包裝企業(yè)一種邊料排廢系統(tǒng)的降噪減塵技術(shù)

■ 文/時(shí)孝國(guó) 徐州創(chuàng)源材料包裝公司

包裝企業(yè)一種邊料排廢系統(tǒng)的降噪減塵技術(shù)

■ 文/時(shí)孝國(guó) 徐州創(chuàng)源材料包裝公司

從2001年11月我國(guó)加入WTO世界貿(mào)易組織以來，工業(yè)化進(jìn)程加速，社會(huì)財(cái)富的積累使我國(guó)迅速成為了世界第二大經(jīng)濟(jì)體。可是工業(yè)化進(jìn)程伴隨著的環(huán)境問題，卻日益嚴(yán)峻，在一些污染高峰城市，嚴(yán)重霧霾導(dǎo)致PM2.5檢測(cè)表頻繁報(bào)警，全球每年約210萬(wàn)人死于PM2.5等顆粒物濃度上升。我們生活在各種各樣的工業(yè)廢棄顆粒漂浮著的大氣中，作為向大氣排放污染物的廣大工礦企業(yè)應(yīng)該本著對(duì)社會(huì)負(fù)責(zé)的態(tài)度，積極的思考“三廢”排放最小化的途徑，政府也應(yīng)該積極引導(dǎo)企業(yè)“三廢”向再循環(huán)利用轉(zhuǎn)型。

隨著電子商務(wù)技術(shù)的日益完善，網(wǎng)上交易已經(jīng)走進(jìn)了我們千家萬(wàn)戶，網(wǎng)購(gòu)成為了一種時(shí)尚。在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí),也是對(duì)包裝行業(yè)形成了一次蓬勃發(fā)展的機(jī)遇，大量中小型包裝企業(yè)應(yīng)運(yùn)而生，在包裝行業(yè)的工業(yè)化進(jìn)程中，如造紙、涂布、鍍鋁、印刷、覆面等產(chǎn)品在制造過程中無不產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動(dòng)噪聲，無不向環(huán)境排放大量粉塵，對(duì)一線工人來講極易可能造成永久性的噪聲聾、振動(dòng)病、各類粉塵塵肺。面對(duì)環(huán)境和作業(yè)條件惡化，高新環(huán)保型生產(chǎn)機(jī)械由于研發(fā)周期長(zhǎng)、成本高，推廣緩慢，許多中小型包裝企業(yè)依然使用十幾年前的設(shè)備技術(shù)，設(shè)備更新慢可是環(huán)境問題已經(jīng)迫在眉睫，在就要求廣大生產(chǎn)一線的科技工作者們立足于企業(yè)的實(shí)際情況，積極探索敢于實(shí)踐的進(jìn)行，低成本的降噪減塵技術(shù)的研究和推廣。

包裝行業(yè)尤其是紙業(yè)加工的公司，大量使用分切機(jī)械、包裝機(jī)械、復(fù)卷機(jī)械、修膜機(jī)械等等，這些被廣泛使用的包裝機(jī)械，體型大、重量大、產(chǎn)量大，伴隨著的是振動(dòng)大、噪聲大、粉塵大。目前我國(guó)專用大型包裝機(jī)械，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，需要將物料兩側(cè)邊緣切除，切除的邊料經(jīng)過回收進(jìn)行無害化處理，回收過程中通常使用三類技術(shù)，1、將邊料打斷成一定長(zhǎng)度的條形物料，再經(jīng)過離心風(fēng)機(jī)產(chǎn)生負(fù)壓，輸送打斷后的物料至集料箱，進(jìn)行回收處理；2、依靠強(qiáng)大的負(fù)壓，將物料整條輸送至集料箱；3、將邊料切斷成長(zhǎng)度較小的物料，利用離心風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓，輸送物料至除塵器內(nèi)。三類技術(shù)雖然都考慮了職業(yè)健康和環(huán)境污染問題，可是都不甚理想。

