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        骨料生產(chǎn)線機制砂儲庫放料裝車水除塵系統(tǒng)設(shè)計

        2022-11-28 06:56:38師華東
        水泥技術(shù) 2022年6期
        關(guān)鍵詞:布袋裝車裝機

        師華東

        1 引言

        骨料生產(chǎn)線機制砂儲庫放料裝車除塵問題是骨料生產(chǎn)線粉塵污染治理的難點之一。機制砂儲庫放料設(shè)備主要包括散裝機、扇形閥、放礦機等,其中,散裝機是最常用的放料設(shè)備。機制砂儲庫放料裝車除塵方式分為干法除塵和濕法除塵兩種。干法除塵主要是采用袋除塵器進行除塵,濕法除塵主要用水進行除塵。濕法除塵包括以下兩種方式:一種是在機制砂儲庫庫底設(shè)置拌濕機(有立式、臥式兩種結(jié)構(gòu),采用臥式較多),通過拌濕機制砂來解決放料裝車過程中產(chǎn)生的揚塵;另一種是在機制砂的放料設(shè)備上(如散裝機)設(shè)置“噴淋+干霧”除塵裝置。噴淋除塵裝置是通過噴出的水顆粒將物料打濕,從而抑制揚塵;干霧除塵裝置是將水霧化成<10μm 的超細霧滴,使粉塵顆粒相互粘結(jié)、聚積增大,并在其自身重力作用下沉降,從而達到除塵的目的。

        本文將重點介紹機制砂散裝裝車系統(tǒng)的工藝設(shè)計,水除塵系統(tǒng)的工藝流程、選型及特點,水除塵與布袋除塵各自的優(yōu)勢,以及機制砂儲庫放料裝車水除塵的設(shè)計實踐,供業(yè)界同仁參考。

        2 機制砂散裝裝車系統(tǒng)工藝設(shè)計

        2.1 機制砂散裝機的組成及特點

        機制砂散裝機主要由棒閥、弧形閥、卷揚裝置、散裝頭、電氣控制系統(tǒng)等組成。其工作流程為:打開棒閥,調(diào)節(jié)放料流量,當(dāng)車停到相應(yīng)位置后,按下控制柜的“下降”按鈕,散裝頭下降到位后自動斷開升降電機電源,再按“裝車”按鈕進入卸料狀態(tài),此時輔助配套設(shè)備(除塵)會相應(yīng)開始工作。當(dāng)物料裝滿時,散裝頭會自動上升,上升距離需在安裝前設(shè)置完成(一般I=0.3~0.4m),即,將時間繼電器的時間設(shè)定為T=I/V(V-卷揚機提升速度)。在散裝頭開始上升時,關(guān)閉弧形閥,其他設(shè)備(除塵)相應(yīng)停止工作。待散裝頭到達最高位置后,按“停車”按鈕,散裝頭復(fù)位。

        骨料生產(chǎn)線用散裝機分為骨料散裝機和機制砂散裝機。由于骨料和機制砂物料粒徑不同,兩種散裝機的結(jié)構(gòu)也有所不同。一是散裝機的弧形閥閥板結(jié)構(gòu)不同。骨料顆粒較大,易卡料,從而造成弧形閥關(guān)不嚴、漏料;而機制砂顆粒較小,弧形閥更容易關(guān)嚴。二是耐磨材料使用不同。骨料和機制砂粒徑不同,對弧形閥、散裝頭的磨損程度也不同,使用的耐磨材料也有區(qū)別。散裝機常用的耐磨材料是“耐磨鋼板+螺紋鋼”。

        2.2 機制砂散裝裝車工藝

        骨料生產(chǎn)線機制砂散裝裝車工藝流程見圖1。

        圖1 骨料生產(chǎn)線機制砂散裝裝車工藝流程

        在機制砂儲庫庫底一般設(shè)置有“單層雙向棒條閥+插板閥”,通過棒條閥調(diào)節(jié)物料通過量。由于機制砂顆粒較細,易漏料,相對骨料而言,機制砂儲庫需多加一道插板閥來控制物料通過量。插板閥閥門下連接機制砂散裝機,最新設(shè)計的機制砂散裝機由弧形閥、插板閥、散裝頭組成,其中弧形閥、插板閥可以是電動、電液動、氣動或液壓驅(qū)動。與常規(guī)的散裝機相比,機制砂散裝機增加了電動插板閥,主要是為了避免散裝機停機時,插板閥出現(xiàn)關(guān)不嚴、漏料的情況。弧形閥一般要求加裝蓄能器,在停電時,保證弧形閥能夠關(guān)嚴。散裝頭由卷揚電機驅(qū)動,伸縮距離可調(diào)節(jié)。庫底配汽車衡對裝車物料進行稱重計量。

