譚群燕等

摘要：為了滿足國家粉塵排放標準，解決混凝土攪拌站的環(huán)保問題，本文系統(tǒng)分析和總結了混凝土攪拌站粉塵的產(chǎn)生機理；在現(xiàn)有的除塵裝置基礎上設計了帶有倉頂安全門的粉料倉袋式脈沖除塵系統(tǒng)和增設有運動滑塊擋板機構的改進型袋式主動脈沖除塵器，既防止了爆倉，又解決了現(xiàn)有收塵裝置易堵塞、資源浪費的問題，在工程應用中得到了較為理想的除塵效果。

關鍵詞：攪拌站；粉塵；袋式除塵器；倉頂安全門

近年來，我國水利、鐵路、城市基礎設施建設進程步伐不斷加快，預制混凝土行業(yè)進入了空前大發(fā)展階段?，F(xiàn)有的攪拌站生產(chǎn)現(xiàn)場“風起則黃沙漫飛水泥彌散、雨下則污水橫流泥渣遍地、生產(chǎn)則噪音隆隆”等環(huán)保問題【1】與國家提倡的低碳環(huán)保經(jīng)濟大局格格不入，尤其在中國向全世界承諾量化減排，治理霧霾的大背景下，開展環(huán)保型混凝土攪拌站的研制工作，對于解決混凝土攪拌站粉塵污染的難題具有非常重要的工程實用價值。

1.混凝土攪拌站的粉塵分析

混凝土攪拌站是由攪拌主機、物料貯存系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)、物料稱量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)及其它附屬設施所組成的建筑材料制造設備【2】，它以水泥為膠凝材料，將砂石骨料、粉煤灰、礦粉等原料按照一定的配比進行混合制作成混凝土。其生產(chǎn)過程中一般包括：物料輸送、稱量、拌合、攪拌等環(huán)節(jié)，產(chǎn)生粉塵的工藝過程主要有以下幾個：

1.1物料輸送過程產(chǎn)生粉塵

砂、石骨料由輸送機從稱量斗輸送到骨料集料斗，在此過程中，由于輸送機頭部滾筒和集料斗之間落差較大，因此拋投骨料的過程將產(chǎn)生大量粉塵，而且斜皮帶進入骨料待料斗和斜皮帶頭罩處無法做到完全封閉，產(chǎn)生的粉塵會從未封閉處溢出【3】。水泥、粉煤灰、礦粉等粉料在輸送及加工過程中受到流動空氣及設備運動部件所產(chǎn)生的誘導氣流影響，會將粉粒體中的細微粉塵帶出而產(chǎn)生揚塵。散裝物料罐車在向粉料倉送料時，水泥、粉煤灰等物料以高壓空氣為動力輸送，在輸送過程中，儲料倉內(nèi)的壓力大于大氣壓，壓縮空氣通過倉頂除塵器的濾芯向外釋放時也產(chǎn)生少量揚塵【4】。尤其當儲料倉頂除塵器發(fā)生故障，濾芯被堵死時，粉料倉內(nèi)的壓縮空氣將通過安全卸壓閥卸荷，大量粉塵將隨著卸壓的空氣排放到大氣中。

1.2攪拌主機投料過程產(chǎn)生粉塵

混凝土攪拌站攪拌主機部分產(chǎn)生粉塵主要有兩個階段：第一階段為粉料稱量時產(chǎn)生的粉塵；第二階段為粉料和骨料投入攪拌主機時產(chǎn)生的粉塵【5】。第一階段：螺旋輸送機輸送粉料到粉料計量斗中，實現(xiàn)粉料稱重（投料口的蝶閥關閉），此時由粉料斗往主機進氣，連接密封不可靠的地方和觀察維修口等可拆卸部件，難以做到完全密閉，容易產(chǎn)生漏灰。第二階段：當拌和料稱量完畢后，粉料計量斗和骨料待料斗的投料口蝶閥都已打開，骨料和粉料被投入主機，骨料中粉塵隨骨料一同進入主機，投入主機內(nèi)的粉塵大部分參與攪拌，少部分揚起。拌和料進入主機時，主機形成正壓，主機內(nèi)的氣體向外流動，部分氣體由計量斗氣道進入粉料斗中，另一部分氣體由氣道進入待料斗中，還有一部分氣體由引風管進入收塵系統(tǒng)的過濾室，最后被風機抽出排入大氣。

