模塊過濾機組在卸料粉塵控制中的應用

摘 要 ： 卸料機在翻卸原料、燃料過程中產生大量的含塵氣體，嚴重污染作業環境。為解決其粉塵控制問題，通過對移動式卸料機特性的分析及不同吹吸氣流控制粉塵方式的比較，結合袋式過濾機組的特點，對其進行結構改進及模塊化設計，使其可應用于大流量含塵氣流的控制中，在對袋式過濾機組性能測試分析及深入了解的基礎上，提出了卸料機粉塵控制系統設計方案,打破了傳統吹吸氣流控制粉塵的方式,采用空氣幕-排風聯合的捕集方式以及模塊化袋式過濾機組過濾凈化方式，對移動式卸料機進行粉塵控制及凈化系統設計和應用，取得了較好的控制效果。

關鍵詞 卸料機 吹吸氣流 空氣幕 粉塵控制 過濾凈化
小型袋式過濾除塵器具有捕集效率高、體積小、啟動電流小、無需電網增容、調節運行靈活、清灰振打方便等特點，在許多工業粉塵控制場合大量使用，但由于其單機凈化處理風量小，在大風量含塵氣體控制中應用較少，本文針對港運碼頭卸料機在翻卸原料、燃料過程中產生大量的含塵氣體，污染環境這一問題，結合其粉塵產生具有間歇性、陣發性及塵源移動等特點，對袋式過濾機組過濾特性進行了測試、分析及選用，并在此基礎上對港運碼頭卸料機進行除塵系統設計，對PL袋式過濾機組外形尺寸及內部結構進行了改進，組成模塊化過濾機組，使其能與移動式卸料機復雜的結構相匹配、構成可控制卸料粉塵擴散、減少環境污染的一體化移動式機械卸料設備，使小型袋式過濾除塵器可應用在大風量含塵氣流控制中，并取得了較好的控制效果。
1 袋式過濾機組過濾特性測試、分析及選用
為使袋式機組更好地應用于卸料機粉塵控制，首先針對PL機組進行了性能測試及分析。對PL-2200機組進行發塵實驗，平均發塵濃度：2.01 g/m3，測得機組入口風量及標志風量與機組濾袋阻力隨發塵量變化關系如圖1、圖2所示。
圖1 濾袋阻力隨發塵量關系曲線 圖2 機組入口風量及標志風量隨發塵量關系曲線
由圖1、圖2可知，風量隨發塵量增大而減小，主要是因為容塵后阻力增大，導致風量減小。濾袋阻力隨發塵量增大而增大，主要是因為容塵后濾袋表面形成致密的粉塵層，導致阻力增大。
圖3 清潔狀態下濾袋阻力 圖4 形成粉塵初層后濾袋阻力
隨過濾風速變化關系曲線 隨過濾風速變化關系曲線
比較濾袋清潔時及濾袋具有粉塵初層時,濾袋阻力與過濾風速的關系可知：濾袋阻力的增加與過濾風速單因素變化的關系為： DPZJ=422.43*V－725.54 (Pa)。
在額定風量時,含塵后,濾袋阻力的增加量為：DPZJ=526.4(Pa)，由此可見，在不考慮其他影響因素的情況下，濾袋阻力的增加與風量成正比，即與過濾風速成正比，DPZJ=93.23V+250.67(Pa),過濾風速每增加1 m/min,濾袋阻力增加343.9 Pa，其相互關系如圖3、圖4所示。所以,過濾風速不易選取過高,那樣會造成濾袋阻力過大,運行費用增加,清灰過頻。測試所得袋式過濾阻力與過濾風速的關系，對預測其他型號機組的壓力損失，合理選擇與其相匹配的風機設備，具有一定的指導意義。
