粉料撒布車除塵器設(shè)計(jì)

吳 鵬，李彥帥，李俊武

粉料撒布車除塵器設(shè)計(jì)

吳 鵬1，李彥帥2，李俊武2

(1.浙江美通筑路機(jī)械股份有限公司，浙江海寧 314423;2.中交西安筑路機(jī)械有限公司，陜西西安 710200)

為了控制粉料撒布車加料和撒布時(shí)的揚(yáng)塵污染，對國內(nèi)外同類產(chǎn)品的典型除塵方式的結(jié)構(gòu)與原理進(jìn)行了總結(jié)，并分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了將脈沖噴吹濾筒式除塵器用于粉料撒布車除塵的解決方案，給出了除塵器主要參數(shù)的計(jì)算方法和關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn);指出通過合理控制撒布輥轉(zhuǎn)速和設(shè)計(jì)吸塵裝置可以有效地控制撒布揚(yáng)塵，并給出了吸塵裝置的引風(fēng)機(jī)流量的計(jì)算方法。實(shí)踐證明，據(jù)此設(shè)計(jì)的粉料撒布車脈沖噴吹濾筒式除塵器的排放濃度滿足環(huán)保要求。

機(jī)械工程;除塵器;脈沖噴吹;布袋

0 引言

粉料撒布車是用于撒布水泥、石灰、粉煤灰等粉粒物料的專用機(jī)械，主要應(yīng)用于土壤改良或道路基層土壤穩(wěn)定等施工場合。近年來，隨著國內(nèi)瀝青路面就地冷再生工藝的推廣，將其應(yīng)用于就地冷再生的配套施工也越來越多［1］。

粉料撒布車上有用于存儲(chǔ)粉料的料倉，加料時(shí)，由散裝粉料運(yùn)輸車上配備的空壓機(jī)產(chǎn)生壓縮空氣，運(yùn)用氣體流化原理將粉料輸送至料倉內(nèi)。由于粉料不斷進(jìn)入料倉，料倉內(nèi)空氣被排出，粉料在落入料倉時(shí)產(chǎn)生揚(yáng)塵，含塵氣體的粉塵濃度有時(shí)高達(dá)30 g·Nm－3，必須進(jìn)行過濾方可排入大氣，否則會(huì)造成嚴(yán)重污染［2］。此外，在粉料撒布車施工過程中，粉料從撒布機(jī)構(gòu)上落到路面造成沖擊，也會(huì)產(chǎn)生撒布揚(yáng)塵。加料和撒布時(shí)的揚(yáng)塵控制是該類產(chǎn)品研發(fā)時(shí)必須解決的問題。

目前，國內(nèi)尚沒有關(guān)于粉料撒布車除塵器設(shè)計(jì)方法的針對性研究成果，而國內(nèi)外典型產(chǎn)品有布袋式和濾筒式2種除塵方式。本文對比2種除塵方式的優(yōu)缺點(diǎn)，得出脈沖噴吹濾筒式除塵器特點(diǎn);提出針對粉料撒布車工況的脈沖噴吹濾筒式除塵器的設(shè)計(jì)方法和關(guān)鍵點(diǎn);對于撒布揚(yáng)塵，通過控制撒布輥轉(zhuǎn)速和設(shè)計(jì)吸塵裝置抽吸除塵進(jìn)行抑制;并將設(shè)計(jì)的除塵器在LMT5250TFSB型粉料撒布車上試驗(yàn)應(yīng)用。

1 常見的除塵方式

國外生產(chǎn)粉料撒布車較知名的企業(yè)有德國Streumaster和 A-mag(原 Kalkstreumaster)、法國Rabaud、美國Stoltz等，國內(nèi)如浙江美通、西安達(dá)剛及山東陸達(dá)等也有產(chǎn)品投放市場。這些主流機(jī)型均裝備了除塵裝置，根據(jù)除塵方式的不同，可分為布袋式除塵器和濾筒式除塵器2種。