1.3攪拌主機攪拌過程產(chǎn)生粉塵

現(xiàn)行的混凝土攪拌站多使用雙臥軸強制式攪拌機，對雙臥軸強制式攪拌機而言，當攪拌機螺旋葉片繞水平軸旋轉時產(chǎn)生對物料的向上翻動，軸向力的作用將物料沿水平軸推向中間和另一端，攪拌葉片會促使少部分粉料從空隙處飛出，產(chǎn)生揚塵。

1.4儲料倉內(nèi)負壓產(chǎn)生粉塵

當儲料倉向攪拌主機卸料，儲料倉內(nèi)的氣壓得不到及時補充有時會形成倉內(nèi)負壓，倉內(nèi)負壓將部分物料揚起，當除塵系統(tǒng)中的過濾布袋或濾芯出現(xiàn)破損時，會產(chǎn)生粉塵外泄。

2.攪拌站除塵現(xiàn)狀及除塵裝置

目前，超過95%攪拌站是普通商品混凝土攪拌站【6】，粉塵污水排放、噪聲治理等指標遠不能達到環(huán)保要求。粉料倉的收塵多采用簡陋的機械震打式收塵機，收塵面積小，除塵效率低，經(jīng)常出現(xiàn)冒灰、甚至冒頂現(xiàn)象。在攪拌主樓內(nèi)，很多攪拌站都簡單的布置一個除塵袋，對粉塵源沒有進行處理，同時管路連接不緊密，大量粉塵直接排放至主樓甚至場外。骨料料場也大多處于露天狀態(tài)，裝卸料時產(chǎn)生嚴重的揚塵。

基于環(huán)保的要求，新建的攪拌站開始逐步配備除塵裝置。根據(jù)攪拌站粉塵的特點以及收塵效率方面的考慮，攪拌站除塵裝置多選用袋式除塵器。袋式除塵器是一種干燥式過濾型除塵裝置，它適用于過濾捕捉微小、含水比例很低、亞可見性粉塵。濾袋采用紡織而成的過濾布或直接成型的氈制成，利用濾袋的過濾作用對含塵氣體進行除塵。當含塵氣體進入該類除塵裝置時，顆粒較大、比重較大的粉塵顆粒，由于重力作用落入灰斗，含有較細小粉塵的氣體在通過濾料時，粉塵被阻留，氣體得到凈化。

袋式除塵器主要由灰塵清理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、檢查維修系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)四大部分組成，其中灰塵清理系統(tǒng)是袋式除塵器的消化器官，袋式除塵器的除塵效果取決于灰塵清理機構及其控制系統(tǒng)。袋式除塵器清灰方法主要有以下三類：①氣體清灰：氣體清灰是運用高壓氣體或者外部大氣反向噴吹濾袋，以清除濾袋上聚集的灰塵。常見的氣體清灰方式有脈沖噴吹清灰、反吹風清灰和吸風清灰三種形式。②機械振打清灰：借助于機械運動裝置周期性的輪流彈振各排濾袋，以清除濾袋上聚集的灰塵。③人工敲打：人工振打每個濾袋，以清除濾袋上聚集的灰塵【7】。

混凝土攪拌站的現(xiàn)場調研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的混凝土攪拌站除塵裝置在使用過程中存在許多問題，主要包括：設備阻力損失較大；濾袋破損失效；花板積灰；二次揚塵；稱量斗內(nèi)負壓；牢固性差等。以目前廣泛使用的脈沖反吹袋式除塵器為例，脈沖反吹時，下部含塵氣體仍然在持續(xù)進入袋室，這樣進氣氣流與反向噴吹氣流產(chǎn)生對流，引起除塵氣室內(nèi)的流場不穩(wěn)，造成二次揚塵，影響除塵效率。

3.環(huán)保型混凝土攪拌站除塵裝置設計

本文所設計的環(huán)保型混凝土攪拌站除塵裝置由管路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、倉頂安全門系統(tǒng)和主動改進型主動脈沖除塵器四部分組成，具體結構如圖1所示。

3.1帶倉頂安全門的粉料倉袋式脈沖除塵器

為了防止在風送上料時由于風送壓力過大或滿倉時而發(fā)生爆倉的重大安全質量事故，倉頂收塵裝置收塵管道與收塵器之間設有倉頂安全門。倉頂安全門1選用重力升降式安全閥，在工作過程中，相應粉料倉中的壓力達到設定值（如0.008Mpa）時，倉頂安全門自動升起泄壓，含塵的倉內(nèi)氣流從倉頂安全門處進入收塵器8，經(jīng)過收塵器的濾袋過濾后排除，被濾出的粉塵沉入收塵斗2內(nèi)。收塵斗下部連接有卸灰管道4，卸灰管道將收塵斗與其中一個粉料倉連接，卸灰管道上設有氣動卸灰閥門5，當收塵斗中的粉塵達到一定量時，開啟卸灰閥門，收塵斗中的粉塵順著卸灰管道流入到相應的粉料倉中，如圖1所示。