通過測試可知，該袋式除塵機組在粉塵平均濃度為2.01 g/m 的條件下,達到其銘牌額定風量2200 m /h時,濾布粉塵層含塵量2800 g,測試中當除塵機組風量下降至額定風量80%時,濾袋阻力增加1250 Pa，連續發塵約150 min時,此時可認為粉塵初層形成,其含塵量為6000 g,折算粉塵層厚度為211 mm,粉塵負荷為500 g/m ,此時其過濾風速為3.59 m/min。由此表明：過濾風速、運行的粉塵濃度對機組運行參數（粉塵初層形成時間、濾袋阻力及粉塵層厚度）產生較大的影響。過濾風速是影響除塵機組運行效率及阻力的主要因素，選擇合理的過濾風速對運行效率及節能是至關重要的，通過比較分析，本設計過濾風速采用0.04 m/s。
粉塵控制系統控制效果的優劣其關鍵之一在于控制總風量的確定及除塵機組的選用，本文根據控制粉塵界面風速及文獻[1，2]，確定除塵系統總風量為150000 m3/h，根據卸料機實際允許安裝空間，設計袋式除塵機組外形尺寸及選擇10臺PL15000機組，并將機組原結構由原來的下進上出進風方式改為上進上出進風方式，節省了配管長度，使粉塵進入布袋之前，因氣流流動方向的改變產生慣性沉積，起到初效除塵器的作用。每5臺單機除塵器組成一模塊化袋式過濾機組，可組成兩個模塊化過濾機組分別設在落料斗兩側，各單機設獨立清灰裝置，通過自動控制可實現逐次啟動和停機及清灰振打。
2 粉塵捕集及凈化方式的確定
如何控制塵源的擴散、將其經濟、合理、有效地捕集以及如何將捕集的粉塵經濟、合理、有效地凈化，減少環境污染是空氣環境污染控制及治理的關鍵性問題。具體塵源的不同，應選用不同的粉塵捕集及凈化方式。港運卸料機其落料槽外形尺寸為10000 mm x8000 mm x5000 mm，落料斗高為5000 mm，落料槽頂部及進料側面無法封閉，其對外開放，在落料過程中大量粉塵由此處向外擴散，港運物料輸送為間歇運行，此污染源屬于大空間、開發性、陣發性及可移動性塵源。本文針對其特殊性提出新的吹吸氣流捕集方式及模塊化過濾機組凈化方式，控制其粉塵擴散，減少對環境的污染。
對于粉塵捕集方式而言，通過對卸料機裝置的工藝特點分析可知：無法采用密閉罩、頂吸罩、單一吹吸罩等控制方式[3]。卸料機裝置空間較大，如采用單一吹吸氣流控制粉塵污染，隨吹吸口間距增加，易造成能耗較大，控制效果差。同時，在落料時，產生向下的卷吸氣流，使排氣氣流增加，物料下落后，大量粉塵沉積、壓縮而產生向上的反沖氣流，使粉塵向周圍環境擴散。因此，提出采用空氣幕－排風聯合控制方式進行卸船機粉塵控制，在落料槽的頂部及進料入口側面設空氣幕，以阻隔其與周圍環境氣流的質量交換、控制粉塵擴散及減少卷吸氣流侵入；在落料的底部設吸氣罩，將大量揚塵及時排出。并將凈化后的清潔氣體循環使用，進行空氣幕吹風，以防止大量環境氣流卷入及控制粉塵的外逸，達到有效控制粉塵及節省能耗的目的。
對于粉塵凈化方式而言，可采用慣性旋風除塵器和袋式過濾除塵器兩種凈化方式，經過兩種凈化方式的比較，考慮料斗瞬時排塵量較多造成原始排放濃度過高，目前國家粉塵排放量標準提高，達標需要求除塵器穩定運行、除塵效率達到99%以上等因素。因此，粉塵凈化治理確定采用袋式過濾凈化方案。袋式過濾機組除塵性能好，特別是對微細粉塵顆粒物的控制效果好，能保證排放氣體含塵濃度低于排放標準要求。袋式過濾凈化除塵器可采用脈沖反吹、反向氣流沖擊清灰以及機械振動清灰方式，脈沖反吹清灰方式需設置高壓儲氣罐，反向氣流沖擊清灰方式需設置反吹風管及控制設施，設備占用空間較大，機械振打清灰方式設置簡單、操作方便，設備緊湊，不占空間，經過對各清灰方式的分析，結合卸料機為間歇運行的特點，確定采用機械振打清灰方式，根據處理含塵氣流量選用多臺單機過濾除塵器組成模塊化袋式過濾機組，對捕集粉塵進行凈化處理。