1．1 布袋式除塵器

布袋除塵是指用除塵濾布制成濾袋過濾含塵氣體中粉塵顆粒的除塵方式。常用的濾布材料有滌綸纖維、尼龍纖維、腈綸纖維及丙綸針刺氈等。美國Stoltz的機(jī)型在料倉頂部安裝若干個(gè)除塵布袋，加料時(shí)含塵氣體由內(nèi)向外通過布袋，粉塵顆粒被阻隔在布袋內(nèi)部，凈化空氣經(jīng)由布袋上的微細(xì)孔排向外界，如圖1所示。Stoltz生產(chǎn)的機(jī)型沒有自動(dòng)清灰裝置，布袋堵塞后需由人工拍打清灰，否則過濾效果會(huì)急劇下降，使得排放濃度增大。

圖1 采用倉頂布袋除塵的Stoltz粉料撒布車

國內(nèi)西安達(dá)剛的機(jī)型也采用布袋除塵裝置，但與Stoltz不同，它將單獨(dú)的布袋式除塵器安裝在料倉后部，并與料倉后壁相通，加料時(shí)含塵氣體由內(nèi)向外經(jīng)由布袋過濾，且配備有振動(dòng)式清灰裝置，布袋阻塞后可開啟振動(dòng)器振動(dòng)布袋實(shí)現(xiàn)清灰;其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 西安達(dá)剛粉料撒布車布袋除塵系統(tǒng)

布袋式除塵器由于成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單，因而在較早期的產(chǎn)品上應(yīng)用較多;但缺陷也很明顯，單條布袋過濾面積較小，布袋剛性差，內(nèi)部需設(shè)置鋼制籠架，體積和重量較大，人工拍打或機(jī)械振動(dòng)清灰不徹底，常常造成連續(xù)工作可靠性差，出現(xiàn)過濾效果不佳等問題。

1．2 濾筒式除塵器

濾筒式除塵器是20世紀(jì)70年代以來發(fā)展起來的新型除塵裝置，其特點(diǎn)是采用硬質(zhì)濾料制成表面有波紋狀褶皺的濾筒，內(nèi)部無需設(shè)置籠架，與同體積的布袋相比，濾筒具備更大的過濾面積。由于新型濾料的采用和濾筒制造工藝的改進(jìn)，濾筒過濾阻力小，除塵效率高，可捕集粒徑大于0．3 μm的細(xì)小粉塵，除塵效率可達(dá)99.5%以上。濾筒高度低，安裝方便，清灰徹底，維修工作量小，因而在除塵工程中得到廣泛的運(yùn)用［3-6］。德國Streumaster和A-mag、法國Rabaud以及浙江美通均采用濾筒式除塵器。圖3是德國Streumaster粉料撒布車的濾筒式除塵器。

圖3 Streumaster粉料撒布車的濾筒式除塵器

與布袋不同的是，濾筒對濾料剛性要求較大，目的是防止濾筒褶皺受外力后變形貼合在一起或發(fā)生損壞，影響過濾效果。因此，濾筒一般不采用布袋的織造類材料，而是采用聚酯覆膜熱壓濾料，其制成的濾筒具備一定剛性，抗變形能力好。

濾筒式除塵器工作時(shí)，含塵氣體從外向內(nèi)通過濾筒，粉塵顆粒黏附在濾筒外表面，凈化后的空氣從濾筒內(nèi)部向上排入大氣中。當(dāng)濾筒表面黏附的粉塵厚度漸漸增大時(shí)，過濾阻力變大，除塵器的過濾效率下降，此時(shí)需要對濾筒進(jìn)行清灰。濾筒式除塵器一般采用脈沖噴吹清灰，由脈沖控制儀控制脈沖閥，脈沖閥開啟時(shí)，氣包內(nèi)的壓縮空氣進(jìn)入噴吹管并通過噴吹管上的小孔，噴射出高速高壓的引射氣流進(jìn)入濾筒內(nèi)部，使濾筒內(nèi)呈現(xiàn)瞬間正壓，并發(fā)生膨脹和鼓動(dòng)，濾筒表面沉積的粉塵顆粒脫落，進(jìn)入除塵器下部灰斗內(nèi)，達(dá)到清灰的目的，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 濾筒式除塵器結(jié)構(gòu)

由于濾筒式除塵器單個(gè)濾筒過濾面積大，安裝方便，結(jié)構(gòu)緊湊，因而適合于安裝于移動(dòng)設(shè)備上，配合脈沖噴吹進(jìn)行清灰，可以保證清灰徹底，提高了除塵器工作的可靠性，將其應(yīng)用于粉料撒布車上能達(dá)到較好的使用效果。

