王荔寧

（南京揚(yáng)子物流有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000）

1 噴淋系統(tǒng)改造背景

1.1 3#碼頭卸船機(jī)工藝流程

煤炭經(jīng)江海輪運(yùn)輸至揚(yáng)子石化3#碼頭，由橋式抓斗卸船機(jī)從船艙抓取，由小車托運(yùn)至錐形料斗上方卸煤，通過(guò)料斗出料口至接料皮帶機(jī)，再送至出料皮帶機(jī)，最后通過(guò)碼頭皮帶機(jī)運(yùn)至圓倉(cāng)或電廠。上料防塵板起到的作用是預(yù)防粉塵飛揚(yáng)，料斗口處配備噴嘴和供水管道，卸船機(jī)的水箱泵可提供管道涌水，利于流體輸出。

1.2 卸船機(jī)噴淋系統(tǒng)工藝流程

噴淋系統(tǒng)由離心泵、水箱、截止閥、水管、電磁閥和噴嘴組成。碼頭消防水經(jīng)消防水帶將水輸送到機(jī)內(nèi)水箱中，水箱上設(shè)有高、低水位控制，噴水泵出水口到卸料漏斗，上層噴嘴噴霧灑水。電氣PLC重點(diǎn)控制卸料漏斗的電磁閥，抓斗所處位置為漏斗上方時(shí)，卸料漏斗開始卸料，接通電源后離心式噴嘴可進(jìn)行灑水，當(dāng)抓斗卸完料，離開漏斗上方，電磁閥被延時(shí)斷電關(guān)閉，噴嘴停止灑水，噴嘴單次開啟閉合時(shí)間為每次10 s。

1.3 卸船機(jī)揚(yáng)塵管控

隨著港口運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，煤炭作為主要能源需求運(yùn)輸量不斷增加，貨物長(zhǎng)期堆放難免會(huì)出現(xiàn)起塵現(xiàn)象，這對(duì)港口周圍生態(tài)環(huán)境造成巨大影響，同時(shí)還伴隨貨損情況。經(jīng)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段我國(guó)大部分港口的大氣TSP數(shù)值明顯超標(biāo)，部分老港區(qū)中心地帶降塵值達(dá)到400噸/月·平方公里；有些港口粉塵污染量占所在城市全部粉塵污染量的50%以上，構(gòu)成較嚴(yán)重的污染問(wèn)題[1]。經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)原煤的表面水分保持在8%～10%時(shí)，煤塵基本得到控制，目前原煤加濕是控制輸煤系統(tǒng)揚(yáng)塵最有效的方法之一，而要實(shí)現(xiàn)原煤加濕則需要通過(guò)噴淋裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)[2]。

噴淋除塵的工作原理是將壓力水轉(zhuǎn)化成水霧罩，以達(dá)到最佳的霧化效果，降低水的消耗量，提升水滴與塵粒之間的碰撞力度，展現(xiàn)出最佳除塵效果。含塵氣體的濕度達(dá)到一定程度時(shí)，塵粒聚集在一起，形成一個(gè)較大體積附著在燃料表層，可將其轉(zhuǎn)運(yùn)至原煤倉(cāng)，以實(shí)現(xiàn)粉塵凈化效果。橋式抓斗卸船機(jī)治理?yè)P(yáng)塵的關(guān)鍵在于系統(tǒng)源頭壓塵，重點(diǎn)治理卸船機(jī)卸車時(shí)料斗卸料的作業(yè)環(huán)節(jié)煤塵，卸車機(jī)配備1個(gè)4.0 m3的水箱，卸車時(shí)在料斗上部對(duì)稱設(shè)置8個(gè)噴嘴形成水幕使揚(yáng)塵被封閉，從而達(dá)到降塵防塵的目的；同時(shí)在卸船機(jī)接料帶和給料帶轉(zhuǎn)接部位設(shè)置防塵簾及噴嘴，進(jìn)一步降低煤塵飛揚(yáng)。