采用單元模塊化袋式過濾除塵機組，現場可不需配置大布袋清灰用壓縮空氣泵?？梢岳脵C組風機余壓將排氣用于空氣幕有組織補風，對排氣進行循環利用，可以減少粉塵對大氣的排放量，同時使系統配管簡單，減少一套空氣幕系統的設置。濾袋需定期更換（2～3 a），單元模塊化在更換某一單機時，不影響系統整體工作，設備空間和重量易適合設計要求。其缺點為:動力件較多，凈化設備功率為166 kW。
經對袋式除塵系統方案調查，結合卸料機工作對除塵系統的要求（要求設備緊湊,設備重量輕,占用空間小）、國家有關環境保護和環境衛生標準要求等因素，確定采用單元模塊化袋式過濾除塵機組，不采用大型布袋除塵器脈沖反吹布袋除塵器或濾筒式除塵器。因此，本粉塵控制系統設計采用“空氣幕隔塵+隔柵阻塵+吸氣排塵＋小布袋除塵器濾塵”粉塵控制及治理方案。利用除塵器單機自帶風機實現落料槽抽風和空氣幕補風。由于利用除塵器排風循環利用及落料槽空氣幕有組織補風，可以降低除塵系統排塵總量，減少對環境的粉塵污染。
3 移動式卸料機及粉塵控制一體化設備設計
根據含塵氣體處理風量150000 m3/h，選用10臺PL單機過濾除塵器，將每5個單機過濾除塵器組成一個模塊化過濾機組，各單機可實現獨立停機、清灰振打，可自動逐次啟動，以減少啟動電流量，每個模塊化過濾機組設置一套螺旋輸灰器。根據空間位置和除塵工藝配置，在料斗進料口兩側端各設置由5臺袋式過濾除塵單機組成的模塊化過濾機組。各除塵器單機收塵落入螺旋輸送器后，再落入輸料皮帶，然后再落入輸料皮帶運輸機，將物料輸送到目的地。粉塵控制系統按軌道式移動料斗除塵和配管要求，進行專門配套設計。
空氣幕設置在抓斗進、出口兩側和圍板上部的長側，利用氣幕和圍板將落料槽空間密閉?？諝饽徊捎秒p層吹氣射流，吹氣射流氣流由布袋過濾除塵凈化后的排氣氣流供給，吹氣射流氣流量可通過閥門進行調節，吹氣射流動力由過濾除塵機組風機提供?？諝饽淮禋饪偣懿捎玫褥o壓送風設計，單側除塵機組各單機共用送、排風總管。與料斗連成一體的總管與各單機出風管用軟管聯接。落料槽長側上沿設置抽氣罩，抽取料斗揚起的含塵氣體。吸氣罩采用與落料槽連成一體的共用總管，總管與各單側除塵機組單機進氣管采用軟管聯接。振動給料機采用密閉罩排風，排風點就近接入過濾除塵機組。除塵系統設計排放濃度低于120 mg/m3；排塵量低于8.5 kg/h。除塵器排放氣體滿足排放標準要求。作業環境設計要求：含塵濃度低于10 mg/m3；噪聲低于90 dB（A）(8 h接觸噪聲/工作日)。塵源控制不逸出含塵氣體，移動料斗軌道車附近空氣環境滿足衛生標準要求。