2 脈沖噴吹濾筒式除塵器

由于粉料撒布車的加料方式與攪拌站筒倉加料方式相同［7-8］，故國內(nèi)廠商多套用筒倉的倉頂除塵器參數(shù)來設(shè)計(jì)除塵器;實(shí)際上粉料撒布車料倉容積較小(小于20 m3)，且高度較低，粉塵在料倉內(nèi)部不能有效沉降，故除塵器入口的含塵濃度遠(yuǎn)高于筒倉倉頂除塵器入口的含塵濃度，因此造成除塵效果不佳，除塵器排放濃度大。設(shè)計(jì)粉料撒布車脈沖噴吹濾筒式除塵器時(shí)，需認(rèn)真分析除塵器的實(shí)際工況，計(jì)算時(shí)也應(yīng)有特殊考慮。

2．1 處理風(fēng)量的確定

除塵器的處理風(fēng)量決定了除塵器的工作能力。粉料撒布車的加料過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，當(dāng)散裝粉料運(yùn)輸車罐內(nèi)余料較多時(shí)，加料管內(nèi)不含壓縮空氣，此時(shí)粉料撒布車的排氣量與進(jìn)入料倉內(nèi)的粉料體積相等;但是，當(dāng)散裝粉料運(yùn)輸車罐內(nèi)余料較少時(shí)，輸送效率降低，加料管內(nèi)混有較多的壓縮空氣，此時(shí)粉料撒布車的排氣量為進(jìn)入料倉內(nèi)的粉料體積和進(jìn)入料倉內(nèi)的壓縮空氣體積之和。為了保險(xiǎn)起見，設(shè)計(jì)除塵器時(shí)，應(yīng)按粉料運(yùn)輸車配備空壓機(jī)的排氣量來作為除塵器的處理風(fēng)量。國內(nèi)散裝粉料運(yùn)輸車常用的擺式空壓機(jī)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 散裝粉料運(yùn)輸倉擺式空壓機(jī)性能參數(shù)

2．2 過濾面積的計(jì)算

確定了除塵器的處理風(fēng)量后，過濾面積可按如下公式計(jì)算。

式中:S為過濾面積(m2);Q為處理風(fēng)量(m3·h－1);vF為過濾速度(m·min－1)。

粉塵種類為水泥、石灰、粉煤灰等時(shí)，過濾速度可按0．6 ～1．2 m·min－1選擇。過濾速度越大，對應(yīng)的過濾面積越小，由于粉料撒布車料倉容積較小，沉降

式中:n為濾筒數(shù)目;Sd為單個(gè)濾筒過濾面積(m2)。

2．3 脈沖噴吹系統(tǒng)設(shè)計(jì)

脈沖噴吹系統(tǒng)在除塵器設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，其性作用有限，故在粉料撒布車除塵器設(shè)計(jì)中，較低的過濾速度和較大的過濾面積有利于粉塵充分過濾。

確定過濾面積后，可根據(jù)除塵器內(nèi)部空間大小選擇合適直徑和長度的濾筒［9-10］，計(jì)算出所需的濾筒數(shù)目能直接影響濾筒清灰是否徹底，關(guān)系到除塵器的過濾效率和使用壽命。

設(shè)計(jì)脈沖噴吹系統(tǒng)時(shí)，需要確定清灰方式、噴吹壓力、脈沖閥規(guī)格、脈沖噴吹周期和氣包容量等關(guān)鍵參數(shù)。

脈沖噴吹清灰有在線清灰和離線清灰之分［11-12］，在線清灰是指含塵氣體通過濾筒過濾的同時(shí)開啟脈沖閥對濾筒進(jìn)行噴吹清灰，而離線清灰是指清灰時(shí)沒有含塵氣體通過濾筒，濾筒處于暫停過濾的狀態(tài)。由于粉料撒布車上布置空間有限，一般采用在線清灰的方式，在清灰周期和其他參數(shù)不變的情況下，在線清灰要克服過濾氣流的阻力，因此需要提高噴吹氣流動(dòng)能，才能獲得與離線清灰同樣的清灰效果，故噴吹壓力不宜選擇過小，以0.4～0.7 MPa為宜。

