環(huán)保型混凝土攪拌站除塵分析及裝置設(shè)計(jì)

譚群燕等

摘要：為了滿足國(guó)家粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)，解決混凝土攪拌站的環(huán)保問題，本文系統(tǒng)分析和總結(jié)了混凝土攪拌站粉塵的產(chǎn)生機(jī)理；在現(xiàn)有的除塵裝置基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了帶有倉(cāng)頂安全門的粉料倉(cāng)袋式脈沖除塵系統(tǒng)和增設(shè)有運(yùn)動(dòng)滑塊擋板機(jī)構(gòu)的改進(jìn)型袋式主動(dòng)脈沖除塵器，既防止了爆倉(cāng)，又解決了現(xiàn)有收塵裝置易堵塞、資源浪費(fèi)的問題，在工程應(yīng)用中得到了較為理想的除塵效果。

關(guān)鍵詞：攪拌站；粉塵；袋式除塵器；倉(cāng)頂安全門

近年來，我國(guó)水利、鐵路、城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)程步伐不斷加快，預(yù)制混凝土行業(yè)進(jìn)入了空前大發(fā)展階段?，F(xiàn)有的攪拌站生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)“風(fēng)起則黃沙漫飛水泥彌散、雨下則污水橫流泥渣遍地、生產(chǎn)則噪音隆隆”等環(huán)保問題【1】與國(guó)家提倡的低碳環(huán)保經(jīng)濟(jì)大局格格不入，尤其在中國(guó)向全世界承諾量化減排，治理霧霾的大背景下，開展環(huán)保型混凝土攪拌站的研制工作，對(duì)于解決混凝土攪拌站粉塵污染的難題具有非常重要的工程實(shí)用價(jià)值。

1.混凝土攪拌站的粉塵分析

混凝土攪拌站是由攪拌主機(jī)、物料貯存系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)、物料稱量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)及其它附屬設(shè)施所組成的建筑材料制造設(shè)備【2】，它以水泥為膠凝材料，將砂石骨料、粉煤灰、礦粉等原料按照一定的配比進(jìn)行混合制作成混凝土。其生產(chǎn)過程中一般包括：物料輸送、稱量、拌合、攪拌等環(huán)節(jié)，產(chǎn)生粉塵的工藝過程主要有以下幾個(gè)：

1.1物料輸送過程產(chǎn)生粉塵

砂、石骨料由輸送機(jī)從稱量斗輸送到骨料集料斗，在此過程中，由于輸送機(jī)頭部滾筒和集料斗之間落差較大，因此拋投骨料的過程將產(chǎn)生大量粉塵，而且斜皮帶進(jìn)入骨料待料斗和斜皮帶頭罩處無法做到完全封閉，產(chǎn)生的粉塵會(huì)從未封閉處溢出【3】。水泥、粉煤灰、礦粉等粉料在輸送及加工過程中受到流動(dòng)空氣及設(shè)備運(yùn)動(dòng)部件所產(chǎn)生的誘導(dǎo)氣流影響，會(huì)將粉粒體中的細(xì)微粉塵帶出而產(chǎn)生揚(yáng)塵。散裝物料罐車在向粉料倉(cāng)送料時(shí)，水泥、粉煤灰等物料以高壓空氣為動(dòng)力輸送，在輸送過程中，儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)的壓力大于大氣壓，壓縮空氣通過倉(cāng)頂除塵器的濾芯向外釋放時(shí)也產(chǎn)生少量揚(yáng)塵【4】。尤其當(dāng)儲(chǔ)料倉(cāng)頂除塵器發(fā)生故障，濾芯被堵死時(shí)，粉料倉(cāng)內(nèi)的壓縮空氣將通過安全卸壓閥卸荷，大量粉塵將隨著卸壓的空氣排放到大氣中。