主要技術參數：單機處理風量 15000 m3/h，風機全壓2900 Pa，電功率15 kW，總處理風量為150000 m3/h；配用自動振打清灰系統，10臺除塵單機自動間斷循環進行布袋清灰。每臺單機用3個清灰器，配用3個微電機，單個電機功率0.25 kW。共用30個清灰器/套；每個單機自設排灰斗，灰斗下部配用自動回轉卸料閥，配用單機功率0.75 kW微電機，共用10個自動回轉卸料閥/套；每個單機配用3個過濾單元，過濾面積35 m2，過濾風速0.04 m/s，考慮清灰效果、除塵效率等要求，采用“729”濾料制作成扁型袋式過濾單元，共用30個過濾單元/套。
對粉塵控制系統設計采用以下塵源優化控制措施：
（1）料斗上增加部件：表面設置井字網格（間距600mm，L100×8mm），中梁設置人字梁（寬度800 mm，斜度60°，Mn16δ8）。通過網格和人字梁降低物料下降速度，減少起塵量；通過人字梁所形成的料流阻擋料斗內揚塵。
(2) 對落料槽內進行抽風，吸風口設置在井字網格上方，采用均勻吸氣裝置，保證料斗內部空間負壓，控制揚塵。在槽長側方向10 m的兩側設置吸氣罩，吸氣罩內設置60o傾斜角，以便利于較大粉塵顆粒落入落料槽中，減少氣流中大粉塵顆粒的含量。
(3) 將無組織的抽氣補風設計成有組織補風，在落料槽上方形成空氣幕，防止物料下落時，誘導環境氣流的卷入，阻攔料斗內揚起含塵氣體的逸出。吹氣空氣幕設置在圍板上側和抓斗進出口兩側，空氣幕出口處設靜壓箱，以保證吹風口速度均勻；采用袋式除塵機組排風，排風經凈化后，一部分通過機組余壓送往空氣幕，進行粉塵控制，防止粉塵外逸及減少周圍空氣的卷吸量，增強除塵效果及節省能耗；另一部分排至大氣。
(4) 在落料槽頂部及進料口側面分別設置雙層吹氣風幕，以增強吹氣氣流隔斷層的厚度，增強對粉塵控制的效果及減少周圍環境氣流的卷入。
4 移動式卸料機及粉塵控制一體化設備的特點
（1）移動式卸料機及粉塵控制一體化設備設計，根據卸料機的工藝特點，采用新的雙側吹吸氣流（空氣幕－排風聯合）控制粉塵的控制方案，使吹吸氣流和工藝氣流合理的組織及匹配，減少環境氣流卷入及控制粉塵擴散，達到減少能耗及強化粉塵控制效果的目的，經過試運行，控制效果較好。
（2）該設備在氣流組織方面，將含塵氣流送入過濾除塵機組，過濾凈化后，將凈化后清潔排氣氣流，一部分排放到大氣環境，一部分凈化氣流循環利用，利用排放清潔氣流進行吹氣，使總排放量下降，減少了環境的污染。吹氣風量可根據塵源粉塵排放量大小，通過閥門調節吹氣流速度及吹氣氣流強度，防止環境氣流卷入及粉塵向環境擴散，強化粉塵控制效果，而不需增加風機的功率，有效地利用了風機的余壓，減少了風機的能耗。
（3）該設備在過濾凈化技術方面，采用預覆塵技術，用煤粉進行預覆塵，避免礦渣粉塵粘結在濾料上，提高濾料捕集效率。
（4）該設備對粉塵凈化采用模塊式過濾除塵機組，可應用于對大風量含塵氣流的控制系統中，機組實現停機振打，可達到最優化運行工況。模塊機組的逐次啟動，不需要大的啟動電流，避免了大機組啟動時，需曳力偶合啟動風機，造成電網啟動負荷過大等問題，使除塵系統用電節能及安全性提高。
（5）通過對袋式過濾除塵單機結構進行改進，將原下進上排風式過濾機組改為上進上排風式過濾機組，減少了系統通風管路長度，相當于增設了慣性沉積初效過濾段，使較大礦渣粉塵顆粒，可通過慣性碰撞及氣流的改變，而沉積在灰斗中，提高過濾器捕集效率及減少濾料阻力、提高濾料使用壽命。