鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南 鄭州 450000

1 引言

粉塵的危害眾所周知,其危害程度和自身的直徑成反比,粒徑在5um以下的粉塵稱(chēng)為“呼吸性粉塵”,可通過(guò)呼吸直接到達(dá)人體肺部,大部分滯留在肺泡中形成纖維組織,引發(fā)各類(lèi)呼吸機(jī)能障礙疾病[1]。同時(shí),粉塵還能削弱日光和能見(jiàn)度,吸收日光中的紫外線(xiàn),使兒童佝僂病增多[2]。混凝土攪拌站內(nèi)的粉塵粒徑在1～500um的范圍內(nèi),其對(duì)人體健康和周?chē)h(huán)境都將造成較為嚴(yán)重的危害,因此在設(shè)計(jì)除塵裝置的過(guò)程中應(yīng)該特別注意這個(gè)范圍內(nèi)的粉塵除塵效率。而混凝土攪拌站作為煙塵排放量的大戶(hù),改善自身的排放條件迫在眉睫。

混凝土攪拌站除塵裝置選用的一般是袋式除塵器,它是一類(lèi)干式濾塵裝置,適用于捕捉細(xì)小、干燥、非纖維性粉塵。濾袋采用紡織的濾布或者非紡織的氈制成,利用纖維的過(guò)濾作用對(duì)含塵氣體進(jìn)行過(guò)濾[3],雖然其形式各有不同,但其主要結(jié)構(gòu)都是類(lèi)似的。主要包括以下四大系統(tǒng):清灰系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、檢修系統(tǒng)和安保系統(tǒng)。傳統(tǒng)的混凝土攪拌站除塵裝置在使用過(guò)程中出現(xiàn)了許多問(wèn)題,除塵效率一直不很理想,主要包括:(1)設(shè)備阻力損失較大;(2)濾袋破損失效;(3)花板積灰;(4)二次揚(yáng)塵;(5)稱(chēng)量斗內(nèi)負(fù)壓;(6)牢固性差等。

2 傳統(tǒng)的混凝土攪拌站除塵裝置

圖1簡(jiǎn)單清除地展示了傳統(tǒng)混凝土攪拌站的結(jié)構(gòu),在該結(jié)構(gòu)中,除塵裝置僅包括料倉(cāng)頂端的袋式除塵器,整個(gè)料場(chǎng)的揚(yáng)塵沒(méi)有任何的遮蔽措施,造成的后果就是料場(chǎng)的揚(yáng)塵直接排到場(chǎng)外,造成污染。置頂式袋式除塵器處于高出,承受較大的風(fēng)載,這就很容易造成傾倒而失效;同時(shí),高空墜落也會(huì)危及攪拌站工作人員的人參安全。圖2展示的是傳統(tǒng)袋式除塵器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖,作為一款主動(dòng)脈沖除塵器,該除塵器很容易造成糧倉(cāng)內(nèi)形成負(fù)壓,從而引起揚(yáng)塵;其反吹系統(tǒng)和抽風(fēng)裝置同時(shí)工作時(shí),進(jìn)氣氣流與反向噴吹氣流產(chǎn)生對(duì)流,引起除塵氣室內(nèi)的流場(chǎng)不穩(wěn)從而影響除塵效率。

圖1 傳統(tǒng)混凝土攪拌站結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 傳統(tǒng)的袋式除塵器構(gòu)造簡(jiǎn)圖

3 除塵裝置結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)上述問(wèn)題,本設(shè)計(jì)以現(xiàn)有的除塵裝置為藍(lán)本,對(duì)其進(jìn)行了較為合理地改良或重新設(shè)計(jì)。改進(jìn)型除塵裝置無(wú)論是在除塵效率方面還是在除塵性能方面,都較傳統(tǒng)除塵裝置有了很大的進(jìn)步。

3.1 除塵裝置整體結(jié)構(gòu) 本除塵裝置主要包括以下四個(gè)部分:改進(jìn)型脈沖主動(dòng)除塵器、連接管路系統(tǒng)、密封傳送帶系統(tǒng)和單向閥補(bǔ)壓系統(tǒng)[4],總裝簡(jiǎn)圖如下所示:

上圖清除地展現(xiàn)了四個(gè)部分之間的連接示意,下面一一介紹改進(jìn)的目的和改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)。

