǎng)啟動(dòng)負(fù)荷過大等問題，使除塵系統(tǒng)用電節(jié)能及安全性提高。
（5）通過對(duì)袋式過濾除塵單機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，將原下進(jìn)上排風(fēng)式過濾機(jī)組改為上進(jìn)上排風(fēng)式過濾機(jī)組，減少了系統(tǒng)通風(fēng)管路長度，相當(dāng)于增設(shè)了慣性沉積初效過濾段，使較大礦渣粉塵顆粒，可通過慣性碰撞及氣流的改變，而沉積在灰斗中，提高過濾器捕集效率及減少濾料阻力、提高濾料使用壽命。