1.2攪拌主機(jī)投料過程產(chǎn)生粉塵

混凝土攪拌站攪拌主機(jī)部分產(chǎn)生粉塵主要有兩個(gè)階段：第一階段為粉料稱量時(shí)產(chǎn)生的粉塵；第二階段為粉料和骨料投入攪拌主機(jī)時(shí)產(chǎn)生的粉塵【5】。第一階段：螺旋輸送機(jī)輸送粉料到粉料計(jì)量斗中，實(shí)現(xiàn)粉料稱重（投料口的蝶閥關(guān)閉），此時(shí)由粉料斗往主機(jī)進(jìn)氣，連接密封不可靠的地方和觀察維修口等可拆卸部件，難以做到完全密閉，容易產(chǎn)生漏灰。第二階段：當(dāng)拌和料稱量完畢后，粉料計(jì)量斗和骨料待料斗的投料口蝶閥都已打開，骨料和粉料被投入主機(jī)，骨料中粉塵隨骨料一同進(jìn)入主機(jī)，投入主機(jī)內(nèi)的粉塵大部分參與攪拌，少部分揚(yáng)起。拌和料進(jìn)入主機(jī)時(shí)，主機(jī)形成正壓，主機(jī)內(nèi)的氣體向外流動(dòng)，部分氣體由計(jì)量斗氣道進(jìn)入粉料斗中，另一部分氣體由氣道進(jìn)入待料斗中，還有一部分氣體由引風(fēng)管進(jìn)入收塵系統(tǒng)的過濾室，最后被風(fēng)機(jī)抽出排入大氣。

1.3攪拌主機(jī)攪拌過程產(chǎn)生粉塵

現(xiàn)行的混凝土攪拌站多使用雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)，對(duì)雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)而言，當(dāng)攪拌機(jī)螺旋葉片繞水平軸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生對(duì)物料的向上翻動(dòng)，軸向力的作用將物料沿水平軸推向中間和另一端，攪拌葉片會(huì)促使少部分粉料從空隙處飛出，產(chǎn)生揚(yáng)塵。

1.4儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)負(fù)壓產(chǎn)生粉塵

當(dāng)儲(chǔ)料倉(cāng)向攪拌主機(jī)卸料，儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)的氣壓得不到及時(shí)補(bǔ)充有時(shí)會(huì)形成倉(cāng)內(nèi)負(fù)壓，倉(cāng)內(nèi)負(fù)壓將部分物料揚(yáng)起，當(dāng)除塵系統(tǒng)中的過濾布袋或?yàn)V芯出現(xiàn)破損時(shí)，會(huì)產(chǎn)生粉塵外泄。

2.攪拌站除塵現(xiàn)狀及除塵裝置

目前，超過95%攪拌站是普通商品混凝土攪拌站【6】，粉塵污水排放、噪聲治理等指標(biāo)遠(yuǎn)不能達(dá)到環(huán)保要求。粉料倉(cāng)的收塵多采用簡(jiǎn)陋的機(jī)械震打式收塵機(jī)，收塵面積小，除塵效率低，經(jīng)常出現(xiàn)冒灰、甚至冒頂現(xiàn)象。在攪拌主樓內(nèi)，很多攪拌站都簡(jiǎn)單的布置一個(gè)除塵袋，對(duì)粉塵源沒有進(jìn)行處理，同時(shí)管路連接不緊密，大量粉塵直接排放至主樓甚至場(chǎng)外。骨料料場(chǎng)也大多處于露天狀態(tài)，裝卸料時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的揚(yáng)塵。

基于環(huán)保的要求，新建的攪拌站開始逐步配備除塵裝置。根據(jù)攪拌站粉塵的特點(diǎn)以及收塵效率方面的考慮，攪拌站除塵裝置多選用袋式除塵器。袋式除塵器是一種干燥式過濾型除塵裝置，它適用于過濾捕捉微小、含水比例很低、亞可見性粉塵。濾袋采用紡織而成的過濾布或直接成型的氈制成，利用濾袋的過濾作用對(duì)含塵氣體進(jìn)行除塵。當(dāng)含塵氣體進(jìn)入該類除塵裝置時(shí)，顆粒較大、比重較大的粉塵顆粒，由于重力作用落入灰斗，含有較細(xì)小粉塵的氣體在通過濾料時(shí)，粉塵被阻留，氣體得到凈化。