徐州創(chuàng)源材料包裝公司目前有5套獨(dú)立的分切機(jī)組，轉(zhuǎn)移銀卡生產(chǎn)線上有兩套剝離機(jī)組和兩套修膜機(jī)組，目前使用的邊料排廢系統(tǒng)，主要由紙邊旋轉(zhuǎn)切斷裝置、離心風(fēng)機(jī)、負(fù)壓管道和集料箱體構(gòu)成。其原理為由安裝在排廢系統(tǒng)末端的離心風(fēng)機(jī)為動(dòng)力源，通過排氣產(chǎn)生負(fù)壓，將紙邊吸入專用管道，沿管道進(jìn)入紙邊旋轉(zhuǎn)切斷裝置，切斷成20cm至30cm長(zhǎng)短料，通過負(fù)壓管道進(jìn)入集料箱進(jìn)行紙氣分離，紙條留下，空氣通過離心風(fēng)機(jī)排入大氣，集料箱在生產(chǎn)區(qū)域附近。生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題是：

(1)紙邊旋轉(zhuǎn)切斷裝置為模仿國(guó)外設(shè)備自制，受加工條件限制，加工精度及材料強(qiáng)度不高，經(jīng)常出現(xiàn)磨損、卡刀、纏紙邊等故障，維修頻繁，維修成本較高；

(2)切斷后的邊料產(chǎn)生大量粉塵，在管道負(fù)壓輸送至集料箱后，被排入大氣，污染環(huán)境；

(3)一定濃度的粉塵從管道負(fù)壓中逃逸，在生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)彌漫，不利于員工的身體健康；

(4)現(xiàn)有的紙邊旋轉(zhuǎn)切斷裝置和排廢離心風(fēng)機(jī)雖然有隔音裝置，但是設(shè)備布局在作業(yè)區(qū)域，振動(dòng)和噪聲依然很大；

(5)現(xiàn)在采用的負(fù)壓吸取方式因進(jìn)風(fēng)量等因素影響離心風(fēng)機(jī)額定壓力，壓降明顯，制約了傳輸距離，集料箱的位置及管路影響生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)整潔，污染現(xiàn)場(chǎng)的同時(shí)會(huì)有安全隱患。

我們根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《作業(yè)場(chǎng)所粉塵測(cè)定方法》GB538-86，按照設(shè)備南北軸線，連續(xù)的選取采樣點(diǎn)來檢測(cè)粉塵濃度。采樣點(diǎn)空氣中總粉塵濃度計(jì)算公式：

式中：M2－采樣后濾膜質(zhì)量（mg）

M1－采樣前濾膜質(zhì)量（mg）

Q－采樣流量（L/min）

T—采樣時(shí)間 （min）

使用總粉塵采樣器收集數(shù)據(jù)并計(jì)算一個(gè)8小時(shí)工作日內(nèi)的粉塵濃度值（mg/m3）分布。

表1 一個(gè)8小時(shí)工作日內(nèi)的粉塵濃度值調(diào)查

我們使用THX-8928噪聲測(cè)定儀，按照GB12349-90《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲測(cè)量方法》,,檢測(cè)作業(yè)區(qū)域一個(gè)8小時(shí)工作日內(nèi)的噪音值（分貝）分布。

表2 一個(gè)8小時(shí)工作日內(nèi)的噪音值調(diào)查

怎樣才能高效的解決降噪減塵呢？我們根據(jù)GB/T24001-2004《環(huán)境管理體系要求及使用指南》的要求，在消除環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)時(shí)可以采取消除、替代、工程控制、行政控制、個(gè)人防護(hù)等方法。綜合考慮比較適合本公司良性和長(zhǎng)期發(fā)展的方法，是采取工程控制法。

降噪減塵主要從設(shè)備入手，噪音大來源于大功率設(shè)備的應(yīng)用，粉塵大來源于邊料處理的工藝。當(dāng)然降低噪音最簡(jiǎn)單的方法就是采用小功率機(jī)械，減少作業(yè)過程中設(shè)備運(yùn)行的振動(dòng)，如何實(shí)現(xiàn)呢？我們研究決定，更改管道負(fù)壓的產(chǎn)生方式，以減少離心風(fēng)機(jī)的功率。