1.4 噴淋系統(tǒng)改造更換原因

消防水含有石子、灰塵等雜質(zhì)，設(shè)備缺少水質(zhì)過(guò)濾裝置，經(jīng)常堵塞噴嘴，增加維修頻次，影響正常卸煤作業(yè)的運(yùn)行效率；噴水泵壓力不夠，功率偏低，噴嘴出水不夠流暢，噴灑直徑僅有1 m；噴嘴選型不佳，不可以霧化調(diào)節(jié)，不可以將料斗全覆蓋，僅僅只有直線的水柱噴出，且水柱僅有1 m射程，不能將料斗全覆蓋，防塵效果不佳；近幾年，國(guó)家重點(diǎn)監(jiān)控碼頭防塵治理工作成效，對(duì)環(huán)保的要求比以前更嚴(yán)格，對(duì)設(shè)備的防塵效果提出更高的要求；員工每天吸入作業(yè)環(huán)境中的煤塵，身體健康無(wú)法得到保證，例如“塵肺病”又稱“矽肺”，通常是由于在職業(yè)環(huán)境中長(zhǎng)期吸入生產(chǎn)性粉塵而造成的，尤其是煤中游離二氧化硅的高含量而導(dǎo)致的危險(xiǎn)。因此，有必要對(duì)噴淋系統(tǒng)進(jìn)行提升改造，提高防塵效果。

2 改造情況

利用平時(shí)設(shè)備不工作的間歇時(shí)間，在水箱出水口安裝不銹鋼前置過(guò)濾器，根據(jù)進(jìn)水壓力和出水流量選擇凈樂(lè)澄不銹鋼前置過(guò)濾器型號(hào)為大胖高壓款，進(jìn)水壓力范圍適用0.1～1.5 MPa，出水流量6～20 t，過(guò)濾精度40 um。

對(duì)于前置過(guò)濾器型號(hào)要合理選擇，根據(jù)港口運(yùn)輸要求及泵類產(chǎn)品使用情況選用合適的設(shè)備[3]，保證水泵可以穩(wěn)定工作，以降低生產(chǎn)成本。若設(shè)備選型不合理，直接影響水泵運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。通常來(lái)講，判定水泵的選型是否科學(xué)可從以下幾個(gè)方面入手：1）水泵持續(xù)處于高效運(yùn)行，減少能源消耗量；2）水泵內(nèi)結(jié)構(gòu)件可長(zhǎng)時(shí)間使用，不用進(jìn)行定期更換，也縮減了設(shè)備維修成本；3）水泵穩(wěn)定運(yùn)行，符合卸船機(jī)實(shí)際需求[4]。傳統(tǒng)水泵選型要先考察現(xiàn)場(chǎng)安裝條件，確定可滿足噴淋系統(tǒng)流量，依據(jù)管道布設(shè)情況得出噴淋系統(tǒng)正常工作所需要的揚(yáng)程，在收集一部分水泵產(chǎn)品樣本后可確定出選用水泵型號(hào)。針對(duì)卸船機(jī)的噴淋改造項(xiàng)目，通過(guò)根據(jù)泵最高工作壓力、使用溫度、介質(zhì)3個(gè)主要選型條件，通過(guò)對(duì)比分析，選擇IRG40-250立式單級(jí)離心泵及配套變頻穩(wěn)壓系統(tǒng)，配用功率由5.5 kW提升到7.5 kW，揚(yáng)程可以達(dá)到80 m，同時(shí)增加空氣壓力罐和變頻器配套設(shè)備達(dá)到穩(wěn)定系統(tǒng)壓力在0.7 MPa條件下，卸船機(jī)噴淋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在恒定壓力下穩(wěn)定運(yùn)行。

離心式噴嘴所形成的霧化可通過(guò)液膜的快速轉(zhuǎn)動(dòng)，形成強(qiáng)大的離心力，在與空氣發(fā)生一系列的反應(yīng)之后形成了連續(xù)液霧，卸船機(jī)噴淋系統(tǒng)霧化狀況表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，離心式噴嘴在不同環(huán)境下都可平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，霧化設(shè)備在其他類型動(dòng)力設(shè)備上也得到了廣泛應(yīng)用[5]。有學(xué)者模擬了離心式噴嘴及直通噴的運(yùn)行過(guò)程，得到了相關(guān)參考數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)結(jié)果來(lái)看，離心式噴嘴與普通直通噴相比較，離心式噴嘴霧化速度平均，可達(dá)到實(shí)際應(yīng)用噴射要求；離心式噴嘴出口軸向速度衰減所需時(shí)間更短，在軸向速度的作用下，霧化覆蓋面積更大[6]。離心式噴嘴內(nèi)的流體出現(xiàn)回流后受空氣的卷吸影響，空氣錐出露于噴嘴位置，流體呈膜狀旋轉(zhuǎn)同時(shí)將液體噴出，離心式噴嘴最為突出的優(yōu)點(diǎn)是展現(xiàn)出空心錐的霧化性能。當(dāng)內(nèi)錐角達(dá)到90°，流體分布均勻，降低流體損失率。離心螺旋角為15°左右時(shí)，噴嘴內(nèi)部流場(chǎng)軸向速度和切向速度相對(duì)較大，壓損較低，最為優(yōu)化。通過(guò)更換原先射程僅為1 m的直線水柱普通噴嘴為射程達(dá)到3 m的離心式可調(diào)節(jié)霧化噴嘴，噴出的水霧可將料斗上方全面覆蓋，不易堵塞，具體噴嘴選型實(shí)驗(yàn)分析（見表1）；同時(shí)原先噴嘴的出水流量為1.2 m3/h,現(xiàn)在噴嘴出水流量為0.5 m3/h，假設(shè)噴嘴不堵塞的情況下，日常1條船裝卸量在3700 t，抓斗1次作業(yè)量為10 t，1條船噴嘴需要開啟閉合370次，1次設(shè)定噴淋時(shí)間10 s，整條船作業(yè)完畢需要噴淋運(yùn)行時(shí)間為61 min，使用水的量為0.5 m3，理論上可以節(jié)約58%的消防水，實(shí)際使用中工人加水頻次由原來(lái)的1船2次改為1船1次，噴嘴的改進(jìn)不僅提升了噴淋效果，還節(jié)約水資源。

