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

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?；⌒伍y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，當水滴的直徑與灰塵顆粒的直徑相當時，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——除塵風量，m3/h，物料通過量為500t/h時，噴淋后，除塵風量可選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）除塵器和風機布置在倉頂，通過收塵風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，風機風壓一般需＞4 000Pa。

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

（3）除塵器和風機置于二層平臺，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量即可。由于一臺除塵器負責兩臺散裝機，除塵風管上應(yīng)增設(shè)兩個電動風量調(diào)節(jié)閥，電動風量調(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管進入除塵器，清潔空氣由排風機排入大氣，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、二層平臺標高5.5m 為例，參照混凝土骨料制備工程對布袋除塵器和風機進行選型和計算。

選用氣箱脈沖32-5系列，除塵風量7 296m3/h，凈過濾面積152m2，總過濾面積160m2，過濾風速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；風機型號：9-19-12.5D，風量8 327m3/h，風壓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。