公 磊，姚春發(fā)

(1.佩思國際科貿(mào)(北京)有限公司，北京 100027；2.萊歇研磨機械制造(上海)有限公司，上海 201901)

0 前 言

粉塵是指懸浮在空氣中的固體微粒，國際標準化組織規(guī)定，粒徑小于75 μm的固體懸浮物定義為粉塵。工業(yè)粉塵是PM2.5的重要來源，大氣中過多的工業(yè)粉塵會對生態(tài)環(huán)境和人們健康造成嚴重的危害。這些粉塵很容易讓人得塵肺病、矽肺病甚至是中毒性肺炎或肺癌，降落在植物葉面會阻礙植物的光合作用，抑制其生長。隨風擴散到附近的村莊和農(nóng)田，會嚴重危害到居民的健康和農(nóng)作物的生長。

隨著我國經(jīng)濟水平的提升，城市化進程不斷推進，越來越多的環(huán)境污染的出現(xiàn)，近年來，我國對于環(huán)境的保護也越來越看重。2017年2月17日，環(huán)保部發(fā)布《京津冀周邊地區(qū)2017年大氣污染防治工作方案》，對“2+26”城市空氣質(zhì)量改善情況實施按月排名，按季度考核。生態(tài)環(huán)境部印發(fā)了《2019年全國大氣污染防治工作要點》，明確提出要深入開展大氣環(huán)境綜合管理、穩(wěn)步推進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、加快優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、積極應(yīng)對重污染天氣、夯實大氣環(huán)境管理基礎(chǔ)等重要工作?？梢?，當前政策對大氣污染物排放控制的要求越來越嚴格，過去存在的無除塵或虛假除塵的企業(yè)將會難以生存。

砂石骨料生產(chǎn)線基本是由破碎、篩分、整形、選粉或洗砂以及輸送等作業(yè)單元組成，生產(chǎn)過程中各作業(yè)單元均會產(chǎn)生大量粉塵。為確保生產(chǎn)時車間內(nèi)干凈整潔，破碎機、篩分機、整形機、轉(zhuǎn)運站及輸送設(shè)備等關(guān)鍵點均無揚塵外泄，粉塵經(jīng)收塵器過濾后的排放濃度滿足《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》(GB 4915—2013)和《大氣污染物綜合排放標準》(GB 16297—1996)的要求，本文將從設(shè)計角度對生產(chǎn)線各作業(yè)單元的收塵進行簡要解析。力求憑借合理的除塵器選型、優(yōu)異的車間布置和收塵系統(tǒng)設(shè)計，達到最優(yōu)的粉塵控制效果。

1 收塵器型式的選擇及要求

工業(yè)用收塵器類型通常為氣箱脈沖布袋收塵器、電收塵器和濕式收塵器三種。由于生產(chǎn)線為礦石破碎及輸送的物理變化，沒有熱工制度和高溫煙氣的排放，不考慮電收塵器；同時考慮到濕式除塵器需要消耗水資源，排出的污水(帶沉渣)需要處理，冬季除塵器容易結(jié)冰等因素，設(shè)計時選擇氣箱脈沖布袋收塵器。氣箱脈沖布袋收塵器具有以下優(yōu)點：①生產(chǎn)成本低，價格便宜；②阻力較小，一般壓力損失為1 000～1 700 Pa；③除塵效率高，凈化后的排放氣體含塵濃度可控制在10 mg/m3甚至以下；④生產(chǎn)操作簡單，技術(shù)要求比電收塵器和濕式收塵器低；⑤附屬設(shè)備少，布置簡單，投資省，使用成本低；⑥對粉塵適應(yīng)性好，對于酸性、堿性以及其他腐蝕性氣體均能適應(yīng)。

根據(jù)《水泥工業(yè)污染物排放標準》(GB 4915—2013)重點地區(qū)企業(yè)大氣污染物特別排放限值的要求(見表1)，設(shè)計選型時要求收塵器的排放濃度≤10 mg/m3。

表1 大氣污染物排放濃度限值 單位：mg/m3

為保證收塵器的使用效果和運轉(zhuǎn)率，設(shè)計要求收塵器花板加工方式采用激光切割，濾袋采用滌綸針刺氈覆膜濾袋，克重≥550 g/m2，脈沖閥和PLC控制柜都采用品牌的，過濾風速<0.9 m/min。

2 收塵器規(guī)格選型

收塵器的規(guī)格是根據(jù)所需要的收塵風量選取的，收塵風量應(yīng)滿足維持生產(chǎn)中的無污染操作。影響收塵風量大小的因素很多，純理論計算很難得到一個切合實際的計算模型，所以實際設(shè)計中都是根據(jù)經(jīng)驗值進行設(shè)計。表2～5是根據(jù)某大型水泥集團的設(shè)計規(guī)范，并結(jié)合筆者10多年的設(shè)計經(jīng)驗總結(jié)出的關(guān)于不同種類設(shè)備的收塵風量的經(jīng)驗值。

表2 皮帶機收塵風量表

表3 破碎機收塵風量表

表4 篩分機收塵風量表

表5 板式給料機收塵風量

以上僅是不同種類、不同規(guī)格設(shè)備的收塵風量的經(jīng)驗值，實際上影響收塵風量的因素還有很多，比如輸送物料的種類、濕度、粒度、轉(zhuǎn)運落差等。實際設(shè)計時，還要綜合考慮以上因素，適當?shù)卣{(diào)整收塵風量的大小和收塵點的負壓。本項目解析主要是破碎及輸送系統(tǒng)的收塵設(shè)計，輸送物料基本以塊狀物料為主，粉料較少，物料水分常年在3%左右，故收塵風量選型直接參用表2～5中的經(jīng)驗值。若輸送物料以粉料為主，收塵風量需要適當增加1 000～1 500 m3/h；若輸送物料水分常年在10%左右，收塵風量考慮0.7左右的修正系數(shù)；若輸送物料水分常年在15%甚至以上，可不設(shè)收塵。