袋式除塵器主要由灰塵清理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、檢查維修系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)四大部分組成，其中灰塵清理系統(tǒng)是袋式除塵器的消化器官，袋式除塵器的除塵效果取決于灰塵清理機(jī)構(gòu)及其控制系統(tǒng)。袋式除塵器清灰方法主要有以下三類：①氣體清灰：氣體清灰是運(yùn)用高壓氣體或者外部大氣反向噴吹濾袋，以清除濾袋上聚集的灰塵。常見的氣體清灰方式有脈沖噴吹清灰、反吹風(fēng)清灰和吸風(fēng)清灰三種形式。②機(jī)械振打清灰：借助于機(jī)械運(yùn)動(dòng)裝置周期性的輪流彈振各排濾袋，以清除濾袋上聚集的灰塵。③人工敲打：人工振打每個(gè)濾袋，以清除濾袋上聚集的灰塵【7】。

混凝土攪拌站的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的混凝土攪拌站除塵裝置在使用過程中存在許多問題，主要包括：設(shè)備阻力損失較大；濾袋破損失效；花板積灰；二次揚(yáng)塵；稱量斗內(nèi)負(fù)壓；牢固性差等。以目前廣泛使用的脈沖反吹袋式除塵器為例，脈沖反吹時(shí)，下部含塵氣體仍然在持續(xù)進(jìn)入袋室，這樣進(jìn)氣氣流與反向噴吹氣流產(chǎn)生對(duì)流，引起除塵氣室內(nèi)的流場(chǎng)不穩(wěn)，造成二次揚(yáng)塵，影響除塵效率。

3.環(huán)保型混凝土攪拌站除塵裝置設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的環(huán)保型混凝土攪拌站除塵裝置由管路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、倉(cāng)頂安全門系統(tǒng)和主動(dòng)改進(jìn)型主動(dòng)脈沖除塵器四部分組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.1帶倉(cāng)頂安全門的粉料倉(cāng)袋式脈沖除塵器

為了防止在風(fēng)送上料時(shí)由于風(fēng)送壓力過大或滿倉(cāng)時(shí)而發(fā)生爆倉(cāng)的重大安全質(zhì)量事故，倉(cāng)頂收塵裝置收塵管道與收塵器之間設(shè)有倉(cāng)頂安全門。倉(cāng)頂安全門1選用重力升降式安全閥，在工作過程中，相應(yīng)粉料倉(cāng)中的壓力達(dá)到設(shè)定值（如0.008Mpa）時(shí)，倉(cāng)頂安全門自動(dòng)升起泄壓，含塵的倉(cāng)內(nèi)氣流從倉(cāng)頂安全門處進(jìn)入收塵器8，經(jīng)過收塵器的濾袋過濾后排除，被濾出的粉塵沉入收塵斗2內(nèi)。收塵斗下部連接有卸灰管道4，卸灰管道將收塵斗與其中一個(gè)粉料倉(cāng)連接，卸灰管道上設(shè)有氣動(dòng)卸灰閥門5，當(dāng)收塵斗中的粉塵達(dá)到一定量時(shí)，開啟卸灰閥門，收塵斗中的粉塵順著卸灰管道流入到相應(yīng)的粉料倉(cāng)中，如圖1所示。

在這種新型倉(cāng)頂收塵裝置的設(shè)計(jì)中，收塵器和粉料倉(cāng)均位于粉料倉(cāng)頂部，相對(duì)于地面上的收塵裝置來說，可大大縮短收塵管道的長(zhǎng)度，減少收塵管道的彎折點(diǎn)及彎折角度，解決了現(xiàn)有收塵裝置易堵塞的問題；將倉(cāng)頂安全門出口接入到收塵管道中，既防止爆倉(cāng)，保證了粉料倉(cāng)安全，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了粉料收集，達(dá)到環(huán)保要求；另外，收塵裝置

位于粉料倉(cāng)的頂部，即使是在粉料倉(cāng)內(nèi)存在一定的壓力的情況下，積聚在收塵斗中的粉塵也能在重力的作用下順利的落入至相應(yīng)的粉料倉(cāng)中，由此可見，所設(shè)計(jì)的倉(cāng)頂收塵裝置不僅解決了現(xiàn)有的用于粉料倉(cāng)的收塵裝置易堵塞、浪費(fèi)資源的問題，還解決了現(xiàn)有的收塵裝置排料不便的問題。