在這種新型倉頂收塵裝置的設計中，收塵器和粉料倉均位于粉料倉頂部，相對于地面上的收塵裝置來說，可大大縮短收塵管道的長度，減少收塵管道的彎折點及彎折角度，解決了現(xiàn)有收塵裝置易堵塞的問題；將倉頂安全門出口接入到收塵管道中，既防止爆倉，保證了粉料倉安全，同時又實現(xiàn)了粉料收集，達到環(huán)保要求；另外，收塵裝置

位于粉料倉的頂部，即使是在粉料倉內(nèi)存在一定的壓力的情況下，積聚在收塵斗中的粉塵也能在重力的作用下順利的落入至相應的粉料倉中，由此可見，所設計的倉頂收塵裝置不僅解決了現(xiàn)有的用于粉料倉的收塵裝置易堵塞、浪費資源的問題，還解決了現(xiàn)有的收塵裝置排料不便的問題。

在該設計中，預加料斗上料時，產(chǎn)生的粉塵顆粒由內(nèi)置脈沖除塵器進行收集，同時在砂石進口處采用了增加一個覆蓋物的新設計方案，減輕了傳送帶上料口處粉塵的外泄，提高了其密閉性。

攪拌機處和預加料斗之間設計有一個連通管路，這樣就減輕了因氣路不通而產(chǎn)生攪拌機內(nèi)氣壓增大的難題，含塵氣流在氣壓的作用下進入被動振打除塵器濾袋內(nèi)部，通過過濾，清潔氣體排出攪拌站界外，粉塵被阻留在濾袋內(nèi)部。

3.2改進型袋式主動脈沖除塵器

改進后的除塵器較傳統(tǒng)袋式除塵器新增了運動滑塊擋板機構，將傳統(tǒng)的一個氣室分為若干的小氣室（如圖2所示），穩(wěn)定了出除塵器內(nèi)部的流場。粉料倉上料時，因負壓產(chǎn)生的揚塵由倉頂脈沖主動除塵器抽風機來抽取倉內(nèi)含塵氣體，粉塵被阻隔在除塵濾袋外表面。在一段時間之后噴吹系統(tǒng)開始工作，在脈沖閥的控制下，噴吹管依次進行反吹，在反吹過程中，運動滑塊擋板機構阻隔該氣室的含塵氣體進口，防止二次揚塵的產(chǎn)生。

3.3攪拌站其他輔助除塵措施

本文將砂石料場置于地下，并且做密封處理。這樣做杜絕了因翻運和上料時產(chǎn)生的粉塵逸出場外造成污染，同時避免了因日曬、淋、風化等造成的砂石料的損失。

為進一步控制攪拌站向大氣中排放粉塵的數(shù)量，可在料場內(nèi)設置水噴淋裝置；同時攪拌站主體、配料和上料環(huán)節(jié)都采用全封閉外包結構。攪拌站主體二層及以上外包裝用角鋼搭建骨架模型，用夾心彩鋼板包裝整體主樓框架，以控制主樓內(nèi)產(chǎn)生的粉塵進入周圍環(huán)境的濃度。

4.工程應用效果

鄭州三和水工機械有限公司在生產(chǎn)的HZS180-1Q3000型環(huán)保型混凝土攪拌站采用上述的除塵設備，并獲得國家專利，產(chǎn)品經(jīng)國家建筑城建機械質量監(jiān)督檢驗中心檢測，粉塵排放指標達到國家環(huán)保標準。

5.結論

本文主要解決了以下幾個問題：

（1）研究了現(xiàn)有混凝土攪拌站除塵系統(tǒng)的結構，并對現(xiàn)有混凝土攪拌站的粉塵產(chǎn)生機理做了分析，找到了混凝土攪拌站粉塵的根源；

（2）重新對現(xiàn)有混凝土攪拌站的除塵系統(tǒng)進行設計，改進了現(xiàn)有除塵系統(tǒng)不合理的結構，達到了良好的工程實踐效果；

（3）以現(xiàn)有的混凝土攪拌站除塵器為藍本，重新改進和設計了除塵系統(tǒng)的核心部件——袋式脈沖主動除塵器。

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作者簡介：

譚群燕，華北水利水電大學機械學院，教授，主要從事材料加工和機械設計及理論方面的研究。

本項目得到華北水利水電大學研究生教育創(chuàng)新計劃基金資助，基金編號2014-09。