改进型混凝土搅拌站除尘装置

郑州铁路职业技术学院 河南 郑州 450000

1 引言

粉尘的危害众所周知,其危害程度和自身的直径成反比,粒径在5um以下的粉尘称为“呼吸性粉尘”,可通过呼吸直接到达人体肺部,大部分滞留在肺泡中形成纤维组织,引发各类呼吸机能障碍疾病[1]。同时,粉尘还能削弱日光和能见度,吸收日光中的紫外线,使儿童佝偻病增多[2]。混凝土搅拌站内的粉尘粒径在1～500um的范围内,其对人体健康和周围环境都将造成较为严重的危害,因此在设计除尘装置的过程中应该特别注意这个范围内的粉尘除尘效率。而混凝土搅拌站作为烟尘排放量的大户,改善自身的排放条件迫在眉睫。

混凝土搅拌站除尘装置选用的一般是袋式除尘器,它是一类干式滤尘装置,适用于捕捉细小、干燥、非纤维性粉尘。滤袋采用纺织的滤布或者非纺织的毡制成,利用纤维的过滤作用对含尘气体进行过滤[3],虽然其形式各有不同,但其主要结构都是类似的。主要包括以下四大系统:清灰系统、控制系统、检修系统和安保系统。传统的混凝土搅拌站除尘装置在使用过程中出现了许多问题,除尘效率一直不很理想,主要包括:(1)设备阻力损失较大;(2)滤袋破损失效;(3)花板积灰;(4)二次扬尘;(5)称量斗内负压;(6)牢固性差等。

2 传统的混凝土搅拌站除尘装置

图1简单清除地展示了传统混凝土搅拌站的结构,在该结构中,除尘装置仅包括料仓顶端的袋式除尘器,整个料场的扬尘没有任何的遮蔽措施,造成的后果就是料场的扬尘直接排到场外,造成污染。置顶式袋式除尘器处于高出,承受较大的风载,这就很容易造成倾倒而失效;同时,高空坠落也会危及搅拌站工作人员的人参安全。图2展示的是传统袋式除尘器的结构简图,作为一款主动脉冲除尘器,该除尘器很容易造成粮仓内形成负压,从而引起扬尘;其反吹系统和抽风装置同时工作时,进气气流与反向喷吹气流产生对流,引起除尘气室内的流场不稳从而影响除尘效率。

图1 传统混凝土搅拌站结构示意图

图2 传统的袋式除尘器构造简图

3 除尘装置结构的结构设计

针对上述问题,本设计以现有的除尘装置为蓝本,对其进行了较为合理地改良或重新设计。改进型除尘装置无论是在除尘效率方面还是在除尘性能方面,都较传统除尘装置有了很大的进步。

3.1 除尘装置整体结构 本除尘装置主要包括以下四个部分:改进型脉冲主动除尘器、连接管路系统、密封传送带系统和单向阀补压系统[4],总装简图如下所示:

上图清除地展现了四个部分之间的连接示意,下面一一介绍改进的目的和改进后的优点。

首先,砂石料由传统的地面料场存放改为地下密封的砂石料场。这样做的好处是避免了砂石料在地面因风吹而产生扬尘直接排出场外。地下密封式料场在上料过程中,产生的扬尘随密封传送带进入预加料斗,通过预加料斗的管路系统引入袋式除尘器,通过过滤作用避免排入大气。

其次,在搅拌站工作过程中,随着上料、搅拌等过程的进行,粉料仓内、预加料斗内、搅拌主机内都将产生粉尘,此时除尘器开始工作,通过抽风机的吸拉将含尘气体通过管路系统引入除尘器内,由滤袋的过滤作用除去含尘气体中的粉尘,洁净气体由排气口排出。这样将主除尘器置于地面,避免了高空风吹坠落的危险,更方便调节维护。

再者,在粉料仓、预加料斗和搅拌主机上面添加单向阀门,其作用是除尘器抽风机在抽风过程中系统内处于负压状态时及时补充气体,避免因负压而产生更多扬尘增加含尘浓度。

3.2 改进型袋式脉冲除尘器 改进型除尘装置的核心部件就是下图所示的改进型袋式脉冲除尘器,传统的脉冲除尘器存在的问题已经在前文说明,在此不再赘述。为了解决上述问题,本设计改进了进气口,重新设计增加了将气体分气室处理的气室隔板和滑块,具体结构见下图所示。

下图中除尘器挡板的作用是在除尘器工作过程中将除尘器分为若干个气室(可根据需要任意组合),各个气室之间互不影响,当滑块运动至某气室阻挡气流通过时,该气室停止工作,同时脉冲反吹系统开始工作,这样就避免了含尘气体和脉冲反吹气流的冲突,从而减少甚至杜绝二次扬尘的产生。

