橋式抓斗卸船機噴淋改造

王荔寧

（南京揚子物流有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000）

1 噴淋系統(tǒng)改造背景

1.1 3#碼頭卸船機工藝流程

煤炭經(jīng)江海輪運輸至揚子石化3#碼頭，由橋式抓斗卸船機從船艙抓取，由小車托運至錐形料斗上方卸煤，通過料斗出料口至接料皮帶機，再送至出料皮帶機，最后通過碼頭皮帶機運至圓倉或電廠。上料防塵板起到的作用是預(yù)防粉塵飛揚，料斗口處配備噴嘴和供水管道，卸船機的水箱泵可提供管道涌水，利于流體輸出。

1.2 卸船機噴淋系統(tǒng)工藝流程

噴淋系統(tǒng)由離心泵、水箱、截止閥、水管、電磁閥和噴嘴組成。碼頭消防水經(jīng)消防水帶將水輸送到機內(nèi)水箱中，水箱上設(shè)有高、低水位控制，噴水泵出水口到卸料漏斗，上層噴嘴噴霧灑水。電氣PLC重點控制卸料漏斗的電磁閥，抓斗所處位置為漏斗上方時，卸料漏斗開始卸料，接通電源后離心式噴嘴可進(jìn)行灑水，當(dāng)抓斗卸完料，離開漏斗上方，電磁閥被延時斷電關(guān)閉，噴嘴停止灑水，噴嘴單次開啟閉合時間為每次10 s。

1.3 卸船機揚塵管控

隨著港口運輸經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，煤炭作為主要能源需求運輸量不斷增加，貨物長期堆放難免會出現(xiàn)起塵現(xiàn)象，這對港口周圍生態(tài)環(huán)境造成巨大影響，同時還伴隨貨損情況。經(jīng)實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段我國大部分港口的大氣TSP數(shù)值明顯超標(biāo)，部分老港區(qū)中心地帶降塵值達(dá)到400噸/月·平方公里；有些港口粉塵污染量占所在城市全部粉塵污染量的50%以上，構(gòu)成較嚴(yán)重的污染問題[1]。經(jīng)驗表明，當(dāng)原煤的表面水分保持在8%～10%時，煤塵基本得到控制，目前原煤加濕是控制輸煤系統(tǒng)揚塵最有效的方法之一，而要實現(xiàn)原煤加濕則需要通過噴淋裝置來實現(xiàn)[2]。

噴淋除塵的工作原理是將壓力水轉(zhuǎn)化成水霧罩，以達(dá)到最佳的霧化效果，降低水的消耗量，提升水滴與塵粒之間的碰撞力度，展現(xiàn)出最佳除塵效果。含塵氣體的濕度達(dá)到一定程度時，塵粒聚集在一起，形成一個較大體積附著在燃料表層，可將其轉(zhuǎn)運至原煤倉，以實現(xiàn)粉塵凈化效果。橋式抓斗卸船機治理揚塵的關(guān)鍵在于系統(tǒng)源頭壓塵，重點治理卸船機卸車時料斗卸料的作業(yè)環(huán)節(jié)煤塵，卸車機配備1個4.0 m3的水箱，卸車時在料斗上部對稱設(shè)置8個噴嘴形成水幕使揚塵被封閉，從而達(dá)到降塵防塵的目的；同時在卸船機接料帶和給料帶轉(zhuǎn)接部位設(shè)置防塵簾及噴嘴，進(jìn)一步降低煤塵飛揚。

