改進型混凝土攪拌站除塵裝置

鄭州鐵路職業技術學院 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以下的粉塵稱為“呼吸性粉塵”,可通過呼吸直接到達人體肺部,大部分滯留在肺泡中形成纖維組織,引發各類呼吸機能障礙疾病[1]。同時,粉塵還能削弱日光和能見度,吸收日光中的紫外線,使兒童佝僂病增多[2]。混凝土攪拌站內的粉塵粒徑在1～500um的范圍內,其對人體健康和周圍環境都將造成較為嚴重的危害,因此在設計除塵裝置的過程中應該特別注意這個范圍內的粉塵除塵效率。而混凝土攪拌站作為煙塵排放量的大戶,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,它是一類干式濾塵裝置,適用于捕捉細小、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,利用纖維的過濾作用對含塵氣體進行過濾[3],雖然其形式各有不同,但其主要結構都是類似的。主要包括以下四大系統:清灰系統、控制系統、檢修系統和安保系統。傳統的混凝土攪拌站除塵裝置在使用過程中出現了許多問題,除塵效率一直不很理想,主要包括:(1)設備阻力損失較大;(2)濾袋破損失效;(3)花板積灰;(4)二次揚塵;(5)稱量斗內負壓;(6)牢固性差等。

2 傳統的混凝土攪拌站除塵裝置

圖1簡單清除地展示了傳統混凝土攪拌站的結構,在該結構中,除塵裝置僅包括料倉頂端的袋式除塵器,整個料場的揚塵沒有任何的遮蔽措施,造成的后果就是料場的揚塵直接排到場外,造成污染。置頂式袋式除塵器處于高出,承受較大的風載,這就很容易造成傾倒而失效;同時,高空墜落也會危及攪拌站工作人員的人參安全。圖2展示的是傳統袋式除塵器的結構簡圖,作為一款主動脈沖除塵器,該除塵器很容易造成糧倉內形成負壓,從而引起揚塵;其反吹系統和抽風裝置同時工作時,進氣氣流與反向噴吹氣流產生對流,引起除塵氣室內的流場不穩從而影響除塵效率。

圖1 傳統混凝土攪拌站結構示意圖

圖2 傳統的袋式除塵器構造簡圖

3 除塵裝置結構的結構設計

針對上述問題,本設計以現有的除塵裝置為藍本,對其進行了較為合理地改良或重新設計。改進型除塵裝置無論是在除塵效率方面還是在除塵性能方面,都較傳統除塵裝置有了很大的進步。

3.1 除塵裝置整體結構 本除塵裝置主要包括以下四個部分:改進型脈沖主動除塵器、連接管路系統、密封傳送帶系統和單向閥補壓系統[4],總裝簡圖如下所示:

上圖清除地展現了四個部分之間的連接示意,下面一一介紹改進的目的和改進后的優點。

首先,砂石料由傳統的地面料場存放改為地下密封的砂石料場。這樣做的好處是避免了砂石料在地面因風吹而產生揚塵直接排出場外。地下密封式料場在上料過程中,產生的揚塵隨密封傳送帶進入預加料斗,通過預加料斗的管路系統引入袋式除塵器,通過過濾作用避免排入大氣。

其次,在攪拌站工作過程中,隨著上料、攪拌等過程的進行,粉料倉內、預加料斗內、攪拌主機內都將產生粉塵,此時除塵器開始工作,通過抽風機的吸拉將含塵氣體通過管路系統引入除塵器內,由濾袋的過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,避免了高空風吹墜落的危險,更方便調節維護。

再者,在粉料倉、預加料斗和攪拌主機上面添加單向閥門,其作用是除塵器抽風機在抽風過程中系統內處于負壓狀態時及時補充氣體,避免因負壓而產生更多揚塵增加含塵濃度。

3.2 改進型袋式脈沖除塵器 改進型除塵裝置的核心部件就是下圖所示的改進型袋式脈沖除塵器,傳統的脈沖除塵器存在的問題已經在前文說明,在此不再贅述。為了解決上述問題,本設計改進了進氣口,重新設計增加了將氣體分氣室處理的氣室隔板和滑塊,具體結構見下圖所示。