        3 水除塵系統(tǒng)工藝設(shè)計

        3.1 水除塵系統(tǒng)工藝流程

        骨料生產(chǎn)線機制砂庫水除塵系統(tǒng)工藝流程見圖2。機制砂庫水除塵系統(tǒng)由過濾器、水箱、水泵主機、管道及閥門、噴嘴組成。除塵系統(tǒng)用水來自于廠區(qū)的生產(chǎn)用水,首先進行水處理過濾,過濾器濾料可以使用活性炭或石英砂,也可以同時使用活性炭和石英砂雙級過濾系統(tǒng),過濾器應(yīng)具備手動反沖洗功能。出過濾器的水進入水箱,水箱上配有電動球閥、液位計、排污閥等。出水箱的水進入水泵主機系統(tǒng),水泵可以是柱塞泵或管道泵,水泵上配有壓力表、球閥、排污閥、水泵過濾器等。水泵過濾器可以防止大顆粒雜質(zhì)對水泵造成損害,對水泵增加了一層保護。出水泵的水進入噴淋管路,機制砂散裝機設(shè)置了三道噴淋程序,首先在弧形閥進行第一道噴淋,將機制砂打濕,然后在插板閥進行第二道噴淋,進一步打濕機制砂,最后在散裝頭內(nèi)進行第三道噴淋,將機制砂拌濕,并通過其內(nèi)部布置的十字交錯的鋼筋,將濕粉打散。三道噴淋后,進入卡車的機制砂含水率控制在2%~4%,此時基本上不揚塵。同時,在車位前后增加干霧噴頭,保證整個裝車過程干凈、無揚塵。

        圖2 骨料生產(chǎn)線機制砂庫水除塵系統(tǒng)工藝流程

        3.2 工藝計算及選型

        噴淋系統(tǒng)的理論計算基礎(chǔ)是將物料打濕后,測定物料的含水率,計算噴水量[1]。如裝車的機制砂含水率控制在2%~4%,假定散裝機的物料通過量為500t/h,可以計算出噴淋系統(tǒng)所需用水量,從而得出水泵的流量。但在實際操作中,影響散裝機下料流量的因素較多,如機制砂的流速、通過量、散裝頭尺寸等,因此,這種計算只能作為參考,具體的選型需結(jié)合實際經(jīng)驗確定。噴淋是指通過在設(shè)備外殼開孔,對機制砂進行噴水,在實際操作過程中,機制砂不可能被均勻打濕,靠近噴嘴的物料更容易被打濕,甚至形成結(jié)塊,而遠離噴嘴的物料則不易被打濕,這也是在車位前后增加干霧噴頭除塵的原因。筆者結(jié)合多年經(jīng)驗,總結(jié)出以下水泵流量計算公式。

        噴淋需水量的計算:

        式中:

        Q1——噴淋需水量,m3/h

        α——填充率,即物料通過散裝機的填充率,可選50%~90%

        F——散裝機的橫截面積,即散裝頭的截面積,物料通過量為500t/h時,可按0.6m直徑計算,m2

        V——物料流速,m/s,可通過下料口到卡車的高度進行核算,可選1~5m/s

        β——物料平均含水率,取2%~4%

        γ1——富余系數(shù),取1.15

        物料經(jīng)噴淋除塵后,仍會有少量粉塵溢出,因此,在卡車前后增加了干霧噴頭進行除塵。噴霧抑塵是一種建立在重力沉降機理上的降塵方法,當(dāng)水滴的直徑與灰塵顆粒的直徑相當(dāng)時,灰塵顆粒將跟隨氣流與水滴碰撞,從而將其從空氣中清除。干霧需水量應(yīng)滿足水霧和粉塵塵粒相互結(jié)合能夠沉降的需求。

        干霧需水量的計算:

        式中:

        Q2——干霧需水量,m3/h

        q——除塵風(fēng)量,m3/h,物料通過量為500t/h時,噴淋后,除塵風(fēng)量可選1 000~2 000m3/h

        t——含塵濃度,g/m3,物料通過量為500t/h時,噴淋后,含塵濃度可選1~30g/m3

        k——水的密度,1t/m3

        γ2——富余系數(shù),取1.15

        水泵流量的計算:

        水除塵系統(tǒng)設(shè)備選型步驟:噴淋用水量+干霧用水量→水泵流量→水泵選型→水箱選型→過濾器選型→噴嘴數(shù)量及布置。骨料生產(chǎn)線機制砂散裝裝車水除塵設(shè)計的核心在于計算和選型。應(yīng)平衡各參數(shù)間的關(guān)系,做出經(jīng)濟合理的選型設(shè)計,水除塵系統(tǒng)設(shè)備選型既不能過大,造成浪費;也不能過小,導(dǎo)致除塵能力不足。

        3.3 水除塵系統(tǒng)特點

        (1)水除塵系統(tǒng)為機械與電氣一體化的自動控制系統(tǒng),能夠與裝車系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)鎖,除塵系統(tǒng)具備現(xiàn)場控制與遠程控制功能,能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制和手動控制。

        (2)水除塵系統(tǒng)具備吹掃功能,可以在冬季實現(xiàn)管道排空后吹掃。

        (3)水除塵系統(tǒng)具備很好的流量分配功能,可使每個噴嘴霧化效果相同,或根據(jù)現(xiàn)場使用需求,自由調(diào)整噴嘴霧化量。

        (4)寒冷地區(qū)的水除塵系統(tǒng)管道需作保溫措施,一般使用30mm橡塑保溫棉。

        (5)通過監(jiān)測散裝機閥門開度,可以輸出對應(yīng)的模擬量,控制水除塵系統(tǒng)的噴霧壓力,達到精準控制物料含水率。

        4 水除塵控制系統(tǒng)

        水除塵系統(tǒng)以PLC為控制中心,實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制。該控制系統(tǒng)采用手動操作控制、現(xiàn)場自動控制、中控(DCS)自動控制三種模式。手動操作模式主要用于調(diào)試階段和后期維護階段,生產(chǎn)期間的主要操作模式為自動模式。在中控室設(shè)置單獨的DCS 水除塵控制系統(tǒng),以實現(xiàn)遠程監(jiān)控,并實現(xiàn)對所有控制閥門的開啟和關(guān)閉控制,同時,能夠記錄水泵主機的運行停止時間、設(shè)備故障時間等。水除塵控制系統(tǒng)的控制原理如圖3所示。

        圖3 骨料生產(chǎn)線機制砂水除塵控制系統(tǒng)的控制原理

        水除塵控制系統(tǒng)具有以下特點:

        (1)水除塵系統(tǒng)與散裝機聯(lián)鎖自動開啟。

        (2)能夠顯示主機系統(tǒng)運行信號、故障信號(含空壓機、水泵、過濾器等設(shè)備的故障信號)。

        (3)可根據(jù)氣候情況(如干燥、潮濕、濕潤),選擇噴霧組合方式(噴水量大?。瑢崿F(xiàn)不同的噴水方式運行(控制噴水的噴頭數(shù)量),減少噴水量,降低運行成本。

        (4)可根據(jù)散裝機弧形閥的開度,調(diào)整噴水量,精準控制物料含水率。

        (5)無論在哪種控制方式下,對正在運行的設(shè)備按下現(xiàn)場控制箱對應(yīng)的緊急停止按鈕時,該設(shè)備將立即停止運行,確保安全。

        5 布袋除塵系統(tǒng)與水除塵系統(tǒng)對比

        5.1 布袋除塵工作原理及布置形式

        布袋除塵的工作原理是:含塵氣體從除塵器的進風(fēng)口進入除塵器,受除塵器濾袋的阻隔氣流速度變慢,氣體中的粗顆粒粉塵落入灰斗。隨著含塵氣體過濾的不斷進行,附著于濾袋外表面的粉塵逐漸增多,氣流通過的阻力也逐漸增大,當(dāng)阻力達到一定限值時,通過壓縮空氣進行清灰,粉塵落入灰斗。

        骨料生產(chǎn)線機制砂儲庫布袋除塵器的布置形式主要有三種:

        (1)除塵器和風(fēng)機布置在倉頂,通過收塵風(fēng)管將散裝機裝車過程中的含塵氣體送入倉頂除塵器,收集的粉塵進入機制砂儲庫。此種布置下收塵管道較長,阻力較大,風(fēng)機風(fēng)壓一般需>4 000Pa。