1.4 噴淋系統(tǒng)改造更換原因

消防水含有石子、灰塵等雜質(zhì)，設(shè)備缺少水質(zhì)過濾裝置，經(jīng)常堵塞噴嘴，增加維修頻次，影響正常卸煤作業(yè)的運行效率；噴水泵壓力不夠，功率偏低，噴嘴出水不夠流暢，噴灑直徑僅有1 m；噴嘴選型不佳，不可以霧化調(diào)節(jié)，不可以將料斗全覆蓋，僅僅只有直線的水柱噴出，且水柱僅有1 m射程，不能將料斗全覆蓋，防塵效果不佳；近幾年，國家重點監(jiān)控碼頭防塵治理工作成效，對環(huán)保的要求比以前更嚴(yán)格，對設(shè)備的防塵效果提出更高的要求；員工每天吸入作業(yè)環(huán)境中的煤塵，身體健康無法得到保證，例如“塵肺病”又稱“矽肺”，通常是由于在職業(yè)環(huán)境中長期吸入生產(chǎn)性粉塵而造成的，尤其是煤中游離二氧化硅的高含量而導(dǎo)致的危險。因此，有必要對噴淋系統(tǒng)進(jìn)行提升改造，提高防塵效果。

2 改造情況

利用平時設(shè)備不工作的間歇時間，在水箱出水口安裝不銹鋼前置過濾器，根據(jù)進(jìn)水壓力和出水流量選擇凈樂澄不銹鋼前置過濾器型號為大胖高壓款，進(jìn)水壓力范圍適用0.1～1.5 MPa，出水流量6～20 t，過濾精度40 um。

對于前置過濾器型號要合理選擇，根據(jù)港口運輸要求及泵類產(chǎn)品使用情況選用合適的設(shè)備[3]，保證水泵可以穩(wěn)定工作，以降低生產(chǎn)成本。若設(shè)備選型不合理，直接影響水泵運轉(zhuǎn)狀態(tài)。通常來講，判定水泵的選型是否科學(xué)可從以下幾個方面入手：1）水泵持續(xù)處于高效運行，減少能源消耗量；2）水泵內(nèi)結(jié)構(gòu)件可長時間使用，不用進(jìn)行定期更換，也縮減了設(shè)備維修成本；3）水泵穩(wěn)定運行，符合卸船機實際需求[4]。傳統(tǒng)水泵選型要先考察現(xiàn)場安裝條件，確定可滿足噴淋系統(tǒng)流量，依據(jù)管道布設(shè)情況得出噴淋系統(tǒng)正常工作所需要的揚程，在收集一部分水泵產(chǎn)品樣本后可確定出選用水泵型號。針對卸船機的噴淋改造項目，通過根據(jù)泵最高工作壓力、使用溫度、介質(zhì)3個主要選型條件，通過對比分析，選擇IRG40-250立式單級離心泵及配套變頻穩(wěn)壓系統(tǒng)，配用功率由5.5 kW提升到7.5 kW，揚程可以達(dá)到80 m，同時增加空氣壓力罐和變頻器配套設(shè)備達(dá)到穩(wěn)定系統(tǒng)壓力在0.7 MPa條件下，卸船機噴淋系統(tǒng)實現(xiàn)了在恒定壓力下穩(wěn)定運行。

離心式噴嘴所形成的霧化可通過液膜的快速轉(zhuǎn)動，形成強大的離心力，在與空氣發(fā)生一系列的反應(yīng)之后形成了連續(xù)液霧，卸船機噴淋系統(tǒng)霧化狀況表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，離心式噴嘴在不同環(huán)境下都可平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，霧化設(shè)備在其他類型動力設(shè)備上也得到了廣泛應(yīng)用[5]。有學(xué)者模擬了離心式噴嘴及直通噴的運行過程，得到了相關(guān)參考數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)結(jié)果來看，離心式噴嘴與普通直通噴相比較，離心式噴嘴霧化速度平均，可達(dá)到實際應(yīng)用噴射要求；離心式噴嘴出口軸向速度衰減所需時間更短，在軸向速度的作用下，霧化覆蓋面積更大[6]。離心式噴嘴內(nèi)的流體出現(xiàn)回流后受空氣的卷吸影響，空氣錐出露于噴嘴位置，流體呈膜狀旋轉(zhuǎn)同時將液體噴出，離心式噴嘴最為突出的優(yōu)點是展現(xiàn)出空心錐的霧化性能。當(dāng)內(nèi)錐角達(dá)到90°，流體分布均勻，降低流體損失率。離心螺旋角為15°左右時，噴嘴內(nèi)部流場軸向速度和切向速度相對較大，壓損較低，最為優(yōu)化。通過更換原先射程僅為1 m的直線水柱普通噴嘴為射程達(dá)到3 m的離心式可調(diào)節(jié)霧化噴嘴，噴出的水霧可將料斗上方全面覆蓋，不易堵塞，具體噴嘴選型實驗分析（見表1）；同時原先噴嘴的出水流量為1.2 m3/h,現(xiàn)在噴嘴出水流量為0.5 m3/h，假設(shè)噴嘴不堵塞的情況下，日常1條船裝卸量在3700 t，抓斗1次作業(yè)量為10 t，1條船噴嘴需要開啟閉合370次，1次設(shè)定噴淋時間10 s，整條船作業(yè)完畢需要噴淋運行時間為61 min，使用水的量為0.5 m3，理論上可以節(jié)約58%的消防水，實際使用中工人加水頻次由原來的1船2次改為1船1次，噴嘴的改進(jìn)不僅提升了噴淋效果，還節(jié)約水資源。

