某港口碼頭轉(zhuǎn)運站除塵工程升級改造設計

李啟航 陳新全

中交第二航務工程局有限公司設計研究院

0 引言

隨著我國城市化的發(fā)展及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級，大量位于城區(qū)的港口碼頭面臨著停產(chǎn)或者搬遷，對于港口碼頭的推倒重建是一種不負責任的表現(xiàn)，而對其進行保護性改造利用，不僅減少了拆除過程中對環(huán)境的污染，規(guī)避了碼頭重建過程中的碳排放，同時也延續(xù)了城市發(fā)展歷史的記憶。此外內(nèi)河港口岸線資源是國家寶貴的財富，是不可再生的戰(zhàn)略資源，過去對港口岸線的無序開發(fā)，導致目前國內(nèi)可以利用的內(nèi)河港口岸線資源越來越稀缺，因而對原有的港口碼頭的改造利用是對港口岸線資源的合理利用。

對于碼頭的改造，通常需要針對碼頭后期使用的除塵系統(tǒng)進行升級改造，在不影響生產(chǎn)工藝的條件下，符合當?shù)氐沫h(huán)保要求。相比新建項目，碼頭除塵系統(tǒng)改造難點主要體現(xiàn)在新舊除塵方案的對比與選型，在既有的條件下，選擇最合理的除塵升級改造方案顯得十分重要。

1 項目概況

該項目屬于河港散貨碼頭，位于安徽省池州境內(nèi)，地處于長江安慶河段右岸，有四個泊位需要改造,工藝布置如圖1 所示。早期碼頭以運輸沙石材料為主，由于砂石材料在轉(zhuǎn)運過程中會存在因落差而引起粉塵擴散的現(xiàn)象，例如：裝船機頭部溜筒落料點等位置。早期施工圖設計采用的是高壓噴霧抑塵系統(tǒng)，在揚塵點設置灑水除塵噴槍進行噴霧降塵，后期因甲方業(yè)務調(diào)整需提升碼頭的輸送能力以及改變輸送的貨物品種?，F(xiàn)以其中一個泊位為例說明，項目改造主要表現(xiàn)在：①對裝船機進行更換；②運輸能力從1200 t/h 增加到3000 t/h，配套帶式輸送機由帶寬1200 mm、2.5 m/s 改造為帶寬1600 mm、3.15 m/s；③輸送貨物的品種更換為水泥品種。

圖1 碼頭工藝布置總圖

2 工程分析

2.1 粉塵特性分析

粉塵的的基本性質(zhì)主要有黏著性、荷電性質(zhì)、濕潤性等，對比砂和水泥粉塵其主要變化體現(xiàn)在黏著性，粉塵黏著性的強弱可用粘結(jié)力表示，粉塵粘結(jié)性分類見表1。

表1 粉塵黏結(jié)性分類

從表1 中可以看出水泥的黏結(jié)性比砂石料里面的粘結(jié)性強，易造成電除塵器內(nèi)壁黏結(jié)而堵塞，極線與極板上粉塵不易清除，產(chǎn)生反電暈和電暈閉鎖現(xiàn)象，影響除塵效率。

粘結(jié)性強的粉塵遇到水霧容易使產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，在使用濕式除塵器時容易產(chǎn)生水泥粘結(jié)，消耗水量較大，需要給水、排水和污水處理設備，并且塵漿回收處理復雜，處理不當可能造成二次污染源[1]，早期砂石料污水處理設備已經(jīng)滿足不了當前環(huán)保要求了。針對水泥粉塵的特性，將原有高壓噴霧抑塵系統(tǒng)改為干式除塵系統(tǒng)。

2.2 干式除塵器對比

目前常用干式除塵器有多種，常用種類、使用范圍及性能如表2[2]。

表2 干式除塵器種類、適用范圍及性能

目前碼頭運輸?shù)呢浧分饕撬喾蹓m，其特性如表3 所示。

表3 水泥粉塵的參考數(shù)據(jù)

根據(jù)安徽省地方標準《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》（DB34/3576-2020)規(guī)定，水泥粉塵的最高允許排放濃度不能超過10 mg/m3。而同類碼頭轉(zhuǎn)運站落料點的水泥粉塵濃度一般在3.2～8.4 g/Nm3，考慮除塵效率要求，采用脈沖袋式除塵器。

3 除塵系統(tǒng)設計

3.1 流程設計

目前根據(jù)生產(chǎn)實際運行情況，除塵系統(tǒng)的工藝流程如圖2 所示。

圖2 除塵工藝流程

3.2 風量計算

皮帶機轉(zhuǎn)運點除塵風量有多種計算方式，例如：根據(jù)物料末速度進行查表計算。由于常需采用插值法去計算，略顯復雜。也有設計師進行經(jīng)驗總結(jié)，依據(jù)落料點的高差和皮帶機的速度、皮帶寬度進行分類計算[3]，但是對于皮帶速度超過2 m/s 的情況沒有進行總結(jié)。本文借鑒了工程實際經(jīng)驗情況以及港口煤炭轉(zhuǎn)運站干式除塵系統(tǒng)風量計算情況，采用如下公式進行計算[4]：

