橋式抓斗卸船機(jī)抑塵系統(tǒng)改造方案

沈小軍

上海梅山鋼鐵股份有限公司

1 引言

散貨碼頭裝卸船作業(yè)中的揚(yáng)塵控制已經(jīng)成為各大港口生產(chǎn)順行的必要條件。由于技術(shù)發(fā)展起步晚，受接卸工藝或作業(yè)物料特性等因素的限制，連續(xù)式鏈斗卸船機(jī)和螺旋卸船機(jī)等高環(huán)保性能的港口卸船設(shè)備應(yīng)用不夠普遍，橋式抓斗卸船機(jī)仍然較廣泛地使用在各大散貨碼頭。

抓斗卸船機(jī)卸船效率高，但環(huán)保性較差。卸船機(jī)抓斗在大漏斗上方放料時(shí)，下落的物料受到大料斗網(wǎng)格板或倉壁的沖擊，瞬時(shí)產(chǎn)生大梁的粉塵，污染空氣。

目前較有效的做法是，在卸船機(jī)作業(yè)時(shí)，在漏斗區(qū)域采取一定的技術(shù)措施，控制粉塵的逸出，從而降低粉塵的漂移和擴(kuò)散。

某散貨碼頭1 200 t/h的橋式抓斗卸船機(jī)的作業(yè)物料特性見表1，機(jī)內(nèi)小皮帶寬1 400 mm，機(jī)下大皮帶寬1 200 mm，帶速均為3.15 m/s。

表1 卸船機(jī)接卸物料物理特性

行業(yè)主管部門對港區(qū)卸船機(jī)作業(yè)時(shí)的粉塵無組織排放指標(biāo)有明確的要求，4臺卸船機(jī)需要達(dá)到的指標(biāo)為：港口作業(yè)場所空氣含粉塵濃度不得超過10 mg/m3，按GBZT 192.1-2007《工作場所空氣中粉塵測定》進(jìn)行測定。

經(jīng)分析，4臺橋式抓斗卸船機(jī)的揚(yáng)塵產(chǎn)生區(qū)域主要集中在卸船機(jī)大料斗區(qū)域、機(jī)內(nèi)中轉(zhuǎn)小皮帶區(qū)域和機(jī)下大皮帶區(qū)域，見圖1。

1.左右擋風(fēng)門 2.大料斗區(qū)域 3.中轉(zhuǎn)小皮帶區(qū)域 4.機(jī)下大皮帶區(qū)域 5.A落料孔 6.B落料孔 7.C落料孔圖1 橋式抓斗卸船機(jī)揚(yáng)塵產(chǎn)生區(qū)域示意圖

2 存在的主要問題及干霧抑塵優(yōu)點(diǎn)分析

2.1 存在的主要問題分析

上述4臺橋式抓斗卸船機(jī)當(dāng)前僅在大料斗區(qū)域有供水管道，在大料斗區(qū)域的左右擋風(fēng)門上裝有部分噴淋管道，為2011年投產(chǎn)初期的原設(shè)計(jì)。卸船機(jī)在機(jī)內(nèi)小皮帶和機(jī)下大皮帶區(qū)域均沒有任何抑塵設(shè)施。原設(shè)計(jì)的噴淋系統(tǒng)為高壓水霧，且水霧顆粒較大，耗水量達(dá)到8 m3/h，配置的5 m3的水箱每小時(shí)就需要取水1次，無法滿足正常連續(xù)生產(chǎn)的抑塵需求。結(jié)合粉塵排放的環(huán)保要求、生產(chǎn)節(jié)奏及物料質(zhì)量等方面綜合考慮，有必要對4臺橋式抓斗卸船機(jī)開展抑塵改造，而優(yōu)先考慮的是當(dāng)前應(yīng)用普遍且技術(shù)成熟的干霧抑塵。