集灰排灰系统所得的粉尘都是搅拌站生产的原料,经过一定的处理可以循环再利用,这样不仅避免了环境污染,而且能产生一定的经济效益。

3.3 管路系统 本设计为了将含尘气体引入置于地面的改进型袋式除尘器,应用了许多管路,因此管路系统的设计显得尤为重要,但其重点还是控制各段管路的气体流速,为避免残尘滞留在管路当中而日久阻塞管路系统,本设计采用细管经、高风速的设计思路作为应对策略。

4 本设计思路中除尘装置各个参数的确定

4.1 处理风量Q的确定 混凝土搅拌站的年生产量决定了处理风量,应根据实际生产需要选择合适的处理风量抽风机。如郑州三和机械生产的HZS180-1Q3000型搅拌站年生产能力是180万m3,选择的处理风量为Q=5000m3/h。

4.2 过滤风速的确定 较高的过滤风速可以减小过滤面积,使设备小型化;但会使设备阻力增大,除尘效率降低,并影响除尘器寿命。本设计推荐的过滤风速见下表1[5]:

表1 袋式除尘器推荐使用的过滤风速V(m/min)

4.3 滤袋规格的确定 滤袋的规格尺寸:外滤式圆形滤袋的直径为114～200mm,长2000～9000mm,常用规格为:直径120～160mm,长度为2000～6000mm,常用的规格见下表2[6]:

表2 圆形滤袋规格/mm

过滤面积的计算公式如下[7]:

上式中:F—过滤面积

Q—处理风量

V—过滤速度

4.4 进、出风口管径的确定 由于进风口处粉尘浓度较大,为防止进风口沉积粉尘,因而应设计较高风速,可取16～20m/s;经过过滤的洁净气体风速可小一些。

在选取风速之后,根据公式:

上式中:V—进、出口风速

Q—处理风量

F1—管路横截面积

D—管路直径

4.5 除尘器阻力的修正 袋式除尘器阻力与除尘器结构、滤袋布置方式、粉尘层特性、清灰方式、过滤风速、粉尘浓度等因素有关。除尘器阻力可分为3个部分:除尘器结构阻力、滤料上粉尘层阻力和滤料阻力[8],则:

式中:ΔPg——除尘器结构阻力;

ΔP0——滤料本身的阻力;

ΔPc——滤料上粉尘层阻力。

除尘器结构阻力ΔPg是指设备进、出口及内部流道内挡板等造成的流动阻力。通常ΔPg=200～500Pa。

滤料阻力

式中:μ——空气的粘度,Pa·s;

vF——过滤风速,即单位时间每m3滤料表面积所通过的空气量,m3/min·m2;

ξ0——滤料的阻力系数,m-1。

棉布ξ0=1.0×107m-1;呢料ξ0=3.6×107m-1;涤纶绒布ξ0=4.8×107m-1。

滤料上粉尘层阻力

式中:δc——滤料上粉尘层厚度,m;

ρc——滤料上堆积的粉尘量,kg;

F——滤料的表面积,m2;

αm——粉尘层的平均比阻,m/kg。

αm是随粉尘粒径、真密度及粉尘层内部孔隙率的减小而增加。这就是说,处理粉尘的粒径愈细小,ΔPc愈大。

粉尘器运行τ秒钟后,滤料上堆积的粉尘量为:

式中:τ——滤料的连续过滤时间,s;

y——除尘器进口处含尘浓度,kg/m3。

又公式(6)(7)则可得

除尘器处理的气体及粉尘确定以后,αm、μ都是定值。从公式(8)可以看出,粉尘层的阻力取决于过滤风速、气体的含尘浓度和连续运行的时间。除尘器允许的ΔPc确定以后,y、τ、vF这三个参数是互相制约的。

5 结语

脉冲袋式除尘器应用广泛,目前已经成为高效除尘设备的主流。在使用过程中出现故障,只要分析准确、处理及时,就可以保障脉冲袋式除尘器平稳运行,

并可有效降低运行阻力、延长滤袋的使用寿命、减少清灰用气,从而降低运行费用,发挥脉冲袋式除尘器的优势,实现经济、高效地除尘。随着技术的不断进步和制造工艺的不断改进,除尘器的种类不断增加,其性能和效率也不断提高,本文中涉及的主除尘器是一台经过重新设计改造的袋式脉冲主动除尘器,增加了分割气室的隔板和阻挡滑块等部件,使得其性能有了进一步的提升。

混凝土搅拌站的拌和料中含有水泥、粉煤灰和矿粉等物质,砂石骨料中也含有粉尘颗粒,当搅拌站工作时,各个部分都会产生一定量的粉尘,会对周边环境造成污染,因此,只有将搅拌站实行全封闭生产,采用主动脉冲除尘器进行除尘才能满足日益苛刻的环保要求。