式中：L 為計算風量（m3/min）；m 為物料系數(shù)，取0.8～1.0，物料比重大時取大值，比重小時取小值；W 為皮帶帶寬（m）；H 為皮帶機轉(zhuǎn)接點落差（m）。

根據(jù)項目實際參數(shù)m=0.85，W=1.6m，H=4.5 m，計算除塵風量為：L=12116 m3/h。

3.3 設備選型

根據(jù)除塵風量可以計算出集塵罩的尺寸：

式中：L 為計算風量（m3/min）；K 為傘形罩的幾何系數(shù)，通常取1.4；C 為塵源的周長（m）；h 為罩口距塵源距離（m）；v0為為罩口平均流速（m/s）。

根據(jù)實際工程情況，罩口距塵源的距離h 取0.5 m；考慮集塵罩的三邊都設置擋板，罩口平均速度v0取0.6 m/s，計算出塵源周長C=8 m，則集塵罩的罩口長寬尺寸為2.4 m×1.6 m。

風管尺寸主要根據(jù)粉塵類別對應的最小風速來計算，水泥粉塵對應垂直風管最小風速為12 m/s，水平風管風速為18 m/s。在同等輸送能力下圓形風管強度大、比摩阻小，并且圓形風管不存在死角，不易積累灰塵，因而除塵風管一般推薦采用圓形風管。據(jù)此得垂直和水平風管最大管徑分別為：560 mm 和450 mm，考慮施工方便二者均取450 mm。

根據(jù)過濾風速，可以計算出除塵器過濾面積。脈沖式布袋除塵器的過濾風速控制在0.8～1.2 m/min，根據(jù)除塵設備反饋的數(shù)據(jù)，過濾風速控制在0.8 m/min，可滿足水泥粉塵最高允許排放濃度不超過10 mg/m3的要求，則除塵器的過濾面積S 有：

通過過濾面積可以選取脈沖式布袋除塵器的型號參數(shù)為：風量11160 m3/h，過濾風速0.8 m/min，過濾面積260 m2，除塵器阻力1470～1770 Pa，清灰壓縮空氣壓力0.5～0.7 Mpa，耗氣量0.7 m3/min。除塵器安裝剖面如圖3 所示。

圖3 除塵器安裝A-A 剖面示意圖

這里值得注意的是安徽池州地處長江中下游地區(qū)，氣候潮濕多雨，在采用壓縮空氣進行反吹清灰的時候，潮濕空氣容易引起結(jié)露、濾袋粘結(jié)[5]，因而推薦空壓機氣源出口設置干燥過濾器，保證氣源干燥。落灰管伸入到集塵罩中，防止二次產(chǎn)生揚塵現(xiàn)象。除塵系統(tǒng)其他風機選型、風管水力計算等均有成熟的規(guī)范手冊可以直接進行利用，這里不在贅述。

4 改造效果

碼頭改造完成后正式運行期間，對轉(zhuǎn)運站內(nèi)部以及周圍環(huán)境進行了監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果表明粉塵質(zhì)量濃度均控制在5 mg/m3以內(nèi)，符合國家工作場所空氣中粉塵運行濃度要求；除塵器排風口處的粉塵質(zhì)量濃度控制在10 mg/m3以內(nèi)，符合安徽省當?shù)厮喾蹓m的排放標準。除塵回收利用大大提高了經(jīng)濟效益，根據(jù)業(yè)主反饋4 個泊位每天回收有將近6 t 的水泥。

5 總結(jié)與思考

1）改造項目要找出項目中關鍵的不同點，不同品種的散貨產(chǎn)生不同的粉塵，根據(jù)粉塵性質(zhì)不一樣，要因地制宜的采取合理措施進行控制。

2）除塵系統(tǒng)中風量計算有多種方式，依據(jù)文中的計算方法，大大的減少了工作量，后期可以應用到類似散貨港口碼頭除塵系統(tǒng)的設計中。

3）改造項目也要考慮后期生產(chǎn)運維，落灰管要伸入集塵罩里面，避免了二次揚塵現(xiàn)象的出現(xiàn)；清灰氣源需要進行干燥過濾，可防止布袋粘結(jié)。

4）脈沖式布袋除塵器重量較大，對轉(zhuǎn)運站主體結(jié)構(gòu)有一定挑戰(zhàn)，設備安裝和使用還需結(jié)構(gòu)專業(yè)配合。