2.2 干霧抑塵優(yōu)點(diǎn)分析

所謂干霧是指采用干霧發(fā)生器的高頻振蕩或高壓空氣原理把水瞬時(shí)吹散，霧化成超細(xì)霧滴，其粒徑范圍一般小于10 μm，僅為水霧除塵顆粒的1/8左右。干霧抑塵對粉塵治理的原理在于干霧顆粒與粉塵顆粒的相互吸附并凝結(jié)及沉降。只要干霧顆?？偭看笥诜蹓m顆粒量，就能有效抑制粉塵[1]。

干霧抑塵有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)配置簡單，無需清灰，能避免二次污染。干霧直徑和粉塵接近，能使粉塵顆粒相互粘結(jié)、聚結(jié)增大，并在自身重力作用下沉降，不需要布袋或抽真空系統(tǒng)。

(2)防治效果明顯。干霧與空氣接觸面積大，產(chǎn)生的1～10 μm的干霧顆粒中，30%～40%粒徑在3 μm以下，能使含塵區(qū)水蒸汽迅速達(dá)到飽和狀態(tài)，對大氣細(xì)微顆粒污染的防治效果明顯。

(3)節(jié)水性能好。干霧除塵將水充分霧化，噴水量僅為水霧抑塵的1/8，保證了在除塵的同時(shí)不會將礦粉打濕而造成卸料系統(tǒng)的堵塞或設(shè)備清潔問題。物料含水量的增加量在0.02%～0.05%之間[2]，不會帶來明顯的皮帶秤計(jì)量增重問題。

(4)節(jié)能效果明顯。干霧抑塵設(shè)備可減少大量風(fēng)機(jī)、除塵器和通風(fēng)管道的使用，比一般除塵系統(tǒng)節(jié)約20%～40%的投資，節(jié)約60%的安裝時(shí)間，節(jié)約40%的能耗。

3 抑塵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與改造方案

3.1 系統(tǒng)組成及工作流程

本改造項(xiàng)目按照1臺卸船機(jī)新增1整套干霧抑塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)由微米級干霧抑塵機(jī)、空壓機(jī)、儲氣罐、水箱、增壓泵及配套水氣分配器和管線等部分組成(見圖2)?？諌簷C(jī)將符合標(biāo)準(zhǔn)的氣體存儲在儲氣罐中，由儲氣罐將壓縮氣體輸送到干霧發(fā)生器，同時(shí)通過增壓泵將生活水輸送到干霧發(fā)生器。電磁閥控制干霧發(fā)生器的開啟并將微米級的高壓水汽混合體通過工藝管道輸送到卸船機(jī)大漏斗區(qū)域的上、下游側(cè)區(qū)域，機(jī)下小皮帶區(qū)域和機(jī)下大皮帶區(qū)域3個抑塵點(diǎn)，高壓水汽再通過專用噴嘴噴出。

1.干霧箱/干霧噴頭 2.干霧機(jī) 3.儲氣罐 4.空壓機(jī) 5.增壓泵 6.水箱圖2 干霧抑塵系統(tǒng)組成

3.2 系統(tǒng)配置及設(shè)計(jì)參數(shù)

卸船機(jī)機(jī)內(nèi)平臺區(qū)域配置的干霧抑塵裝置主要包括：1臺SLT-MX-C干霧抑塵機(jī)、1臺45 kW螺桿空壓機(jī)、1個2 m3儲氣罐、2個6.5 m3水箱、1個配電箱、8套SLB-WX-8C噴霧箱、1套SLH-A水氣分配器、4套SLH-B水氣分配器、28套SLG-Ⅲ萬向節(jié)噴霧總成及其配套的控制和供配電系統(tǒng)等。干霧抑塵系統(tǒng)的水、氣消耗量設(shè)計(jì)見表2。

