模块过滤机组在卸料粉尘控制中的应用
摘要：小型袋式过滤除尘器具有捕集效率高、体积小、启动电流小、无需电网增容、调节运行灵活、清灰振打方便等特点，在许多工业粉尘控制场合大量使用，但由于其单机净化处理风量小，在大风量含尘气体控制中应用较少，本文针对港运码头卸料机在翻卸原料、燃料过程中产生大量的含尘气体，污染环境这一问题，结合其粉尘产生具有间歇性、阵发性及尘源移动等特点，对袋式过滤机组过滤特性进行了测试、分析及选用，并在此基础上对港运码头卸料机进行除尘系统设计，对PL袋式过滤机组外形尺寸及内部结构进行了改进，组成模块化过滤机组，使其能与移动式卸料机复杂的结构相匹配、构成可控制卸料粉尘扩散、减少环境污染的一体化移动式机械卸料设备，使小型袋式过滤除尘器可应用在大风量含尘气流控制中，并取得了较好的控制效果。
1、袋式过滤机组过滤特性测试、分析及选用
为使袋式机组更好地应用于卸料机粉尘控制，首先针对PL机组进行了性能测试及分析。对PL-2200机组进行发尘实验，平均发尘浓度：2.01g/m3，测得机组入口风量及标志风量与机组滤袋阻力随发尘量变化关系如图1、图2所示。
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图1 滤袋阻力随发尘量关系曲线 图2 机组入口风量及标志风量随发尘量关系曲线
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图3 清洁状态下滤袋阻力 图4 形成粉尘初层后滤袋阻力
随过滤风速变化关系曲线随过滤风速变化关系曲线
比较滤袋清洁时及滤袋具有粉尘初层时,滤袋阻力与过滤风速的关系可知：滤袋阻力的增加与过滤风速单因素变化的关系为：
DPZJ=422.43*V－725.54(Pa)。
在额定风量时,含尘后,滤袋阻力的增加量为：
DPZJ=526.4(Pa)，
由此可见，在不考虑其他影响因素的情况下，滤袋阻力的增加与风量成正比，即与过滤风速成正比，
DPZJ=93.23V+250.67(Pa),
过滤风速每增加1m/min,滤袋阻力增加343.9Pa，其相互关系如图3、图4所示。所以,过滤风速不易选取过高,那样会造成滤袋阻力过大,运行费用增加,清灰过频。测试所得袋式过滤阻力与过滤风速的关系，对预测其他型号机组的压力损失，合理选择与其相匹配的风机设备，具有一定的指导意义。
通过测试可知，该袋式除尘机组在粉尘平均浓度为2.01g/m的条件下,达到其铭牌额定风量2200m/h时,滤布粉尘层含尘量2800g,测试中当除尘机组风量下降至额定风量80%时,滤袋阻力增加1250Pa，连续发尘约150min时,此时可认为粉尘初层形成,其含尘量为6000g,折算粉尘层厚度为211mm,粉尘负荷为500g/m,此时其过滤风速为3.59m/min。由此表明：过滤风速、运行的粉尘浓度对机组运行参数（粉尘初层形成时间、滤袋阻力及粉尘层厚度）产生较大的影响。过滤风速是影响除尘机组运行效率及阻力的主要因素，选择合理的过滤风速对运行效率及节能是至关重要的，通过比较分析，本设计过滤风速采用0.04m/s。
粉尘控制系统控制效果的优劣其关键之一在于控制总风量的确定及除尘机组的选用，本文根据控制粉尘界面风速及文献，确定除尘系统总风量为150000m3/h，根据卸料机实际允许安装空间，设计袋式除尘机组外形尺寸及选择10台PL15000机组，并将机组原结构由原来的下进上出进风方式改为上进上出进风方式，节省了配管长度，使粉尘进入布袋之前，因气流流动方向的改变产生惯性沉积，起到初效除尘器的作用。每5台单机除尘器组成一模块化袋式过滤机组，可组成两个模块化过滤机组分别设在落料斗两侧，各单机设独立清灰装置，通过自动控制可实现逐次启动和停机及清灰振打。