紙邊旋轉(zhuǎn)切斷裝置切斷邊料是造成粉塵濃度大的主要原因，如果將該設(shè)備去除，既減弱了粉塵的產(chǎn)生，又降低了噪音。實(shí)現(xiàn)一種方法，不切斷或打斷邊料，物料成條的在離心風(fēng)機(jī)作用下被輸送至集料箱。為此我們經(jīng)多次驗(yàn)證決定引入文丘里管，文丘里管是利用物理原理產(chǎn)生負(fù)壓，離心風(fēng)機(jī)不再為管道產(chǎn)生負(fù)壓服務(wù)，而改為利用其正壓吹除邊料至集料箱。我們將集料箱安裝于生產(chǎn)區(qū)域50米外的廢紙房?jī)?nèi)，邊料和正壓空氣在集料箱處分離，空氣將不再直排入大氣，而是在廢紙房?jī)?nèi)進(jìn)行無害化回收處理。

設(shè)計(jì)思路的優(yōu)點(diǎn)為不切斷邊料明顯降低粉塵，使用文丘里管物理產(chǎn)生負(fù)壓，降低能耗和振動(dòng)；其缺點(diǎn)為離心風(fēng)機(jī)的作用由利用其負(fù)壓轉(zhuǎn)變?yōu)槔闷湔龎?，設(shè)備選型驗(yàn)算繁瑣，技改方案沒有可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)，摸索前行會(huì)造成能源消耗和成本增加。根據(jù)我們初步的技術(shù)設(shè)計(jì)，降噪減塵機(jī)械的運(yùn)行原理為在包裝設(shè)備邊料排廢區(qū)增設(shè)高壓離心風(fēng)機(jī)和負(fù)壓發(fā)生器，利用文丘里管入口負(fù)壓吸進(jìn)整條邊料，而后邊料從文丘里管出口進(jìn)入到離心風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的正壓管道，被正壓風(fēng)送至50米外的集料箱。

2014年10月份我們?cè)O(shè)計(jì)了技改方案：

（1）在包裝機(jī)械側(cè)面安裝負(fù)壓產(chǎn)生器（即文丘里管），用于負(fù)壓的產(chǎn)生，在負(fù)壓發(fā)生器下方安裝高壓離心風(fēng)機(jī)，用于正壓的產(chǎn)生；

（2）在離心風(fēng)機(jī)出口至車間西側(cè)廢紙房安裝pvc管道（直徑200mm），用于正壓風(fēng)送邊料，為不影響消防通道及運(yùn)輸通道，管道將垂直升高5.5米到輔料房屋頂，從屋頂直接鋪設(shè)到廢紙房頂；

（3）管道進(jìn)入廢紙房?jī)?nèi)的集料箱，進(jìn)行收集邊料打包處理，并對(duì)正壓空氣內(nèi)的粉塵進(jìn)入除塵布袋收集，排入大氣的即為干凈的空氣；

（4）為安裝在包裝機(jī)械側(cè)面的離心風(fēng)機(jī)，加裝消音器及隔音箱以進(jìn)一步降低噪音；

（5）設(shè)計(jì)方案預(yù)留粉塵進(jìn)入口，以備于降低包裝機(jī)械其他部件產(chǎn)生的粉塵濃度，并可以作后期持續(xù)改進(jìn)使用。

這是我們?cè)O(shè)計(jì)的技改藍(lán)圖：

圖1 機(jī)械設(shè)計(jì)主視圖

圖2 機(jī)械設(shè)計(jì)左視圖

原集料箱根據(jù)廠房的布局和工藝的要求，設(shè)置在生產(chǎn)區(qū)域附近，既是一個(gè)污染源，又是一個(gè)危險(xiǎn)源?，F(xiàn)在我們將其安裝在遠(yuǎn)離生產(chǎn)區(qū)域的廢紙房?jī)?nèi)。由于包裝區(qū)和廢紙房距離較遠(yuǎn)，如果管道布置方案考慮不足，存在造成二次污染的可能。因此我們決定將管道布線安排在廠房5.5 m以上空間。