根據(jù)工藝布置，4臺卸船機(jī)的機(jī)內(nèi)卸料皮帶可以旋轉(zhuǎn)到BC1A、BC1B、BC1C的任一條皮帶的卸料口，所以在大料斗區(qū)域、機(jī)內(nèi)中轉(zhuǎn)皮帶區(qū)域和機(jī)下大皮帶控制點(diǎn)分別設(shè)置一定數(shù)量的干霧箱(見圖3～圖5)。該干霧抑塵系統(tǒng)瞬時(shí)最大耗氣量17.76 m3/min，瞬時(shí)最大耗水量3.1 t/h，系統(tǒng)平均耗水量為0.8 t/h。

表2 1 200 t/h橋式抓斗卸船機(jī)(單臺)干霧抑塵系統(tǒng)的水、氣耗量

1.雷達(dá)波傳感器 2.8套SLB-WX-BC噴霧箱 3.水、氣及控制管線圖3 大料斗區(qū)域干霧系統(tǒng)布置圖

3.3 系統(tǒng)電氣控制

因?yàn)楦伸F抑塵系統(tǒng)工作在戶外，為潮濕且高粉塵區(qū)域，所有電氣產(chǎn)品都具有防塵、防水外殼；所有控制電纜均采用銅芯電纜，電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)中充分考慮控制電纜的抗干擾。干霧抑塵系統(tǒng)具備以下控制功能。

(1)干霧抑塵系統(tǒng)操作具備自動和手動兩種控制模式，自動模式下抓斗放料時(shí)的干霧噴射由自動噴射觸發(fā)信號控制，PLC依據(jù)設(shè)備的運(yùn)行信號控制微米級干霧抑塵系統(tǒng)，進(jìn)行自動噴霧；手動模式用于干霧設(shè)備檢測、維修，可控制各路噴嘴分別進(jìn)行干霧噴射及聯(lián)動進(jìn)行干霧噴射。

1.料斗帶式輸送機(jī)頭部4個SLG-Ⅲ噴頭 2.SLH-A水氣分配器3.料斗帶式輸送機(jī)落料點(diǎn)6個SLG-Ⅲ噴頭 4.SLH-B水氣分配器 5.SLT-MX-C干霧機(jī)圖4 機(jī)內(nèi)中轉(zhuǎn)小皮帶區(qū)域干霧系統(tǒng)布置圖

1.SLH-B水氣分配器 2.6只SLG-Ⅲ萬向節(jié)噴頭圖5 機(jī)下A皮帶區(qū)域干霧系統(tǒng)布置圖(B、C皮帶布置相同)

(2)干霧抑塵系統(tǒng)自動模式下，料斗干霧自動噴射的觸發(fā)源可選擇：①每臺橋式卸船機(jī)設(shè)置1套抓斗探測器，系統(tǒng)自帶抓斗檢測裝置觸發(fā)；②卸船機(jī)控制系統(tǒng)放料信號觸發(fā)。當(dāng)選擇了相應(yīng)的射霧觸發(fā)信號源，則自動射霧由該路信號控制。

(3)干霧抑塵系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程、本地操作功能，可在設(shè)備控制箱本體上操作按鈕(開關(guān))實(shí)現(xiàn)設(shè)備啟動、手動、自動/手動切換等操作功能，并具備在遠(yuǎn)程操作室(司機(jī)室)實(shí)現(xiàn)設(shè)備啟動/停止、自動切換等操作功能。

(4)系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制及外部自動觸發(fā)源信號接入不采用通訊方式，而以硬件接點(diǎn)方式接入。

(5)干霧抑塵系統(tǒng)所有控制功能的操作以硬件按鈕(開關(guān))為基礎(chǔ)，監(jiān)控觸摸屏為輔助，必須保證在觸摸屏故障情況下，系統(tǒng)仍可正常操作并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制功能。

(6)干霧抑塵系統(tǒng)配備輔助操作監(jiān)控觸摸屏，滿足系統(tǒng)控制、流程及信號監(jiān)控等功能要求,可顯示噴霧狀態(tài)、自動/手動控制模式、氣欠壓、水欠壓、過濾器堵塞等工作狀態(tài)信號，PLC各輸入/輸出信號狀態(tài)、故障報(bào)警等。