脈沖閥規(guī)格可根據(jù)所選擇的單個(gè)濾筒面積進(jìn)行確定［13］，一般脈沖閥廠家樣本均標(biāo)注出了單個(gè)脈沖閥的噴吹面積和單次噴吹耗氣量，根據(jù)計(jì)算所得的過濾面積選擇對應(yīng)的脈沖閥規(guī)格，并確定單個(gè)脈沖閥噴吹的濾筒個(gè)數(shù)。脈沖噴吹周期選擇0.1～0.2 s較為合適。

氣包也稱分氣箱，給脈沖閥提供足夠的壓縮空氣用于噴吹［14-15］。氣包容量過小，脈沖閥噴吹時(shí)氣量不夠，濾筒清灰不徹底;氣包容量過大，則體積龐大，耗用鋼材較多。氣包容積［16］

式中:V為氣包容積(m3);q為單個(gè)脈沖閥單次噴吹耗氣量(m3);P1為噴吹前氣包內(nèi)壓力(MPa);T1為噴吹前氣包內(nèi)氣體絕對溫度(K);P2為噴吹后氣包內(nèi)壓力(MPa);T2為噴吹后氣包內(nèi)氣體絕對溫度(K)。

一般要求噴吹后氣包內(nèi)壓降不超過原來儲(chǔ)存壓力的 30% ，即 P2≥0．7P1。

常見的噴吹管為開有噴吹孔的無縫管，噴吹管位于濾筒上方，噴吹孔圓心正對濾筒中心，同一噴吹管上噴吹孔的截面積之和與脈沖閥出口截面積之比為50%～65%，由此可確定噴吹孔的直徑。如果選用長徑比較大的濾筒，噴吹時(shí)容易出現(xiàn)濾筒上端靠近噴吹孔的部分出現(xiàn)負(fù)壓而濾筒下部承受正壓的情形，造成濾筒上下兩端清灰受力不同，影響使用壽命。此時(shí)應(yīng)該在噴吹管上安裝誘導(dǎo)噴嘴，其二次引流作用可以誘導(dǎo)2～4倍于噴吹氣量的邊緣空氣進(jìn)入濾筒內(nèi)部，使得濾筒內(nèi)部受到全高度的正壓噴吹，這樣可以保證清灰均勻，有利于延長濾筒壽命，如圖5所示。

圖5 安裝于噴吹管上的誘導(dǎo)噴嘴及其工作原理

2．4 除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

粉料撒布車的脈沖噴吹除塵器與大型除塵設(shè)備不同，一般沒有引風(fēng)裝置，且除塵器工作在正壓狀態(tài)下，因此對于除塵器箱體的密封性要求較高。如果焊縫有滲漏，或?yàn)V筒與花板的貼合面不密封，除塵器跑冒滴漏就在所難免，造成除塵效率降低，除塵器排放濃度增大，設(shè)計(jì)、制作時(shí)均要特別注意。此外，除塵器的灰斗設(shè)計(jì)也很關(guān)鍵，灰斗一般為倒四棱臺(tái)結(jié)構(gòu)，建議每個(gè)棱邊與水平面的夾角不小于65°，否則濾筒清灰后落下的粉塵流動(dòng)不暢，易造成積聚。除塵器的排灰裝置可選用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的星型卸灰閥，也可自行設(shè)計(jì)翻板落灰閥排出灰斗內(nèi)的粉塵。

3 撒布揚(yáng)塵的控制

除了加料時(shí)的揚(yáng)塵以外，粉料撒布車在撒布時(shí)粉料落地產(chǎn)生的飛濺也是揚(yáng)塵污染的來源之一?？刂迫霾紦P(yáng)塵污染要從多方面入手:首先要降低粉料撒布時(shí)的落地速度，減小其動(dòng)能，從而減少落地時(shí)的飛濺，根據(jù)實(shí)踐可知，撒布輥轉(zhuǎn)速控制在10～30 r·min－1時(shí)，粉料落地速度較低，不會(huì)大量揚(yáng)起;其次可以設(shè)計(jì)吸塵裝置，將落地后產(chǎn)生的揚(yáng)塵收集起來集中處理，避免其擴(kuò)散。圖6是德國A-mag公司產(chǎn)品上設(shè)計(jì)的撒布吸塵裝置，其原理是用高壓離心風(fēng)機(jī)將飛濺揚(yáng)塵抽吸到除塵器內(nèi)部再進(jìn)行過濾，較好地抑制了撒布揚(yáng)塵。