2、粉尘捕集及净化方式的确定
如何控制尘源的扩散、将其经济、合理、有效地捕集以及如何将捕集的粉尘经济、合理、有效地净化，减少环境污染是空气环境污染控制及治理的关键性问题。具体尘源的不同，应选用不同的粉尘捕集及净化方式。港运卸料机其落料槽外形尺寸为10000mmx8000mmx5000mm，落料斗高为5000mm，落料槽顶部及进料侧面无法封闭，其对外开放，在落料过程中大量粉尘由此处向外扩散，港运物料输送为间歇运行，此污染源属于大空间、开发性、阵发性及可移动性尘源。本文针对其特殊性提出新的吹吸气流捕集方式及模块化过滤机组净化方式，控制其粉尘扩散，减少对环境的污染。
对于粉尘捕集方式而言，通过对卸料机装置的工艺特点分析可知：
无法采用密闭罩、顶吸罩、单一吹吸罩等控制方式[3]。卸料机装置空间较大，如采用单一吹吸气流控制粉尘污染，随吹吸口间距增加，易造成能耗较大，控制效果差。同时，在落料时，产生向下的卷吸气流，使排气气流增加，物料下落后，大量粉尘沉积、压缩而产生向上的反冲气流，使粉尘向周围环境扩散。因此，提出采用空气幕－排风联合控制方式进行卸船机粉尘控制，在落料槽的顶部及进料入口侧面设空气幕，以阻隔其与周围环境气流的质量交换、控制粉尘扩散及减少卷吸气流侵入；在落料的底部设吸气罩，将大量扬尘及时排出。并将净化后的清洁气体循环使用，进行空气幕吹风，以防止大量环境气流卷入及控制粉尘的外逸，达到有效控制粉尘及节省能耗的目的。
对于粉尘净化方式而言，可采用惯性旋风除尘器和袋式过滤除尘器两种净化方式，经过两种净化方式的比较，考虑料斗瞬时排尘量较多造成原始排放浓度过高，目前国家粉尘排放量标准提高，达标需要求除尘器稳定运行、除尘效率达到99%以上等因素。因此，粉尘净化治理确定采用袋式过滤净化方案。袋式过滤机组除尘性能好，特别是对微细粉尘颗粒物的控制效果好，能保证排放气体含尘浓度低于排放标准要求。袋式过滤净化除尘器可采用脉冲反吹、反向气流冲击清灰以及机械振动清灰方式，脉冲反吹清灰方式需设置高压储气罐，反向气流冲击清灰方式需设置反吹风管及控制设施，设备占用空间较大，机械振打清灰方式设置简单、操作方便，设备紧凑，不占空间，经过对各清灰方式的分析，结合卸料机为间歇运行的特点，确定采用机械振打清灰方式，根据处理含尘气流量选用多台单机过滤除尘器组成模块化袋式过滤机组，对捕集粉尘进行净化处理。
采用单元模块化袋式过滤除尘机组，现场可不需配置大布袋清灰用压缩空气泵。可以利用机组风机余压将排气用于空气幕有组织补风，对排气进行循环利用，可以减少粉尘对大气的排放量，同时使系统配管简单，减少一套空气幕系统的设置。滤袋需定期更换（2～3a），单元模块化在更换某一单机时，不影响系统整体工作，设备空间和重量易适合设计要求。其缺点为:动力件较多，净化设备功率为166kW。
经对袋式除尘系统方案调查，结合卸料机工作对除尘系统的要求（要求设备紧凑,设备重量轻,占用空间小）、国家有关环境保护和环境卫生标准要求等因素，确定采用单元模块化袋式过滤除尘机组，不采用大型布袋除尘器脉冲反吹布袋除尘器或滤筒式除尘器。因此，本粉尘控制系统设计采用“空气幕隔尘+隔栅阻尘+吸气排尘＋小布袋除尘器滤尘”粉尘控制及治理方案。利用除尘器单机自带风机实现落料槽抽风和空气幕补风。由于利用除尘器排风循环利用及落料槽空气幕有组织补风，可以降低除尘系统排尘总量，减少对环境的粉尘污染。
