砂石骨料生產線收塵系統設計

公 磊，姚春發

(1.佩思國際科貿(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，國際標準化組織規定，粒徑小于75 μm的固體懸浮物定義為粉塵。工業粉塵是PM2.5的重要來源，大氣中過多的工業粉塵會對生態環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田，會嚴重危害到居民的健康和農作物的生長。

隨著我國經濟水平的提升，城市化進程不斷推進，越來越多的環境污染的出現，近年來，我國對于環境的保護也越來越看重。2017年2月17日，環保部發布《京津冀周邊地區2017年大氣污染防治工作方案》，對“2+26”城市空氣質量改善情況實施按月排名，按季度考核。生態環境部印發了《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境綜合管理、穩步推進產業結構調整、加快優化能源結構、積極應對重污染天氣、夯實大氣環境管理基礎等重要工作。可見，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將會難以生存。

砂石骨料生產線基本是由破碎、篩分、整形、選粉或洗砂以及輸送等作業單元組成，生產過程中各作業單元均會產生大量粉塵。為確保生產時車間內干凈整潔，破碎機、篩分機、整形機、轉運站及輸送設備等關鍵點均無揚塵外泄，粉塵經收塵器過濾后的排放濃度滿足《水泥工業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，本文將從設計角度對生產線各作業單元的收塵進行簡要解析。力求憑借合理的除塵器選型、優異的車間布置和收塵系統設計，達到最優的粉塵控制效果。

1 收塵器型式的選擇及要求

工業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，冬季除塵器容易結冰等因素，設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點：①生產成本低，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生產操作簡單，技術要求比電收塵器和濕式收塵器低；⑤附屬設備少，布置簡單，投資省，使用成本低；⑥對粉塵適應性好，對于酸性、堿性以及其他腐蝕性氣體均能適應。

根據《水泥工業污染物排放標準》(GB 4915—2013)重點地區企業大氣污染物特別排放限值的要求(見表1)，設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率，設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 收塵器規格選型

收塵器的規格是根據所需要的收塵風量選取的，收塵風量應滿足維持生產中的無污染操作。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，所以實際設計中都是根據經驗值進行設計。表2～5是根據某大型水泥集團的設計規范，并結合筆者10多年的設計經驗總結出的關于不同種類設備的收塵風量的經驗值。

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、不同規格設備的收塵風量的經驗值，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、轉運落差等。實際設計時，還要綜合考慮以上因素，適當地調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的收塵設計，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；若輸送物料水分常年在15%甚至以上，可不設收塵。

3 收塵風管的設計

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

3.1 風管角度

結合Heidelberg水泥集團的設計準則和筆者以往項目的設計經驗，為避免風管內粉塵沉積，設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 管內風速

管道內風速過低，粉塵會沉積在管道內，若風速過高，則會導致管道內阻力過大，致使收塵效果變差，風機電耗增加。普通收塵管道內最適宜的風速為14～16 m/s，本項目統一按照14 m/s設計，對傾斜角度小于60°的風管，按照16 m/s設計。

3.3 管道布置

管道布置包含一臺收塵器所對應的收塵點的數量、分叉管的設計、收塵風罩的設計、風管轉彎彎頭的設計以及收塵點設置的位置等。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，一臺收塵器所對應的收塵點數量不宜超過4個，通常設置2～4個。收塵是靠收塵風機產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，風機產生的風量大部分就會從此收塵點進入管道和收塵器，導致其他收塵點風量偏小，收塵效果變差，因此管道內風量大風速高，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生，一臺收塵器只收2～4個揚塵點，通過在各收塵支管上設置手動蝶閥，各收塵點的負壓平衡簡單好調節，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氣流的順暢，減小管道內的阻力，對保證收塵效果也至關重要。對常見的分叉管，推薦設計形式見圖1。

圖1 分叉管推薦設計形式

設計時，應盡量保證各支管與主管的夾角≤30°，各支管與交匯后主管內的風速應相同。

收塵風罩即收塵點的罩子，設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，實際設計時應盡量罩住整個揚塵點，使揚塵區域在罩子內且罩子內為負壓狀態，從而避免粉塵向外逃逸。收塵風罩內的風速應<3 m/s，以避免高風速帶起粗顆粒。收塵風罩推薦設計形式見圖2。

圖2 收塵風罩推薦設計形式

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

收塵點設置的位置即收塵風罩設置的位置，收塵風罩設置在揚塵區域上方并包含住揚塵區域才能最大程度地發揮作用。對于轉運點，收塵風罩宜設置在落料點沿料流方向1.5～3 m位置處，要避免出現逆料流方向設置吸風罩的情況。具體位置可根據實際情況調整，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

理論和實踐經驗相結合才能創造出優秀的設計，希望本文提到的理論和一些經驗可以在設計中給類似項目提供借鑒，為減少工廠的粉塵排放，降低環境污染做出一份貢獻。

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