        (2)除塵器和風(fēng)機置于地面,除塵風(fēng)管從散裝機收塵口引入除塵器進風(fēng)口。收集的粉塵經(jīng)回轉(zhuǎn)下料器、單倉泵、羅茨風(fēng)機、氣力輸送管道,送入機制砂儲庫。

        (3)除塵器和風(fēng)機置于二層平臺,收集的粉塵通過螺旋輸送機進入散裝機,直接裝車。此種布袋除塵系統(tǒng)工藝流程如圖4所示,一個車位有兩臺散裝機,散裝機一用一備,除塵設(shè)計時考慮一臺散裝機的除塵風(fēng)量即可。由于一臺除塵器負責(zé)兩臺散裝機,除塵風(fēng)管上應(yīng)增設(shè)兩個電動風(fēng)量調(diào)節(jié)閥,電動風(fēng)量調(diào)節(jié)閥與散裝機聯(lián)鎖啟停。裝車產(chǎn)生的揚塵通過除塵風(fēng)管進入除塵器,清潔空氣由排風(fēng)機排入大氣,收集的粉塵通過螺旋輸送機送入散裝機隨物料裝車。螺旋輸送機有兩個下料口,分別對應(yīng)兩臺散裝機,在下料溜子上安裝電動插板閥,電動插板閥與散裝機聯(lián)鎖啟停。

        圖4 骨料生產(chǎn)線機制砂庫布袋除塵系統(tǒng)工藝流程

        目前,三種除塵布置形式均有應(yīng)用,第三種布置形式的應(yīng)用相對較多。本文以第三種布袋除塵布置形式與水除塵作工藝對比分析。

        5.2 布袋除塵系統(tǒng)與水除塵系統(tǒng)工藝對比

        布袋除塵系統(tǒng)工藝選型:以每臺散裝機能力500t/h、二層平臺標(biāo)高5.5m 為例,參照混凝土骨料制備工程對布袋除塵器和風(fēng)機進行選型和計算。

        選用氣箱脈沖32-5系列,除塵風(fēng)量7 296m3/h,凈過濾面積152m2,總過濾面積160m2,過濾風(fēng)速0.8m/min,耗氣量0.46Nm3/min,出口氣體含塵濃度<10mg/Nm3;回轉(zhuǎn)下料器規(guī)格為300mm×300mm,功率為1.1kW;螺旋輸送機葉片直徑?300mm,輸送量30m3/h,功率2.2kW;風(fēng)機型號:9-19-12.5D,風(fēng)量8 327m3/h,風(fēng)壓3 975Pa,電機功率22kW。

        水除塵系統(tǒng)選型:水泵主機功率10kW,流量30L/min,壓力5MPa。

        布袋除塵系統(tǒng)與水除塵系統(tǒng)的工藝參數(shù)對比見表1。由表1 可知,布袋除塵系統(tǒng)多采用兩套設(shè)備,且對應(yīng)兩個車位進行除塵;而一個或多個機制砂庫僅需設(shè)置一套水除塵系統(tǒng),方便控制和使用。布袋除塵系統(tǒng)耗氣量較大,而水除塵系統(tǒng)的壓縮空氣僅用于管道維護時的反吹清理和干霧除塵,用量相對較小。布袋除塵系統(tǒng)中,回轉(zhuǎn)下料器、螺旋輸送機、風(fēng)機均配有電機,裝機功率及電耗較大;水除塵系統(tǒng)主要是水泵主機配有電機,裝機功率、電耗較低。水除塵系統(tǒng)設(shè)備重量較輕,安裝費較低;布袋除塵系統(tǒng)需要配備進出風(fēng)管和煙囪,設(shè)備較重,安裝費用較高,總體費用約為水除塵系統(tǒng)的兩倍以上。但布袋除塵系統(tǒng)不需要消耗水資源;而水除塵系統(tǒng)用水量較大,更加適用于水資源豐富的廠區(qū)。

        表1 布袋除塵系統(tǒng)與水除塵系統(tǒng)的工藝參數(shù)對比

        6 結(jié)語

        布袋除塵系統(tǒng)與水除塵系統(tǒng)各有優(yōu)點,應(yīng)根據(jù)骨料生產(chǎn)線的實際情況進行設(shè)計選型??傮w而言,布袋除塵系統(tǒng)投資較大,電耗較高,壓縮空氣用量較大;水除塵系統(tǒng)投資相對較小,但用水量較大。

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