3、移动式卸料机及粉尘控制一体化设备设计
根据含尘气体处理风量150000m3/h，选用10台PL单机过滤除尘器，将每5个单机过滤除尘器组成一个模块化过滤机组，各单机可实现独立停机、清灰振打，可自动逐次启动，以减少启动电流量，每个模块化过滤机组设置一套螺旋输灰器。根据空间位置和除尘工艺配置，在料斗进料口两侧端各设置由5台袋式过滤除尘单机组成的模块化过滤机组。各除尘器单机收尘落入螺旋输送器后，再落入输料皮带，然后再落入输料皮带运输机，将物料输送到目的地。粉尘控制系统按轨道式移动料斗除尘和配管要求，进行专门配套设计。
空气幕设置在抓斗进、出口两侧和围板上部的长侧，利用气幕和围板将落料槽空间密闭。空气幕采用双层吹气射流，吹气射流气流由布袋过滤除尘净化后的排气气流供给，吹气射流气流量可通过阀门进行调节，吹气射流动力由过滤除尘机组风机提供。空气幕吹气总管采用等静压送风设计，单侧除尘机组各单机共用送、排风总管。与料斗连成一体的总管与各单机出风管用软管联接。落料槽长侧上沿设置抽气罩，抽取料斗扬起的含尘气体。吸气罩采用与落料槽连成一体的共用总管，总管与各单侧除尘机组单机进气管采用软管联接。振动给料机采用密闭罩排风，排风点就近接入过滤除尘机组。除尘系统设计排放浓度低于120mg/m3；排尘量低于8.5kg/h。除尘器排放气体满足排放标准要求。作业环境设计要求：
含尘浓度低于10mg/m3；噪声低于90dB（A）(8h接触噪声/工作日)。尘源控制不逸出含尘气体，移动料斗轨道车附近空气环境满足卫生标准要求。
主要技术参数：
单机处理风量15000m3/h，风机全压2900Pa，电功率15kW，总处理风量为150000m3/h；配用自动振打清灰系统，10台除尘单机自动间断循环进行布袋清灰。每台单机用3个清灰器，配用3个微电机，单个电机功率0.25kW。共用30个清灰器/套；每个单机自设排灰斗，灰斗下部配用自动回转卸料阀，配用单机功率0.75kW微电机，共用10个自动回转卸料阀/套；每个单机配用3个过滤单元，过滤面积35m2，过滤风速0.04m/s，考虑清灰效果、除尘效率等要求，采用“729”滤料制作成扁型袋式过滤单元，共用30个过滤单元/套。
对粉尘控制系统设计采用以下尘源优化控制措施：
（1）料斗上增加部件：表面设置井字网格（间距600mm，L100×8mm），中梁设置人字梁（宽度800mm，斜度60°，Mn16δ8）。通过网格和人字梁降低物料下降速度，减少起尘量；通过人字梁所形成的料流阻挡料斗内扬尘。
(2)对落料槽内进行抽风，吸风口设置在井字网格上方，采用均匀吸气装置，保证料斗内部空间负压，控制扬尘。在槽长侧方向10m的两侧设置吸气罩，吸气罩内设置60o倾斜角，以便利于较大粉尘颗粒落入落料槽中，减少气流中大粉尘颗粒的含量。
(3)将无组织的抽气补风设计成有组织补风，在落料槽上方形成空气幕，防止物料下落时，诱导环境气流的卷入，阻拦料斗内扬起含尘气体的逸出。吹气空气幕设置在围板上侧和抓斗进出口两侧，空气幕出口处设静压箱，以保证吹风口速度均匀；采用袋式除尘机组排风，排风经净化后，一部分通过机组余压送往空气幕，进行粉尘控制，防止粉尘外逸及减少周围空气的卷吸量，增强除尘效果及节省能耗；另一部分排至大气。
