攪拌站基坑揚塵治理設計分析

鐘國堅，劉榮春，陳元招

（1.閩西職業技術學院，福建龍巖 364021；2.福建龍凈環保股份有限公司，福建龍巖 364000）

0 引言

混凝土攪拌站生產過程中會產生大量污染環境、危害健康的揚塵，而且揚塵中往往含有有毒成分[1-5]。部分企業為應付上級環保單位檢查，只對攪拌站地面以上使用揚塵設備進行粉塵收集，而地面以下的揚塵因為“看不見”、粉塵量相對較少、具有隱蔽性等原因，往往不被重視[6-9]。事實上，這些粉塵成分復雜、毒性較強，而且地面以下基坑是在一個半密閉空間內，長時間聚集會對生產工作人員的身體健康會造成嚴重傷害[10]。隨著攪拌站工作人員環保意識的提高，企業逐漸加大了對地面以下基坑內揚塵的治理[13-16]。本文結合某攪拌站投料場地下基坑揚塵的治理案例，分析混凝土攪拌站基坑揚塵的特點及投料地下基坑現狀，闡述治理設計思路和方案，為攪拌站地下基坑環境治理工作提供參考。

1 攪拌站投料地下基坑現狀

某混凝土攪拌站地下基坑的長×寬×高尺寸為22 000 mm×4000 mm×5000 mm，四周為混泥土結構。地下設備結構整體由方鋼支架支撐，兩端有剪刀叉拉結加強筋，縱向在每個支撐柱上設置了斜加強支撐，框架尺寸長×寬×高約為12 000 mm×2000 mm×3500 mm?？蚣苤雾敳繛樯下┒?，中部為上漏斗與下漏斗的結合空間，上漏斗在其下部每個分成2 個小錐形漏斗+氣動控制門，下漏斗每個承接上漏斗2 個料口。下漏斗頂部面的尺寸長×寬×高約為3200 mm×2000 mm×1500 mm，在0～1000 mm 高度空間為輸送皮帶的安裝位置，輸送皮帶寬度約800 mm，兩側走道寬度約為800 mm～1000 mm（圖1）。

圖1 地下基坑現狀

2 治理分析與設計思路

地下基坑內，1 層料斗在工作時間內連續向2 層料斗內進料，2 層料斗向皮帶機下料過程中產生連續的粉塵，揚塵量較地面層要小。使用單位要求對其進行吸塵除塵處理，同時利用地下基坑1 層風管延伸到往上輸料皮帶的前端，通過收塵罩將轉接處的揚塵收掉。最底下的輸送皮帶另一端的揚塵與落灰，利用地下基坑內的2 層風管，在合適位置開出收塵罩口進行收塵。

針對地下基坑面以上各區間揚塵的設計思路：在揚塵區間四周采用條狀吸塵口，面向揚塵發生面連續進行吸塵除塵處理。計算確立總吸風管道的規格及分支（分區）吸塵管道的規格，并通過基坑兩端的空置區域引到除塵器上箱體的進口。

3 治理方案

3.1 計算收塵口面積和收塵管規格

3.1.1 主分支風管規格

按輸送皮帶前端收塵風量為4000 m3/h，后端為2000 m3/h，地下基坑兩側1 層與2 層各為25 000 m3/h。以總收塵管道規格為1000 mm×500 mm 的計算假定數據，則采用的主風管寬度為1000 mm，由除塵器進風管下來的第1 主分支管道的厚度規格為：

因此選取1000 mm×320 mm 的標準規格風管。

3.1.2 第2 分支管路規格

按第1 層的與第2 層每側總風量為30 000 m3/h計算，分支管路的厚度仍然采用320 mm 規格，則兩層中每側用于下料漏斗及皮帶輸送段的總收塵風量為：

每側1 層用于下料漏斗與皮帶輸送段的風量為：

對地下基坑內兩側每層的風量進行估算。第1 層總風量Q1=13 500+2000=15 500 m3/h；第2 層總風量Q2=13 500+1000=14 500 m3/h。

計算第2 分支管道管徑規格，規定分支管道的厚度與第1 分支管道的厚度一樣。則第2 分支管路第1層的管道寬度為：

取標準矩形風管的規格為500 mm×320 mm。

則此段管道截面內的實際過風速率為：

第2 分支管路第2 層的風管寬度為：

取標準風管的規格為500 mm×320 mm。

則此管段截面積內的實際過風速率為：

依據除塵專業經驗，對于水泥粉塵水平管道的風速≥18 m/s，垂直管道的風速≥16 m/s，管道內基本不會沉降水泥粉塵。以上計算數據均大于經驗數據值，因此滿足使用要求。