下圖中除塵器擋板的作用是在除塵器工作過程中將除塵器分為若干個氣室(可根據需要任意組合),各個氣室之間互不影響,當滑塊運動至某氣室阻擋氣流通過時,該氣室停止工作,同時脈沖反吹系統開始工作,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塵的產生。

集灰排灰系統所得的粉塵都是攪拌站生產的原料,經過一定的處理可以循環再利用,這樣不僅避免了環境污染,而且能產生一定的經濟效益。

3.3 管路系統 本設計為了將含塵氣體引入置于地面的改進型袋式除塵器,應用了許多管路,因此管路系統的設計顯得尤為重要,但其重點還是控制各段管路的氣體流速,為避免殘塵滯留在管路當中而日久阻塞管路系統,本設計采用細管經、高風速的設計思路作為應對策略。

4 本設計思路中除塵裝置各個參數的確定

4.1 處理風量Q的確定 混凝土攪拌站的年生產量決定了處理風量,應根據實際生產需要選擇合適的處理風量抽風機。如鄭州三和機械生產的HZS180-1Q3000型攪拌站年生產能力是180萬m3,選擇的處理風量為Q=5000m3/h。

4.2 過濾風速的確定 較高的過濾風速可以減小過濾面積,使設備小型化;但會使設備阻力增大,除塵效率降低,并影響除塵器壽命。本設計推薦的過濾風速見下表1[5]:

表1 袋式除塵器推薦使用的過濾風速V(m/min)

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

表2 圓形濾袋規格/mm

過濾面積的計算公式如下[7]:

上式中:F—過濾面積

Q—處理風量

V—過濾速度

4.4 進、出風口管徑的確定 由于進風口處粉塵濃度較大,為防止進風口沉積粉塵,因而應設計較高風速,可取16～20m/s;經過過濾的潔凈氣體風速可小一些。

在選取風速之后,根據公式:

上式中:V—進、出口風速

Q—處理風量

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構、濾袋布置方式、粉塵層特性、清灰方式、過濾風速、粉塵濃度等因素有關。除塵器阻力可分為3個部分:除塵器結構阻力、濾料上粉塵層阻力和濾料阻力[8],則:

式中:ΔPg——除塵器結構阻力;

ΔP0——濾料本身的阻力;

ΔPc——濾料上粉塵層阻力。

除塵器結構阻力ΔPg是指設備進、出口及內部流道內擋板等造成的流動阻力。通常ΔPg=200～500Pa。

濾料阻力

式中:μ——空氣的粘度,Pa·s;

vF——過濾風速,即單位時間每m3濾料表面積所通過的空氣量,m3/min·m2;

ξ0——濾料的阻力系數,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、真密度及粉塵層內部孔隙率的減小而增加。這就是說,處理粉塵的粒徑愈細小,ΔPc愈大。

粉塵器運行τ秒鐘后,濾料上堆積的粉塵量為:

式中:τ——濾料的連續過濾時間,s;

y——除塵器進口處含塵濃度,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濾風速、氣體的含塵濃度和連續運行的時間。除塵器允許的ΔPc確定以后,y、τ、vF這三個參數是互相制約的。

5 結語

脈沖袋式除塵器應用廣泛,目前已經成為高效除塵設備的主流。在使用過程中出現故障,只要分析準確、處理及時,就可以保障脈沖袋式除塵器平穩運行,

并可有效降低運行阻力、延長濾袋的使用壽命、減少清灰用氣,從而降低運行費用,發揮脈沖袋式除塵器的優勢,實現經濟、高效地除塵。隨著技術的不斷進步和制造工藝的不斷改進,除塵器的種類不斷增加,其性能和效率也不斷提高,本文中涉及的主除塵器是一臺經過重新設計改造的袋式脈沖主動除塵器,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,砂石骨料中也含有粉塵顆粒,當攪拌站工作時,各個部分都會產生一定量的粉塵,會對周邊環境造成污染,因此,只有將攪拌站實行全封閉生產,采用主動脈沖除塵器進行除塵才能滿足日益苛刻的環保要求。