3 收塵風管的設(shè)計

收塵風管的合理設(shè)計是保證收塵效果的重中之重。關(guān)于收塵風管的設(shè)計，需要首先說明的是收塵風管不同于通風風管，設(shè)計時務(wù)必要避免橫平豎直，否則，水平段會慢慢積灰直至管道堵塞。收塵風管的設(shè)計主要有3個要素：風管角度、管內(nèi)風速和管道布置。

3.1 風管角度

結(jié)合Heidelberg水泥集團的設(shè)計準則和筆者以往項目的設(shè)計經(jīng)驗，為避免風管內(nèi)粉塵沉積，設(shè)計傾斜段上行風管的角度要≥45°，下行風管的角度要≥35°。若高度和空間允許的情況下，上行風管的角度最好≥50°，下行風管的角度最好≥45°。

3.2 管內(nèi)風速

管道內(nèi)風速過低，粉塵會沉積在管道內(nèi)，若風速過高，則會導(dǎo)致管道內(nèi)阻力過大，致使收塵效果變差，風機電耗增加。普通收塵管道內(nèi)最適宜的風速為14～16 m/s，本項目統(tǒng)一按照14 m/s設(shè)計，對傾斜角度小于60°的風管，按照16 m/s設(shè)計。

3.3 管道布置

管道布置包含一臺收塵器所對應(yīng)的收塵點的數(shù)量、分叉管的設(shè)計、收塵風罩的設(shè)計、風管轉(zhuǎn)彎彎頭的設(shè)計以及收塵點設(shè)置的位置等。合理的管道布置是保證揚塵被順利吸入收塵器的首要前提，同時也是保證收塵效果和管道使用壽命(避免管道被磨穿)的重要因素。

為保證收塵效果，一臺收塵器所對應(yīng)的收塵點數(shù)量不宜超過4個，通常設(shè)置2～4個。收塵是靠收塵風機產(chǎn)生的負壓將揚塵點的粉塵通過收塵風罩和管道吸入收塵器來實現(xiàn)的，要保證各收塵點的收塵效果，就要保證每個收塵點的負壓≤-100 Pa且各點負壓盡量一致。若其中一個收塵點的負壓較其他點低很多，則此點吸力就會高于其他點很多，風機產(chǎn)生的風量大部分就會從此收塵點進入管道和收塵器，導(dǎo)致其他收塵點風量偏小，收塵效果變差，因此管道內(nèi)風量大風速高，管道磨損大，管道使用壽命短。因此，管道布置時要避免此情況的發(fā)生，一臺收塵器只收2～4個揚塵點，通過在各收塵支管上設(shè)置手動蝶閥，各收塵點的負壓平衡簡單好調(diào)節(jié)，能最大程度地保證收塵效果。

分叉管在收塵管道布置中不可避免，兩個或多個收塵點的支管在交匯到一起時，如何保證交匯點和交匯后管道內(nèi)氣流的順暢，減小管道內(nèi)的阻力，對保證收塵效果也至關(guān)重要。對常見的分叉管，推薦設(shè)計形式見圖1。

圖1 分叉管推薦設(shè)計形式

設(shè)計時，應(yīng)盡量保證各支管與主管的夾角≤30°，各支管與交匯后主管內(nèi)的風速應(yīng)相同。

收塵風罩即收塵點的罩子，設(shè)計時原則上以收集揚塵點揚起的粉塵為主，收塵風罩尺寸由收塵風量和捕獲速度決定，實際設(shè)計時應(yīng)盡量罩住整個揚塵點，使揚塵區(qū)域在罩子內(nèi)且罩子內(nèi)為負壓狀態(tài)，從而避免粉塵向外逃逸。收塵風罩內(nèi)的風速應(yīng)<3 m/s，以避免高風速帶起粗顆粒。收塵風罩推薦設(shè)計形式見圖2。

圖2 收塵風罩推薦設(shè)計形式

風管彎頭轉(zhuǎn)彎半徑盡量設(shè)計為1.5～2D(D為風管直徑)，應(yīng)避免風管直折和銳角折，以減少風管阻力和轉(zhuǎn)彎處的磨損。

收塵點設(shè)置的位置即收塵風罩設(shè)置的位置，收塵風罩設(shè)置在揚塵區(qū)域上方并包含住揚塵區(qū)域才能最大程度地發(fā)揮作用。對于轉(zhuǎn)運點，收塵風罩宜設(shè)置在落料點沿料流方向1.5～3 m位置處，要避免出現(xiàn)逆料流方向設(shè)置吸風罩的情況。具體位置可根據(jù)實際情況調(diào)整，若受料皮帶帶速高，可適當加大收塵風罩至落料點的距離，反之亦然。

4 總 結(jié)

理論和實踐經(jīng)驗相結(jié)合才能創(chuàng)造出優(yōu)秀的設(shè)計，希望本文提到的理論和一些經(jīng)驗可以在設(shè)計中給類似項目提供借鑒，為減少工廠的粉塵排放，降低環(huán)境污染做出一份貢獻。

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