3.1.3 條狀縫隙收塵的縫隙寬度

第1 層按總風量為13 500 m3/h 用于吸收4 個料斗側面的粉塵，已知側面總長度為4×3.2=12.8 m，風速按20 m/s 計算，則條狀縫隙的寬度為：

則實際的收塵速率為：

第2 層按總風量為13 500 m3/h 用于吸收4 個料斗側面的粉塵和皮帶前端，已知側面總長度為4×3.2=12.8 m，風速按20 m/s 計算，則條狀縫隙的寬度為：

實際開出的條狀縫隙寬度為15 mm，則實際的收塵速率為：

由于下料斗與輸送皮帶之間產生的揚塵相對要小一點，因此這個吸風速度可以滿足需要。

條狀吸風縫隙孔開出后，最好有一個喇叭狀罩口，以防止吸入無效風，將有限的吸風氣流盡可能多地用到地面料斗下到基坑1 層料斗間產生的揚塵收塵上。

3.2 計算各段通風面積和規格

3.2.1 基坑內1 層各段風管規格

第1 段過風量為15 500 m3/h，用500 mm×320 mm的矩形風管，則依據前面的計算結果，風速為27 m/s。

第2 段風量為13 500×3/4+2000＝12 125 m3/h，風速30 m/s，則斷面面積為S2＝Q2/（30×3600）＝12 125/108 000＝0.112 5 m2，用矩形管400 mm×320 mm。按風管板厚為3 mm 計算實際過風速度為27.22 m/s，與前端風速匹配。

第3 段風量為13 500×1/2+2000＝8750 m3/h，風速30 m/s，則斷面面積為S3＝Q3/（30×3600）＝8750/108 000＝0.081 m2，用矩形管規格為400 mm×250 mm。則實際過風速率為（按板厚為3 mm 計算）25.7 m/s，接近27 m/s 的前端風速，管道內產生的阻力波動可控制。

第4 段風量為13 500×1/4+2000＝5375 m3/h，風速30 m/s，則斷面面積為S4＝Q4/（30×3600）＝5375/108 000＝0.049 77 m2，用矩形管320 mm×160 mm。按矩形封罐的壁厚為3 mm 計算，則實際的過風速率約為31 m/s。此風速相對27 m/s 的風速波動不是很大，同時由于此段揚塵較多，所以是比較合適的風速。

輸送皮帶段管道風速的計算與管道規格的選?。喊达L量為4000 m3/h 計算，風速選定為30 m/s，則需的管道截面積為S=0.037 m2，選用320 mm×160 mm 的管，按管道壁厚為3 mm 計算，則實際過風速率約為23 m/s。

3.2.2 基坑內2 層各段風管規格

第1 段過風量為14 500 m3/h，用500 mm×320 mm的矩形風管，則依據前面的計算結果，風速為25.2 m/s。

第2 段風量為13 500×3/4+1000＝11 125 m3/h，風速30 m/s，則截面面積為S2＝Q2/（30×3600）＝0.103 m2，用矩形管400 mm×320 mm。按風管板厚為3 mm 計算實際過風速度為25 m/s，與前端風速接近，匹配。

第3 段風量為13 500×1/2＝6750 m3/h，風速30 m/s，則斷面面積為S3＝Q3/（30×3600）＝0.063 m2，用矩形管規格為400 mm×200 mm。則實際過風速率為（按板厚為3 mm 計算）24.5 m/s，接近25 m/s 的前端風速，管道內產生的阻力波動可控制。

第四段風量為13 500×1/4＝3375 m3/h，風速30 m/s，則斷面面積為S4＝Q4/（30×3600）＝0.031 m2，用矩形管320 mm×160 mm。按矩形封罩的壁厚為3 mm 計算，則實際的過風速率約為19.4 m/s。此風速相對25 m/s的風速波動較大，可以改用250 mm×160 mm 的矩形風管，實際理論風速為24.4 m/s，相對25 m/s 的風速波動不大。

輸送皮帶另一端風速的計算與管道規格的選?。喊达L量為2000 m3/h 計算，風速選定為30 m/s，則需的管道截面積為S=0.019 m2，選用160 mm×160 mm 的管，按管道壁厚為3 mm 計算，則實際過風速率約為23.4 m，與25 m/s 的主管風速接近。