表1 噴嘴選型實驗分析

3 改造效果分析及改進(jìn)

3.1 改造后噴淋效果

通過對噴淋整體系統(tǒng)的優(yōu)化和提升，改造后噴淋系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。水箱噴淋出水口通過過濾器、離心泵、穩(wěn)壓系統(tǒng)、到達(dá)料斗噴嘴及皮帶噴嘴，觀察到料斗上方霧化效果可達(dá)到全覆蓋，大大降低了揚塵的風(fēng)險，提高環(huán)保質(zhì)量。將改造前后的噴淋效果進(jìn)行目視對比如圖2所示，改造后噴嘴的霧化水可明顯看到相較之前的效果更好，全面覆蓋了料斗上方，起到防塵治理效果。

圖1 噴淋系統(tǒng)工藝流程圖

圖2 改造前后噴淋效果對比

3.2 改造前后粉塵監(jiān)測濃度對比

噴淋系統(tǒng)改造完成后，通過調(diào)試變頻器壓力，分別設(shè)置系統(tǒng)壓力在0.5 MPa、0.6 MPa、0.7 MPa和0.8 MPa條件下，試運行噴淋系統(tǒng)效果，觀察噴嘴效果，發(fā)現(xiàn)隨著壓力升高，噴嘴射程越遠(yuǎn)，霧化效果越好，并且壓力在0.7 MPa時噴嘴射程已經(jīng)完全將料斗覆蓋，故變頻器壓力設(shè)定為0.7 MPa，噴淋系統(tǒng)在0.7 MPa壓力下可以穩(wěn)定運行，噴淋效果有效提升。將改造前后的粉塵在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比見表2，改造后粉塵在線監(jiān)測濃度從原先的125 ～145 ug/m3降低至77 ～85 ug/m3，防塵效率提升了37%～45%，明顯提升了防塵降塵效果，說明噴淋系統(tǒng)改造效果顯著。

表2 改造前后粉塵在線監(jiān)測數(shù)據(jù)對比

4 結(jié)語

為適應(yīng)環(huán)保管理要求，在進(jìn)行卸船機噴淋系統(tǒng)改造后，通過增加前置過濾器，使出水水質(zhì)顆粒度低于40 um，大大降低了噴嘴堵塞的風(fēng)險。離心泵功率從5.5 kW提升到7.5 kW，揚程可以達(dá)到80 m，同時變頻配套設(shè)備控制系統(tǒng)在0.7 MPa條件下穩(wěn)定運行，保證了噴淋系統(tǒng)在恒壓下高效運行。離心式可調(diào)節(jié)霧化噴嘴的改進(jìn)，噴頭出水口和內(nèi)流道斷面增大，提高了霧化噴淋效果，節(jié)約了58%的水資源。

根據(jù)3#碼頭實時粉塵在線監(jiān)測結(jié)果可以看出，改造后粉塵在線監(jiān)測濃度從原先的125～145 ug/m3降低至77～85 ug/m3，防塵效率提升了37%～45%，可以達(dá)到國家環(huán)保相關(guān)控制標(biāo)準(zhǔn)。