(7)控制系統(tǒng)具備儲水箱高、低水位報(bào)警及對進(jìn)水增壓泵的上水控制功能。

(8)干霧機(jī)的控制系統(tǒng)預(yù)留若干系統(tǒng)工作狀態(tài)監(jiān)控點(diǎn)及接線端子，這些工作狀態(tài)信號可通過信號電纜反饋至設(shè)備上的司機(jī)室內(nèi)。

3.4 電力供給

1 200 t/h卸船機(jī)平均生產(chǎn)效率為900 t/h，最大瞬時(shí)流量為1 550 t/h，結(jié)合皮帶參數(shù)核算的干霧系統(tǒng)用能需求為60 kW。因卸船機(jī)原供電路從機(jī)上變壓器到物料平臺的裝機(jī)功率有限，本項(xiàng)目需要單獨(dú)供電，提供一路AC380 V、50 Hz三相四線制電源至干霧抑塵系統(tǒng)的總配電箱內(nèi)。

3.5 水源供給

本系統(tǒng)要求水壓力：0.4～0.6 MPa，水質(zhì)要求：水源懸浮物≤50 mg/L、PH值6.5～8.5、硬度≤450 mg/L、氯化物≤250 mg/L。水源提供點(diǎn)位于橋式抓斗卸船機(jī)水箱進(jìn)水口處，每臺橋式卸船機(jī)水箱大小滿足12 h用水要求?？紤]橋式卸船機(jī)金屬結(jié)構(gòu)均勻受力，設(shè)置主副2個水箱，2個水箱用管路連通，在主水箱進(jìn)水處增設(shè)增壓水泵1臺，提高進(jìn)水速度，縮短卸船機(jī)加水時(shí)間。

3.6 氣源供給

采用螺桿式空壓機(jī)為微米級干霧抑塵系統(tǒng)供氣，水氣電參數(shù)設(shè)計(jì)見表3。

表3 單臺干霧抑塵系統(tǒng)水、氣、電耗量參數(shù)設(shè)計(jì)

3.7 改造效果

干霧抑塵系統(tǒng)投運(yùn)后，執(zhí)行GBZ/T 192-2007《工作場所空氣中粉塵測定》檢測現(xiàn)場粉塵濃度，風(fēng)速≤2 m/s時(shí)，現(xiàn)場抑塵率達(dá)到80%以上(PC-TWA)。根據(jù)各粉塵監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時(shí)在線采集的數(shù)據(jù)，得知卸船機(jī)正常作業(yè)期間，采集點(diǎn)的粉塵濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于10 mg/m3。某一時(shí)刻監(jiān)測點(diǎn)粉塵排放濃度具體數(shù)據(jù)見表4。

表4 卸船機(jī)各監(jiān)測點(diǎn)粉塵濃度值

4 結(jié)語

本次實(shí)施的4臺1 200 t/h的橋式抓斗卸船機(jī)干霧抑塵改造，滿足了散貨港口對粉塵排放的環(huán)保要求，也為港區(qū)的清潔生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，有效降低了抓斗卸船機(jī)在鐵礦石作業(yè)過程中帶來的粉塵污染。

但是，港口生產(chǎn)作業(yè)中必須要考慮如何從源頭減少粉塵的產(chǎn)生，配合干霧抑塵將達(dá)到更好的效果。在生產(chǎn)作業(yè)中，抓斗的高度不能太高，應(yīng)控制在大料斗上方1.5 m內(nèi)，且后擋風(fēng)門必須提起，抓斗越高，細(xì)小顆粒的物料在空中飄逸的時(shí)間就越長，產(chǎn)生的粉塵也就越多。因此在保證作業(yè)安全的前提下，應(yīng)盡可能地降低抓斗與料斗之間的落差。

干霧抑塵改造是散貨港口設(shè)備抑塵的有效應(yīng)對措施，需要做好周期性的維護(hù)管理，以確保干霧抑塵環(huán)保設(shè)施長期穩(wěn)定運(yùn)行。