3.3 地下基坑內除塵收風管道布置

1 層側面風管布置：皮帶末320 mm×160 mm；4 段320 mm×160 mm；3 段400 mm×250 mm；2 段400 mm×320 mm；1 段500 mm×320 mm。2 層側面風管布置：皮帶頭160 mm×160 mm；4 段320 mm×160 mm；3 段400 mm×200 mm；2 段400 mm×320 mm；1 段500 mm×320 mm。地下1 層、2 層除塵管道平面布置如圖2 所示。

圖2 除塵風管平面圖

3.4 排氣管道的設計與利用

地下基坑內除塵器的離心風機出口排氣管道設計構想為全部通過管道引流到地面，最后引至除塵器，通過安放在地面上的除塵器將粉塵過濾后排到大氣中。

根據現場實際情況，攪拌站地下設備布置室有3 個主要通風面，1 個是送料皮帶通廊截面，截面尺寸估算為12 m2；另外2 個是左右側通向地面的通風面，尺寸約為6.4 m2，因此總通風面積S=12+2×6.4=24.8 m2。

3.5 除塵風管管道阻力核算

本系統中阻力最大的管路為輸送皮帶送料段收塵罩口管路，其管路系統中包含主管路1 個變徑管、1 個90°彎頭、1 個三通；第1 層分支管路1 個彎頭、1 個三通、4 個吸風側變徑管件、2 個吸風側90°彎頭、1 個小口徑三通管件、1 個吸風罩變徑管件。90°彎頭的阻力系數統一按0.25/只，三通阻力系數按0.35/只，變徑管件的阻力系數按0.12/只考慮，開條縫的管路直管段按7 Pa/m 考慮。出口管路上有1 個離心風機出口變徑管件、1 個三通管件、2 個90°彎頭阻力管件，條片狀孔管道按5 Pa/m 考慮。地下層除塵器系統管路阻力估算，以離除塵器最遠1 個吸風罩為列，則管路阻力損失ΔP上估算為1356 Pa。假定除塵器阻力為1200 Pa，風機阻力為100 Pa，則總阻力P下總＝1356+1200+1000＝2656 Pa。

3.6 地下料斗和皮帶輸送機除塵系統的選擇

3.6.1 離心風機

依據前面的計算，地面除塵系統所需的風量約為60 000 m3/h，系統壓力損失約為2656 Pa。根據上述參數，除塵系統的離心風機選用SAB-ZG-I 系列14 型，其主要參數參見表1。

表1 SAB-ZG-I 系列14 型離心風機主要參數

3.6.2 除塵器

選用濾筒式除塵器，采用Φ325-1200 型覆膜納米級濾筒，過濾精度≥0.3 μm，過濾效率99.9%。在實際運用過程中，通過第三方檢測出來的水泥粉塵排放濃度≤10 mg/m3，滿足現行國家相關標準控制的排放濃度要求。過濾面積12 m2/只，單個潔凈濾筒的理論透氣量為3024 m3/h。工作狀態下，按潔凈濾筒40%的最大透氣量計算為1440 m3/h，按最大流量56 815 m3/h 計算，約需要39.5 只濾筒，選用40 只濾筒。選用的除塵器主要參數見表2。

表2 除塵器主要參數

4 結束語

綜合上述分析計算，地下部分選用一臺風量為60 000 m3/h 左右的除塵器及管路系統進行除塵處理。該方案的成功應用充分說明高效濾筒除塵器除塵效率高、凈化效率高，效率可達99.99%。高效濾筒除塵器還具有除塵器阻力小、入口濃度范圍寬、可處理高粉塵濃度的氣流、過濾風速范圍寬、過濾面積大、布局緊湊等優點。

隨著城市化的蓬勃發展，混凝土的需求呈快速增長趨勢，環保單位和攪拌站工作人員對“看不見”的環境要求越來越高，做好預拌混凝土企業揚塵防治工作，減少主要大氣污染物排放，對打贏藍天保衛戰具有重要的作用。本文介紹了攪拌站地面以下粉塵的設計過程，通過在企業現場的精心安裝調試使用，濾筒除塵器達到了排放標準，運行穩定，徹底改善了粉塵飛揚溢出污染環境的情況，為商砼攪拌站企業和環保設備供貨商提供設計參考。