圖6 A-mag粉料撒布機(jī)的撒布吸塵裝置

浙江美通在最新的LMT5250TFSB型粉料撒布車上也設(shè)計(jì)了撒布吸塵裝置。在撒布機(jī)構(gòu)的后方安裝了配備四組電動(dòng)吸塵風(fēng)機(jī)的收塵罩，車輛施工時(shí)，粉料落地后產(chǎn)生的揚(yáng)塵被風(fēng)機(jī)吸入到除塵器內(nèi)進(jìn)行過濾，起到遏制撒布揚(yáng)塵的作用，如圖7所示。

圖7 美通粉料撒布車的撒布吸塵裝置

吸塵裝置的設(shè)計(jì)中需要確定引風(fēng)機(jī)的流量，由于收塵罩為頂吸風(fēng)，其引風(fēng)機(jī)的流量可類比除塵器集氣罩引風(fēng)量的計(jì)算公式來確定。

式中:QF為引風(fēng)機(jī)流量(m3·h－1);K為安全系數(shù)，取1．4;a為收塵罩長邊長度(m);b為收塵罩短邊長度(m);h為收塵罩下口至地面距離(m);Vo為粉塵落地速度(m·s－1)。

4 結(jié)語

由于粉料撒布車的撒布介質(zhì)特殊，在加料、撒布過程中極易產(chǎn)生揚(yáng)塵污染，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)除塵裝置可有效降低粉塵排放濃度，實(shí)現(xiàn)環(huán)保施工。脈沖噴吹濾筒式除塵器與傳統(tǒng)布袋式除塵器相比，具備結(jié)構(gòu)緊湊、清灰徹底、除塵效率高、濾筒壽命長等特點(diǎn)，適合在移動(dòng)設(shè)備上推廣應(yīng)用。本文針對粉料撒布車料倉容積小、內(nèi)部沉降空間不足的特點(diǎn)，提出了針對性的脈沖噴吹濾筒式除塵器的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法，并指出合理控制撒布輥轉(zhuǎn)速和額外設(shè)計(jì)吸塵裝置可以有效抑制撒布揚(yáng)塵，據(jù)此設(shè)計(jì)的脈沖噴吹濾筒式除塵器在LMT5250TFSB型粉料撒布車上進(jìn)行了應(yīng)用，加料和撒布時(shí)除塵器排放濃度小于20 mg·Nm－3，濾筒壽命為1年以上，達(dá)到了良好的效果，后續(xù)如果對吸塵裝置內(nèi)部風(fēng)道進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以將撒布揚(yáng)塵降到更少。

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Design of Dust Filter for Binding Agent Spreader

WU Peng1，LI Yan-shuai2，LI Jun-wu2
(1．Zhejiang Metong Road Machinery Co．，Ltd．，Haining 314423，Zhejiang，China;2．CCCC Xi'an Road Construction Machinery Co．，Ltd．，Xi'an 710200，Shaanxi，China)

In order to control the fugitive dust pollution produced by binding agent spreader during the material feeding and spreading process，the dust filtering schemes used on foreign and domestic binding agent spreaders were summarized，and the advantages and disadvantages of these schemes were analyzed．The pulse-jet pleated element filter for binding agent spreader was introduced，and the calculation methods for main design parameters and key design points of the pulse-jet pleated element filter were presented．It was pointed out that regulating the spreading roller to a reasonable speed and designing a dust arresting device were effective to decrease the dust pollution during the spreading process．The calculation method for the air flow of induced fan used on the dust arresting device was given．The practice shows that the dust concentration in the exhaust channel of the pulse-jet pleated element filter used on binding agent spreader can meet the environmental requirements．

mechanical engineering;dust filter;pulse-jet;filter bag

U418．3

B

1000-033X(2017)10-0111-05

2017-03-28

浙江省科學(xué)技術(shù)廳科技項(xiàng)目(2015D60SA430600)

吳 鵬(1985-)，男，安徽宣城人，工程師，碩士，從事筑養(yǎng)路機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)。

［責(zé)任編輯:杜衛(wèi)華］