首先,砂石料由傳統(tǒng)的地面料場(chǎng)存放改為地下密封的砂石料場(chǎng)。這樣做的好處是避免了砂石料在地面因風(fēng)吹而產(chǎn)生揚(yáng)塵直接排出場(chǎng)外。地下密封式料場(chǎng)在上料過(guò)程中,產(chǎn)生的揚(yáng)塵隨密封傳送帶進(jìn)入預(yù)加料斗,通過(guò)預(yù)加料斗的管路系統(tǒng)引入袋式除塵器,通過(guò)過(guò)濾作用避免排入大氣。

其次,在攪拌站工作過(guò)程中,隨著上料、攪拌等過(guò)程的進(jìn)行,粉料倉(cāng)內(nèi)、預(yù)加料斗內(nèi)、攪拌主機(jī)內(nèi)都將產(chǎn)生粉塵,此時(shí)除塵器開(kāi)始工作,通過(guò)抽風(fēng)機(jī)的吸拉將含塵氣體通過(guò)管路系統(tǒng)引入除塵器內(nèi),由濾袋的過(guò)濾作用除去含塵氣體中的粉塵,潔凈氣體由排氣口排出。這樣將主除塵器置于地面,避免了高空風(fēng)吹墜落的危險(xiǎn),更方便調(diào)節(jié)維護(hù)。

再者,在粉料倉(cāng)、預(yù)加料斗和攪拌主機(jī)上面添加單向閥門(mén),其作用是除塵器抽風(fēng)機(jī)在抽風(fēng)過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)處于負(fù)壓狀態(tài)時(shí)及時(shí)補(bǔ)充氣體,避免因負(fù)壓而產(chǎn)生更多揚(yáng)塵增加含塵濃度。

3.2 改進(jìn)型袋式脈沖除塵器 改進(jìn)型除塵裝置的核心部件就是下圖所示的改進(jìn)型袋式脈沖除塵器,傳統(tǒng)的脈沖除塵器存在的問(wèn)題已經(jīng)在前文說(shuō)明,在此不再贅述。為了解決上述問(wèn)題,本設(shè)計(jì)改進(jìn)了進(jìn)氣口,重新設(shè)計(jì)增加了將氣體分氣室處理的氣室隔板和滑塊,具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖所示。

下圖中除塵器擋板的作用是在除塵器工作過(guò)程中將除塵器分為若干個(gè)氣室(可根據(jù)需要任意組合),各個(gè)氣室之間互不影響,當(dāng)滑塊運(yùn)動(dòng)至某氣室阻擋氣流通過(guò)時(shí),該氣室停止工作,同時(shí)脈沖反吹系統(tǒng)開(kāi)始工作,這樣就避免了含塵氣體和脈沖反吹氣流的沖突,從而減少甚至杜絕二次揚(yáng)塵的產(chǎn)生。

集灰排灰系統(tǒng)所得的粉塵都是攪拌站生產(chǎn)的原料,經(jīng)過(guò)一定的處理可以循環(huán)再利用,這樣不僅避免了環(huán)境污染,而且能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 管路系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)為了將含塵氣體引入置于地面的改進(jìn)型袋式除塵器,應(yīng)用了許多管路,因此管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)顯得尤為重要,但其重點(diǎn)還是控制各段管路的氣體流速,為避免殘塵滯留在管路當(dāng)中而日久阻塞管路系統(tǒng),本設(shè)計(jì)采用細(xì)管經(jīng)、高風(fēng)速的設(shè)計(jì)思路作為應(yīng)對(duì)策略。

4 本設(shè)計(jì)思路中除塵裝置各個(gè)參數(shù)的確定

4.1 處理風(fēng)量Q的確定 混凝土攪拌站的年生產(chǎn)量決定了處理風(fēng)量,應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要選擇合適的處理風(fēng)量抽風(fēng)機(jī)。如鄭州三和機(jī)械生產(chǎn)的HZS180-1Q3000型攪拌站年生產(chǎn)能力是180萬(wàn)m3,選擇的處理風(fēng)量為Q=5000m3/h。

4.2 過(guò)濾風(fēng)速的確定 較高的過(guò)濾風(fēng)速可以減小過(guò)濾面積,使設(shè)備小型化;但會(huì)使設(shè)備阻力增大,除塵效率降低,并影響除塵器壽命。本設(shè)計(jì)推薦的過(guò)濾風(fēng)速見(jiàn)下表1[5]:

表1 袋式除塵器推薦使用的過(guò)濾風(fēng)速V(m/min)

4.3 濾袋規(guī)格的確定 濾袋的規(guī)格尺寸:外濾式圓形濾袋的直徑為114～200mm,長(zhǎng)2000～9000mm,常用規(guī)格為:直徑120～160mm,長(zhǎng)度為2000～6000mm,常用的規(guī)格見(jiàn)下表2[6]:

表2 圓形濾袋規(guī)格/mm

過(guò)濾面積的計(jì)算公式如下[7]:

上式中:F—過(guò)濾面積

Q—處理風(fēng)量

V—過(guò)濾速度

4.4 進(jìn)、出風(fēng)口管徑的確定 由于進(jìn)風(fēng)口處粉塵濃度較大,為防止進(jìn)風(fēng)口沉積粉塵,因而應(yīng)設(shè)計(jì)較高風(fēng)速,可取16～20m/s;經(jīng)過(guò)過(guò)濾的潔凈氣體風(fēng)速可小一些。

在選取風(fēng)速之后,根據(jù)公式:

上式中:V—進(jìn)、出口風(fēng)速

Q—處理風(fēng)量

F1—管路橫截面積

D—管路直徑

4.5 除塵器阻力的修正 袋式除塵器阻力與除塵器結(jié)構(gòu)、濾袋布置方式、粉塵層特性、清灰方式、過(guò)濾風(fēng)速、粉塵濃度等因素有關(guān)。除塵器阻力可分為3個(gè)部分:除塵器結(jié)構(gòu)阻力、濾料上粉塵層阻力和濾料阻力[8],則:

式中:ΔPg——除塵器結(jié)構(gòu)阻力;

ΔP0——濾料本身的阻力;

ΔPc——濾料上粉塵層阻力。

除塵器結(jié)構(gòu)阻力ΔPg是指設(shè)備進(jìn)、出口及內(nèi)部流道內(nèi)擋板等造成的流動(dòng)阻力。通常ΔPg=200～500Pa。

濾料阻力

式中:μ——空氣的粘度,Pa·s;

vF——過(guò)濾風(fēng)速,即單位時(shí)間每m3濾料表面積所通過(guò)的空氣量,m3/min·m2;

ξ0——濾料的阻力系數(shù),m-1。

棉布ξ0=1.0×107m-1;呢料ξ0=3.6×107m-1;滌綸絨布ξ0=4.8×107m-1。

濾料上粉塵層阻力

式中:δc——濾料上粉塵層厚度,m;

ρc——濾料上堆積的粉塵量,kg;

F——濾料的表面積,m2;

αm——粉塵層的平均比阻,m/kg。

αm是隨粉塵粒徑、真密度及粉塵層內(nèi)部孔隙率的減小而增加。這就是說(shuō),處理粉塵的粒徑愈細(xì)小,ΔPc愈大。

粉塵器運(yùn)行τ秒鐘后,濾料上堆積的粉塵量為:

式中:τ——濾料的連續(xù)過(guò)濾時(shí)間,s;

y——除塵器進(jìn)口處含塵濃度,kg/m3。

又公式(6)(7)則可得

除塵器處理的氣體及粉塵確定以后,αm、μ都是定值。從公式(8)可以看出,粉塵層的阻力取決于過(guò)濾風(fēng)速、氣體的含塵濃度和連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間。除塵器允許的ΔPc確定以后,y、τ、vF這三個(gè)參數(shù)是互相制約的。

5 結(jié)語(yǔ)

脈沖袋式除塵器應(yīng)用廣泛,目前已經(jīng)成為高效除塵設(shè)備的主流。在使用過(guò)程中出現(xiàn)故障,只要分析準(zhǔn)確、處理及時(shí),就可以保障脈沖袋式除塵器平穩(wěn)運(yùn)行,

并可有效降低運(yùn)行阻力、延長(zhǎng)濾袋的使用壽命、減少清灰用氣,從而降低運(yùn)行費(fèi)用,發(fā)揮脈沖袋式除塵器的優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效地除塵。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和制造工藝的不斷改進(jìn),除塵器的種類(lèi)不斷增加,其性能和效率也不斷提高,本文中涉及的主除塵器是一臺(tái)經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)改造的袋式脈沖主動(dòng)除塵器,增加了分割氣室的隔板和阻擋滑塊等部件,使得其性能有了進(jìn)一步的提升。

混凝土攪拌站的拌和料中含有水泥、粉煤灰和礦粉等物質(zhì),砂石骨料中也含有粉塵顆粒,當(dāng)攪拌站工作時(shí),各個(gè)部分都會(huì)產(chǎn)生一定量的粉塵,會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成污染,因此,只有將攪拌站實(shí)行全封閉生產(chǎn),采用主動(dòng)脈沖除塵器進(jìn)行除塵才能滿(mǎn)足日益苛刻的環(huán)保要求。