李啟航 陳新全

中交第二航務(wù)工程局有限公司設(shè)計(jì)研究院

0 引言

隨著我國城市化的發(fā)展及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)，大量位于城區(qū)的港口碼頭面臨著停產(chǎn)或者搬遷，對(duì)于港口碼頭的推倒重建是一種不負(fù)責(zé)任的表現(xiàn)，而對(duì)其進(jìn)行保護(hù)性改造利用，不僅減少了拆除過程中對(duì)環(huán)境的污染，規(guī)避了碼頭重建過程中的碳排放，同時(shí)也延續(xù)了城市發(fā)展歷史的記憶。此外內(nèi)河港口岸線資源是國家寶貴的財(cái)富，是不可再生的戰(zhàn)略資源，過去對(duì)港口岸線的無序開發(fā)，導(dǎo)致目前國內(nèi)可以利用的內(nèi)河港口岸線資源越來越稀缺，因而對(duì)原有的港口碼頭的改造利用是對(duì)港口岸線資源的合理利用。

對(duì)于碼頭的改造，通常需要針對(duì)碼頭后期使用的除塵系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，在不影響生產(chǎn)工藝的條件下，符合當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保要求。相比新建項(xiàng)目，碼頭除塵系統(tǒng)改造難點(diǎn)主要體現(xiàn)在新舊除塵方案的對(duì)比與選型，在既有的條件下，選擇最合理的除塵升級(jí)改造方案顯得十分重要。

1 項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目屬于河港散貨碼頭，位于安徽省池州境內(nèi)，地處于長江安慶河段右岸，有四個(gè)泊位需要改造,工藝布置如圖1 所示。早期碼頭以運(yùn)輸沙石材料為主，由于砂石材料在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中會(huì)存在因落差而引起粉塵擴(kuò)散的現(xiàn)象，例如：裝船機(jī)頭部溜筒落料點(diǎn)等位置。早期施工圖設(shè)計(jì)采用的是高壓噴霧抑塵系統(tǒng)，在揚(yáng)塵點(diǎn)設(shè)置灑水除塵噴槍進(jìn)行噴霧降塵，后期因甲方業(yè)務(wù)調(diào)整需提升碼頭的輸送能力以及改變輸送的貨物品種。現(xiàn)以其中一個(gè)泊位為例說明，項(xiàng)目改造主要表現(xiàn)在：①對(duì)裝船機(jī)進(jìn)行更換；②運(yùn)輸能力從1200 t/h 增加到3000 t/h，配套帶式輸送機(jī)由帶寬1200 mm、2.5 m/s 改造為帶寬1600 mm、3.15 m/s；③輸送貨物的品種更換為水泥品種。

圖1 碼頭工藝布置總圖

2 工程分析

2.1 粉塵特性分析

粉塵的的基本性質(zhì)主要有黏著性、荷電性質(zhì)、濕潤性等，對(duì)比砂和水泥粉塵其主要變化體現(xiàn)在黏著性，粉塵黏著性的強(qiáng)弱可用粘結(jié)力表示，粉塵粘結(jié)性分類見表1。

表1 粉塵黏結(jié)性分類

從表1 中可以看出水泥的黏結(jié)性比砂石料里面的粘結(jié)性強(qiáng)，易造成電除塵器內(nèi)壁黏結(jié)而堵塞，極線與極板上粉塵不易清除，產(chǎn)生反電暈和電暈閉鎖現(xiàn)象，影響除塵效率。

粘結(jié)性強(qiáng)的粉塵遇到水霧容易使產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，在使用濕式除塵器時(shí)容易產(chǎn)生水泥粘結(jié)，消耗水量較大，需要給水、排水和污水處理設(shè)備，并且塵漿回收處理復(fù)雜，處理不當(dāng)可能造成二次污染源[1]，早期砂石料污水處理設(shè)備已經(jīng)滿足不了當(dāng)前環(huán)保要求了。針對(duì)水泥粉塵的特性，將原有高壓噴霧抑塵系統(tǒng)改為干式除塵系統(tǒng)。

2.2 干式除塵器對(duì)比

目前常用干式除塵器有多種，常用種類、使用范圍及性能如表2[2]。

表2 干式除塵器種類、適用范圍及性能

目前碼頭運(yùn)輸?shù)呢浧分饕撬喾蹓m，其特性如表3 所示。

表3 水泥粉塵的參考數(shù)據(jù)

根據(jù)安徽省地方標(biāo)準(zhǔn)《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB34/3576-2020)規(guī)定，水泥粉塵的最高允許排放濃度不能超過10 mg/m3。而同類碼頭轉(zhuǎn)運(yùn)站落料點(diǎn)的水泥粉塵濃度一般在3.2～8.4 g/Nm3，考慮除塵效率要求，采用脈沖袋式除塵器。

3 除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 流程設(shè)計(jì)

目前根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)行情況，除塵系統(tǒng)的工藝流程如圖2 所示。

圖2 除塵工藝流程

3.2 風(fēng)量計(jì)算

皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)除塵風(fēng)量有多種計(jì)算方式，例如：根據(jù)物料末速度進(jìn)行查表計(jì)算。由于常需采用插值法去計(jì)算，略顯復(fù)雜。也有設(shè)計(jì)師進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，依據(jù)落料點(diǎn)的高差和皮帶機(jī)的速度、皮帶寬度進(jìn)行分類計(jì)算[3]，但是對(duì)于皮帶速度超過2 m/s 的情況沒有進(jìn)行總結(jié)。本文借鑒了工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)情況以及港口煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)站干式除塵系統(tǒng)風(fēng)量計(jì)算情況，采用如下公式進(jìn)行計(jì)算[4]：