技改設(shè)備的選型參照機(jī)械的運(yùn)行參數(shù)，包裝機(jī)械線速為100 m/min，邊料克重為232 g/m2±03%，含水率6%～8%，邊料寬度為2～5 mm，按照所有需要修邊的設(shè)備均作業(yè)（最大產(chǎn)能），綜合考慮并現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，我們選擇管徑為200mm的PVC管材。

由于正壓輸送距離約為50米，需較高風(fēng)流量及風(fēng)速，設(shè)定管徑為D=200 mm，風(fēng)速為20 m/s，選用風(fēng)機(jī)理論計(jì)算如下：

管道截面積：s=πr2=3.14*（0.1）2=0.0314 m2

流量：Q=vs=20*0.0314=0628 m3/s=2260.8 m3/h

管道長(zhǎng)度：L=36.7+11+5=52.7m

阻力系數(shù)：￡1=0.02L/D=0.02*52.7/0.2=5.27

因需要轉(zhuǎn)90°彎3個(gè)，阻力系數(shù)修正值：￡2=0.75*3=2.25

總阻力系數(shù)￡=￡1+￡2=5.27+2.25=7.52

靜壓PS= ￡P(guān)V2 /2=7.52*1.2*202/2=4087.2 Pa

動(dòng)壓Pd=PV2/2=1.2*202=240 Pa

全壓P=PS+Pd=4087.2+240=4327.2 Pa

因此，所需流量為2260.8 m3/h，壓力為4327.2 Pa，對(duì)照風(fēng)機(jī)流量參數(shù)1610-2260.8 m3/h檔，風(fēng)機(jī)全壓參數(shù)5697-5517Pa檔，我們選擇了9-19-5A、7.5KW風(fēng)機(jī)，（此結(jié)果為理論計(jì)算，以現(xiàn)場(chǎng)試機(jī)效果為準(zhǔn)）。

負(fù)壓發(fā)生器入口與包裝機(jī)械排廢口相連，管徑取D=25.4 mm；出口與正壓管道相連，管徑取D=200 mm；負(fù)壓發(fā)生器與離心風(fēng)機(jī)出口連接點(diǎn)，管徑取D=200mm。

本次針對(duì)包裝機(jī)械邊料排廢技術(shù)的改造，由本單位自主設(shè)計(jì)、自主實(shí)施，總費(fèi)用約為2.4萬(wàn)元，成本較低。直接淘汰了導(dǎo)致噪聲和振動(dòng)指標(biāo)居高不下的設(shè)備，能耗明顯降低，能效也顯著增加，設(shè)備總功率由改造前11.75KW降低到7.5KW，設(shè)備維修和維護(hù)費(fèi)用也大大減少。本次技改使作業(yè)區(qū)域的粉塵濃度明顯降低，向大氣排放的粉塵濃度基本可以忽略。

改造后我們?cè)俅问褂每偡蹓m采樣器收集數(shù)據(jù)并計(jì)算一個(gè)8小時(shí)工作日內(nèi)的粉塵濃度值（mg/m3）分布。

表3 改造后的粉塵濃度值調(diào)查

改造后我們使用噪音計(jì)，再次檢測(cè)作業(yè)區(qū)域一個(gè)8小時(shí)工作日內(nèi)的噪音值（分貝）分布。

表4 改造后的噪音值調(diào)查

我們利用工程控制技術(shù)，完成了包裝機(jī)械排廢系統(tǒng)的降噪和減塵任務(wù)，以較低的成本實(shí)現(xiàn)了環(huán)境改善的目的，然而針對(duì)整個(gè)包裝行業(yè)各種型號(hào)和功能的機(jī)械來說，降噪減塵依然是一個(gè)面臨的難題，巨額的技改成本成為了制約環(huán)境改善的瓶頸。為了降低技改成本，我們利用文丘里管的原理物理產(chǎn)生負(fù)壓，本設(shè)備除了管道內(nèi)阻外，幾乎不消耗能源，將離心風(fēng)機(jī)獨(dú)辟蹊徑的由利用負(fù)壓改為利用正壓，降低了噪音，將打斷邊料工藝直接取消，也斷絕了粉塵產(chǎn)生的途徑。