表1 噴嘴選型實(shí)驗(yàn)分析

3 改造效果分析及改進(jìn)

3.1 改造后噴淋效果

通過(guò)對(duì)噴淋整體系統(tǒng)的優(yōu)化和提升，改造后噴淋系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。水箱噴淋出水口通過(guò)過(guò)濾器、離心泵、穩(wěn)壓系統(tǒng)、到達(dá)料斗噴嘴及皮帶噴嘴，觀察到料斗上方霧化效果可達(dá)到全覆蓋，大大降低了揚(yáng)塵的風(fēng)險(xiǎn)，提高環(huán)保質(zhì)量。將改造前后的噴淋效果進(jìn)行目視對(duì)比如圖2所示，改造后噴嘴的霧化水可明顯看到相較之前的效果更好，全面覆蓋了料斗上方，起到防塵治理效果。

圖1 噴淋系統(tǒng)工藝流程圖

圖2 改造前后噴淋效果對(duì)比

3.2 改造前后粉塵監(jiān)測(cè)濃度對(duì)比

噴淋系統(tǒng)改造完成后，通過(guò)調(diào)試變頻器壓力，分別設(shè)置系統(tǒng)壓力在0.5 MPa、0.6 MPa、0.7 MPa和0.8 MPa條件下，試運(yùn)行噴淋系統(tǒng)效果，觀察噴嘴效果，發(fā)現(xiàn)隨著壓力升高，噴嘴射程越遠(yuǎn)，霧化效果越好，并且壓力在0.7 MPa時(shí)噴嘴射程已經(jīng)完全將料斗覆蓋，故變頻器壓力設(shè)定為0.7 MPa，噴淋系統(tǒng)在0.7 MPa壓力下可以穩(wěn)定運(yùn)行，噴淋效果有效提升。將改造前后的粉塵在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比見表2，改造后粉塵在線監(jiān)測(cè)濃度從原先的125 ～145 ug/m3降低至77 ～85 ug/m3，防塵效率提升了37%～45%，明顯提升了防塵降塵效果，說(shuō)明噴淋系統(tǒng)改造效果顯著。

表2 改造前后粉塵在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

為適應(yīng)環(huán)保管理要求，在進(jìn)行卸船機(jī)噴淋系統(tǒng)改造后，通過(guò)增加前置過(guò)濾器，使出水水質(zhì)顆粒度低于40 um，大大降低了噴嘴堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。離心泵功率從5.5 kW提升到7.5 kW，揚(yáng)程可以達(dá)到80 m，同時(shí)變頻配套設(shè)備控制系統(tǒng)在0.7 MPa條件下穩(wěn)定運(yùn)行，保證了噴淋系統(tǒng)在恒壓下高效運(yùn)行。離心式可調(diào)節(jié)霧化噴嘴的改進(jìn)，噴頭出水口和內(nèi)流道斷面增大，提高了霧化噴淋效果，節(jié)約了58%的水資源。

根據(jù)3#碼頭實(shí)時(shí)粉塵在線監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，改造后粉塵在線監(jiān)測(cè)濃度從原先的125～145 ug/m3降低至77～85 ug/m3，防塵效率提升了37%～45%，可以達(dá)到國(guó)家環(huán)保相關(guān)控制標(biāo)準(zhǔn)。