式中：L 為計(jì)算風(fēng)量（m3/min）；m 為物料系數(shù)，取0.8～1.0，物料比重大時(shí)取大值，比重小時(shí)取小值；W 為皮帶帶寬（m）；H 為皮帶機(jī)轉(zhuǎn)接點(diǎn)落差（m）。

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際參數(shù)m=0.85，W=1.6m，H=4.5 m，計(jì)算除塵風(fēng)量為：L=12116 m3/h。

3.3 設(shè)備選型

根據(jù)除塵風(fēng)量可以計(jì)算出集塵罩的尺寸：

式中：L 為計(jì)算風(fēng)量（m3/min）；K 為傘形罩的幾何系數(shù)，通常取1.4；C 為塵源的周長（m）；h 為罩口距塵源距離（m）；v0為為罩口平均流速（m/s）。

根據(jù)實(shí)際工程情況，罩口距塵源的距離h 取0.5 m；考慮集塵罩的三邊都設(shè)置擋板，罩口平均速度v0取0.6 m/s，計(jì)算出塵源周長C=8 m，則集塵罩的罩口長寬尺寸為2.4 m×1.6 m。

風(fēng)管尺寸主要根據(jù)粉塵類別對(duì)應(yīng)的最小風(fēng)速來計(jì)算，水泥粉塵對(duì)應(yīng)垂直風(fēng)管最小風(fēng)速為12 m/s，水平風(fēng)管風(fēng)速為18 m/s。在同等輸送能力下圓形風(fēng)管強(qiáng)度大、比摩阻小，并且圓形風(fēng)管不存在死角，不易積累灰塵，因而除塵風(fēng)管一般推薦采用圓形風(fēng)管。據(jù)此得垂直和水平風(fēng)管最大管徑分別為：560 mm 和450 mm，考慮施工方便二者均取450 mm。

根據(jù)過濾風(fēng)速，可以計(jì)算出除塵器過濾面積。脈沖式布袋除塵器的過濾風(fēng)速控制在0.8～1.2 m/min，根據(jù)除塵設(shè)備反饋的數(shù)據(jù)，過濾風(fēng)速控制在0.8 m/min，可滿足水泥粉塵最高允許排放濃度不超過10 mg/m3的要求，則除塵器的過濾面積S 有：

通過過濾面積可以選取脈沖式布袋除塵器的型號(hào)參數(shù)為：風(fēng)量11160 m3/h，過濾風(fēng)速0.8 m/min，過濾面積260 m2，除塵器阻力1470～1770 Pa，清灰壓縮空氣壓力0.5～0.7 Mpa，耗氣量0.7 m3/min。除塵器安裝剖面如圖3 所示。

圖3 除塵器安裝A-A 剖面示意圖

這里值得注意的是安徽池州地處長江中下游地區(qū)，氣候潮濕多雨，在采用壓縮空氣進(jìn)行反吹清灰的時(shí)候，潮濕空氣容易引起結(jié)露、濾袋粘結(jié)[5]，因而推薦空壓機(jī)氣源出口設(shè)置干燥過濾器，保證氣源干燥。落灰管伸入到集塵罩中，防止二次產(chǎn)生揚(yáng)塵現(xiàn)象。除塵系統(tǒng)其他風(fēng)機(jī)選型、風(fēng)管水力計(jì)算等均有成熟的規(guī)范手冊(cè)可以直接進(jìn)行利用，這里不在贅述。

4 改造效果

碼頭改造完成后正式運(yùn)行期間，對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)部以及周圍環(huán)境進(jìn)行了監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果表明粉塵質(zhì)量濃度均控制在5 mg/m3以內(nèi)，符合國家工作場所空氣中粉塵運(yùn)行濃度要求；除塵器排風(fēng)口處的粉塵質(zhì)量濃度控制在10 mg/m3以內(nèi)，符合安徽省當(dāng)?shù)厮喾蹓m的排放標(biāo)準(zhǔn)。除塵回收利用大大提高了經(jīng)濟(jì)效益，根據(jù)業(yè)主反饋4 個(gè)泊位每天回收有將近6 t 的水泥。

5 總結(jié)與思考

1）改造項(xiàng)目要找出項(xiàng)目中關(guān)鍵的不同點(diǎn)，不同品種的散貨產(chǎn)生不同的粉塵，根據(jù)粉塵性質(zhì)不一樣，要因地制宜的采取合理措施進(jìn)行控制。

2）除塵系統(tǒng)中風(fēng)量計(jì)算有多種方式，依據(jù)文中的計(jì)算方法，大大的減少了工作量，后期可以應(yīng)用到類似散貨港口碼頭除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。

3）改造項(xiàng)目也要考慮后期生產(chǎn)運(yùn)維，落灰管要伸入集塵罩里面，避免了二次揚(yáng)塵現(xiàn)象的出現(xiàn)；清灰氣源需要進(jìn)行干燥過濾，可防止布袋粘結(jié)。

4）脈沖式布袋除塵器重量較大，對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)站主體結(jié)構(gòu)有一定挑戰(zhàn)，設(shè)備安裝和使用還需結(jié)構(gòu)專業(yè)配合。