改進(jìn)型混凝土攪拌站除塵裝置

鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南 鄭州 450000

1 引言

粉塵的危害眾所周知,其危害程度和自身的直徑成反比,粒徑在5um以下的粉塵稱為“呼吸性粉塵”,可通過呼吸直接到達(dá)人體肺部,大部分滯留在肺泡中形成纖維組織,引發(fā)各類呼吸機(jī)能障礙疾病[1]。同時,粉塵還能削弱日光和能見度,吸收日光中的紫外線,使兒童佝僂病增多[2]?；炷翑嚢枵緝?nèi)的粉塵粒徑在1～500um的范圍內(nèi),其對人體健康和周圍環(huán)境都將造成較為嚴(yán)重的危害,因此在設(shè)計除塵裝置的過程中應(yīng)該特別注意這個范圍內(nèi)的粉塵除塵效率。而混凝土攪拌站作為煙塵排放量的大戶,改善自身的排放條件迫在眉睫。

混凝土攪拌站除塵裝置選用的一般是袋式除塵器,它是一類干式濾塵裝置,適用于捕捉細(xì)小、干燥、非纖維性粉塵。濾袋采用紡織的濾布或者非紡織的氈制成,利用纖維的過濾作用對含塵氣體進(jìn)行過濾[3],雖然其形式各有不同,但其主要結(jié)構(gòu)都是類似的。主要包括以下四大系統(tǒng):清灰系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、檢修系統(tǒng)和安保系統(tǒng)。傳統(tǒng)的混凝土攪拌站除塵裝置在使用過程中出現(xiàn)了許多問題,除塵效率一直不很理想,主要包括:(1)設(shè)備阻力損失較大;(2)濾袋破損失效;(3)花板積灰;(4)二次揚塵;(5)稱量斗內(nèi)負(fù)壓;(6)牢固性差等。

2 傳統(tǒng)的混凝土攪拌站除塵裝置

圖1簡單清除地展示了傳統(tǒng)混凝土攪拌站的結(jié)構(gòu),在該結(jié)構(gòu)中,除塵裝置僅包括料倉頂端的袋式除塵器,整個料場的揚塵沒有任何的遮蔽措施,造成的后果就是料場的揚塵直接排到場外,造成污染。置頂式袋式除塵器處于高出,承受較大的風(fēng)載,這就很容易造成傾倒而失效;同時,高空墜落也會危及攪拌站工作人員的人參安全。圖2展示的是傳統(tǒng)袋式除塵器的結(jié)構(gòu)簡圖,作為一款主動脈沖除塵器,該除塵器很容易造成糧倉內(nèi)形成負(fù)壓,從而引起揚塵;其反吹系統(tǒng)和抽風(fēng)裝置同時工作時,進(jìn)氣氣流與反向噴吹氣流產(chǎn)生對流,引起除塵氣室內(nèi)的流場不穩(wěn)從而影響除塵效率。

圖1 傳統(tǒng)混凝土攪拌站結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 傳統(tǒng)的袋式除塵器構(gòu)造簡圖

3 除塵裝置結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

針對上述問題,本設(shè)計以現(xiàn)有的除塵裝置為藍(lán)本,對其進(jìn)行了較為合理地改良或重新設(shè)計。改進(jìn)型除塵裝置無論是在除塵效率方面還是在除塵性能方面,都較傳統(tǒng)除塵裝置有了很大的進(jìn)步。

3.1 除塵裝置整體結(jié)構(gòu) 本除塵裝置主要包括以下四個部分:改進(jìn)型脈沖主動除塵器、連接管路系統(tǒng)、密封傳送帶系統(tǒng)和單向閥補(bǔ)壓系統(tǒng)[4],總裝簡圖如下所示:

上圖清除地展現(xiàn)了四個部分之間的連接示意,下面一一介紹改進(jìn)的目的和改進(jìn)后的優(yōu)點。

首先,砂石料由傳統(tǒng)的地面料場存放改為地下密封的砂石料場。這樣做的好處是避免了砂石料在地面因風(fēng)吹而產(chǎn)生揚塵直接排出場外。地下密封式料場在上料過程中,產(chǎn)生的揚塵隨密封傳送帶進(jìn)入預(yù)加料斗,通過預(yù)加料斗的管路系統(tǒng)引入袋式除塵器,通過過濾作用避免排入大氣。