在該設(shè)計(jì)中，預(yù)加料斗上料時(shí)，產(chǎn)生的粉塵顆粒由內(nèi)置脈沖除塵器進(jìn)行收集，同時(shí)在砂石進(jìn)口處采用了增加一個(gè)覆蓋物的新設(shè)計(jì)方案，減輕了傳送帶上料口處粉塵的外泄，提高了其密閉性。

攪拌機(jī)處和預(yù)加料斗之間設(shè)計(jì)有一個(gè)連通管路，這樣就減輕了因氣路不通而產(chǎn)生攪拌機(jī)內(nèi)氣壓增大的難題，含塵氣流在氣壓的作用下進(jìn)入被動(dòng)振打除塵器濾袋內(nèi)部，通過過濾，清潔氣體排出攪拌站界外，粉塵被阻留在濾袋內(nèi)部。

3.2改進(jìn)型袋式主動(dòng)脈沖除塵器

改進(jìn)后的除塵器較傳統(tǒng)袋式除塵器新增了運(yùn)動(dòng)滑塊擋板機(jī)構(gòu)，將傳統(tǒng)的一個(gè)氣室分為若干的小氣室（如圖2所示），穩(wěn)定了出除塵器內(nèi)部的流場(chǎng)。粉料倉(cāng)上料時(shí)，因負(fù)壓產(chǎn)生的揚(yáng)塵由倉(cāng)頂脈沖主動(dòng)除塵器抽風(fēng)機(jī)來抽取倉(cāng)內(nèi)含塵氣體，粉塵被阻隔在除塵濾袋外表面。在一段時(shí)間之后噴吹系統(tǒng)開始工作，在脈沖閥的控制下，噴吹管依次進(jìn)行反吹，在反吹過程中，運(yùn)動(dòng)滑塊擋板機(jī)構(gòu)阻隔該氣室的含塵氣體進(jìn)口，防止二次揚(yáng)塵的產(chǎn)生。

3.3攪拌站其他輔助除塵措施

本文將砂石料場(chǎng)置于地下，并且做密封處理。這樣做杜絕了因翻運(yùn)和上料時(shí)產(chǎn)生的粉塵逸出場(chǎng)外造成污染，同時(shí)避免了因日曬、淋、風(fēng)化等造成的砂石料的損失。

為進(jìn)一步控制攪拌站向大氣中排放粉塵的數(shù)量，可在料場(chǎng)內(nèi)設(shè)置水噴淋裝置；同時(shí)攪拌站主體、配料和上料環(huán)節(jié)都采用全封閉外包結(jié)構(gòu)。攪拌站主體二層及以上外包裝用角鋼搭建骨架模型，用夾心彩鋼板包裝整體主樓框架，以控制主樓內(nèi)產(chǎn)生的粉塵進(jìn)入周圍環(huán)境的濃度。

4.工程應(yīng)用效果

鄭州三和水工機(jī)械有限公司在生產(chǎn)的HZS180-1Q3000型環(huán)保型混凝土攪拌站采用上述的除塵設(shè)備，并獲得國(guó)家專利，產(chǎn)品經(jīng)國(guó)家建筑城建機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè)，粉塵排放指標(biāo)達(dá)到國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

5.結(jié)論

本文主要解決了以下幾個(gè)問題：

（1）研究了現(xiàn)有混凝土攪拌站除塵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并對(duì)現(xiàn)有混凝土攪拌站的粉塵產(chǎn)生機(jī)理做了分析，找到了混凝土攪拌站粉塵的根源；

（2）重新對(duì)現(xiàn)有混凝土攪拌站的除塵系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，改進(jìn)了現(xiàn)有除塵系統(tǒng)不合理的結(jié)構(gòu)，達(dá)到了良好的工程實(shí)踐效果；

（3）以現(xiàn)有的混凝土攪拌站除塵器為藍(lán)本，重新改進(jìn)和設(shè)計(jì)了除塵系統(tǒng)的核心部件——袋式脈沖主動(dòng)除塵器。

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作者簡(jiǎn)介：

譚群燕，華北水利水電大學(xué)機(jī)械學(xué)院，教授，主要從事材料加工和機(jī)械設(shè)計(jì)及理論方面的研究。

本項(xiàng)目得到華北水利水電大學(xué)研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃基金資助，基金編號(hào)2014-09。