(4)在落料槽顶部及进料口侧面分别设置双层吹气风幕，以增强吹气气流隔断层的厚度，增强对粉尘控制的效果及减少周围环境气流的卷入。
4、移动式卸料机及粉尘控制一体化设备的特点
（1）移动式卸料机及粉尘控制一体化设备设计，根据卸料机的工艺特点，采用新的双侧吹吸气流（空气幕－排风联合）控制粉尘的控制方案，使吹吸气流和工艺气流合理的组织及匹配，减少环境气流卷入及控制粉尘扩散，达到减少能耗及强化粉尘控制效果的目的，经过试运行，控制效果较好。
（2）该设备在气流组织方面，将含尘气流送入过滤除尘机组，过滤净化后，将净化后清洁排气气流，一部分排放到大气环境，一部分净化气流循环利用，利用排放清洁气流进行吹气，使总排放量下降，减少了环境的污染。吹气风量可根据尘源粉尘排放量大小，通过阀门调节吹气流速度及吹气气流强度，防止环境气流卷入及粉尘向环境扩散，强化粉尘控制效果，而不需增加风机的功率，有效地利用了风机的余压，减少了风机的能耗。
（3）该设备在过滤净化技术方面，采用预覆尘技术，用煤粉进行预覆尘，避免矿渣粉尘粘结在滤料上，提高滤料捕集效率。
（4）该设备对粉尘净化采用模块式过滤除尘机组，可应用于对大风量含尘气流的控制系统中，机组实现停机振打，可达到最优化运行工况。模块机组的逐次启动，不需要大的启动电流，避免了大机组启动时，需曳力偶合启动风机，造成电网启动负荷过大等问题，使除尘系统用电节能及安全性提高。
（5）通过对袋式过滤除尘单机结构进行改进，将原下进上排风式过滤机组改为上进上排风式过滤机组，减少了系统通风管路长度，相当于增设了惯性沉积初效过滤段，使较大矿渣粉尘颗粒，可通过惯性碰撞及气流的改变，而沉积在灰斗中，提高过滤器捕集效率及减少滤料阻力、提高滤料使用寿命。
5、结语
本文通过对移动式卸料机特性分析及不同吹吸气流控制粉尘方式的比较，提出了双侧空气幕－排风联合的新捕集方式，根据含尘气体处理风量150000m3/h，选用10台PL单机过滤除尘器，将每5个单机过滤除尘器组成一个模块化过滤机组，对PL袋式过滤机组外形尺寸及内部结构进行了改进，组成模块化过滤机组使其能与移动式卸料机复杂的结构相匹配、构成可控制卸料粉尘扩散、减少环境污染的一体化移动式机械卸料设备，设备采用新的粉尘捕集方式、过滤净化后气流循环使用、双侧吹气风幕以及袋式过滤单机模块化设计等新技术措施，可实现逐次启动、停机振打清灰等功能，解决了吹吸气流随吹吸口间距增大，环境卷吸气流增加，能耗增加及粉尘控制效果减弱的问题；解决了大除尘机组启动电负荷过大，造成电网负担过大等问题，提高了系统运行的节能及安全性，移动式卸料机及粉尘控制一体化设备在粉尘控制应用中取得了较好的控制效果。通过运行表明：模块化过滤除尘机组应用于大风量除尘系统具有调节灵活、启动电流小、可实现停机振打等优点，较适合于移动式、间歇运行、阵发性产生粉尘的尘源控制；空气幕－排风联合捕集粉尘方式可经济、有效地控制粉尘扩散，减少环境气流的卷入，净化气流的循环使用，可减少污染排放总量，强化吹气气流强度，达到隔断工艺气流产生的卷吸气流及粉尘污染扩散气流，强化粉尘控制效果及节能的目地。
参考文献
1严兴忠．落料诱导空气量的理论计算法．工业安全与除尘，1993，(8)：12~18
2刘莉，杨景玲，孙永军．翻车机粉尘捕集实验研究．通风除尘，1998，(3)：12~16
3谭天佑，梁凤珍．工业通风除尘技术．北京：中国建筑工业出版社，1984
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