其次,在攪拌站工作過程中,隨著上料、攪拌等過程的進(jìn)行,粉料倉內(nèi)、預(yù)加料斗內(nèi)、攪拌主機(jī)內(nèi)都將產(chǎn)生粉塵,此時除塵器開始工作,通過抽風(fēng)機(jī)的吸拉將含塵氣體通過管路系統(tǒng)引入除塵器內(nèi),由濾袋的過濾作用除去含塵氣體中的粉塵,潔凈氣體由排氣口排出。這樣將主除塵器置于地面,避免了高空風(fēng)吹墜落的危險,更方便調(diào)節(jié)維護(hù)。

再者,在粉料倉、預(yù)加料斗和攪拌主機(jī)上面添加單向閥門,其作用是除塵器抽風(fēng)機(jī)在抽風(fēng)過程中系統(tǒng)內(nèi)處于負(fù)壓狀態(tài)時及時補(bǔ)充氣體,避免因負(fù)壓而產(chǎn)生更多揚塵增加含塵濃度。

3.2 改進(jìn)型袋式脈沖除塵器 改進(jìn)型除塵裝置的核心部件就是下圖所示的改進(jìn)型袋式脈沖除塵器,傳統(tǒng)的脈沖除塵器存在的問題已經(jīng)在前文說明,在此不再贅述。為了解決上述問題,本設(shè)計改進(jìn)了進(jìn)氣口,重新設(shè)計增加了將氣體分氣室處理的氣室隔板和滑塊,具體結(jié)構(gòu)見下圖所示。

下圖中除塵器擋板的作用是在除塵器工作過程中將除塵器分為若干個氣室(可根據(jù)需要任意組合),各個氣室之間互不影響,當(dāng)滑塊運動至某氣室阻擋氣流通過時,該氣室停止工作,同時脈沖反吹系統(tǒng)開始工作,這樣就避免了含塵氣體和脈沖反吹氣流的沖突,從而減少甚至杜絕二次揚塵的產(chǎn)生。

集灰排灰系統(tǒng)所得的粉塵都是攪拌站生產(chǎn)的原料,經(jīng)過一定的處理可以循環(huán)再利用,這樣不僅避免了環(huán)境污染,而且能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 管路系統(tǒng) 本設(shè)計為了將含塵氣體引入置于地面的改進(jìn)型袋式除塵器,應(yīng)用了許多管路,因此管路系統(tǒng)的設(shè)計顯得尤為重要,但其重點還是控制各段管路的氣體流速,為避免殘塵滯留在管路當(dāng)中而日久阻塞管路系統(tǒng),本設(shè)計采用細(xì)管經(jīng)、高風(fēng)速的設(shè)計思路作為應(yīng)對策略。

4 本設(shè)計思路中除塵裝置各個參數(shù)的確定

4.1 處理風(fēng)量Q的確定 混凝土攪拌站的年生產(chǎn)量決定了處理風(fēng)量,應(yīng)根據(jù)實際生產(chǎn)需要選擇合適的處理風(fēng)量抽風(fēng)機(jī)。如鄭州三和機(jī)械生產(chǎn)的HZS180-1Q3000型攪拌站年生產(chǎn)能力是180萬m3,選擇的處理風(fēng)量為Q=5000m3/h。

4.2 過濾風(fēng)速的確定 較高的過濾風(fēng)速可以減小過濾面積,使設(shè)備小型化;但會使設(shè)備阻力增大,除塵效率降低,并影響除塵器壽命。本設(shè)計推薦的過濾風(fēng)速見下表1[5]:

表1 袋式除塵器推薦使用的過濾風(fēng)速V(m/min)

4.3 濾袋規(guī)格的確定 濾袋的規(guī)格尺寸:外濾式圓形濾袋的直徑為114～200mm,長2000～9000mm,常用規(guī)格為:直徑120～160mm,長度為2000～6000mm,常用的規(guī)格見下表2[6]:

表2 圓形濾袋規(guī)格/mm

過濾面積的計算公式如下[7]:

上式中:F—過濾面積

Q—處理風(fēng)量

V—過濾速度

4.4 進(jìn)、出風(fēng)口管徑的確定 由于進(jìn)風(fēng)口處粉塵濃度較大,為防止進(jìn)風(fēng)口沉積粉塵,因而應(yīng)設(shè)計較高風(fēng)速,可取16～20m/s;經(jīng)過過濾的潔凈氣體風(fēng)速可小一些。

在選取風(fēng)速之后,根據(jù)公式:

上式中:V—進(jìn)、出口風(fēng)速

Q—處理風(fēng)量

F1—管路橫截面積

D—管路直徑

4.5 除塵器阻力的修正 袋式除塵器阻力與除塵器結(jié)構(gòu)、濾袋布置方式、粉塵層特性、清灰方式、過濾風(fēng)速、粉塵濃度等因素有關(guān)。除塵器阻力可分為3個部分:除塵器結(jié)構(gòu)阻力、濾料上粉塵層阻力和濾料阻力[8],則:

式中:ΔPg——除塵器結(jié)構(gòu)阻力;

ΔP0——濾料本身的阻力;

ΔPc——濾料上粉塵層阻力。

除塵器結(jié)構(gòu)阻力ΔPg是指設(shè)備進(jìn)、出口及內(nèi)部流道內(nèi)擋板等造成的流動阻力。通常ΔPg=200～500Pa。

濾料阻力

式中:μ——空氣的粘度,Pa·s;

vF——過濾風(fēng)速,即單位時間每m3濾料表面積所通過的空氣量,m3/min·m2;

ξ0——濾料的阻力系數(shù),m-1。

棉布ξ0=1.0×107m-1;呢料ξ0=3.6×107m-1;滌綸絨布ξ0=4.8×107m-1。

濾料上粉塵層阻力

式中:δc——濾料上粉塵層厚度,m;

ρc——濾料上堆積的粉塵量,kg;

F——濾料的表面積,m2;

αm——粉塵層的平均比阻,m/kg。

αm是隨粉塵粒徑、真密度及粉塵層內(nèi)部孔隙率的減小而增加。這就是說,處理粉塵的粒徑愈細(xì)小,ΔPc愈大。

粉塵器運行τ秒鐘后,濾料上堆積的粉塵量為:

式中:τ——濾料的連續(xù)過濾時間,s;

y——除塵器進(jìn)口處含塵濃度,kg/m3。

又公式(6)(7)則可得

除塵器處理的氣體及粉塵確定以后,αm、μ都是定值。從公式(8)可以看出,粉塵層的阻力取決于過濾風(fēng)速、氣體的含塵濃度和連續(xù)運行的時間。除塵器允許的ΔPc確定以后,y、τ、vF這三個參數(shù)是互相制約的。

5 結(jié)語

脈沖袋式除塵器應(yīng)用廣泛,目前已經(jīng)成為高效除塵設(shè)備的主流。在使用過程中出現(xiàn)故障,只要分析準(zhǔn)確、處理及時,就可以保障脈沖袋式除塵器平穩(wěn)運行,

并可有效降低運行阻力、延長濾袋的使用壽命、減少清灰用氣,從而降低運行費用,發(fā)揮脈沖袋式除塵器的優(yōu)勢,實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效地除塵。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和制造工藝的不斷改進(jìn),除塵器的種類不斷增加,其性能和效率也不斷提高,本文中涉及的主除塵器是一臺經(jīng)過重新設(shè)計改造的袋式脈沖主動除塵器,增加了分割氣室的隔板和阻擋滑塊等部件,使得其性能有了進(jìn)一步的提升。

混凝土攪拌站的拌和料中含有水泥、粉煤灰和礦粉等物質(zhì),砂石骨料中也含有粉塵顆粒,當(dāng)攪拌站工作時,各個部分都會產(chǎn)生一定量的粉塵,會對周邊環(huán)境造成污染,因此,只有將攪拌站實行全封閉生產(chǎn),采用主動脈沖除塵器進(jìn)行除塵才能滿足日益苛刻的環(huán)保要求。