濾筒除塵器在散糧卸船機(jī)上的應(yīng)用

嚴(yán)云修，周福寶，周正海，盧 毅，陳 軍，王志河，胡育銘，丁愛斌

1.中央儲(chǔ)備糧鎮(zhèn)江直屬庫有限公司 （鎮(zhèn)江 212000）

2.中國礦業(yè)大學(xué) 安全工程學(xué)院 （徐州 221116）

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和世界貿(mào)易的需要，糧食裝卸和倉儲(chǔ)體系日趨完善，大宗散糧裝卸量大幅增長。在保障城市供給以及戰(zhàn)略儲(chǔ)備之余，散糧在其裝卸、儲(chǔ)運(yùn)過程中極易產(chǎn)生大量粉塵，目前日益頻繁的散糧倉儲(chǔ)作業(yè)勢必會(huì)引起更為嚴(yán)重的粉塵排放問題［1］。尤其在水系周圍，較為強(qiáng)烈的風(fēng)流會(huì)攜帶粉塵迅速擴(kuò)散，是周邊空氣中PM2.5、PM10以及可吸入性顆粒物質(zhì)的主要來源；同時(shí)大量學(xué)者曾對(duì)糧食倉儲(chǔ)作業(yè)過程中產(chǎn)生的粉塵濃度及理化性質(zhì)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其與呼吸系統(tǒng)疾病、塵肺病、皮膚病等有很大關(guān)聯(lián)［2－3］。出于環(huán)境保護(hù)以及職業(yè)衛(wèi)生的需求，在保證作業(yè)效率的前提下控制其粉塵污染問題，成為目前糧食倉儲(chǔ)作業(yè)亟需解決的難題。

埋刮板卸船機(jī)主要用于巨型散糧船的連續(xù)卸船作業(yè)，具有能耗小、輸送能力大、效率高等特點(diǎn)，給散糧倉儲(chǔ)作業(yè)帶來便利的同時(shí)也造成了較為嚴(yán)重的粉塵污染［4］。從業(yè)人員處于長期接塵環(huán)境中，極易罹患?jí)m肺病、皮膚病等相關(guān)疾病。目前袋式除塵器被廣泛應(yīng)用于散糧裝卸降塵，但其存在著明顯的不足。長時(shí)間運(yùn)行后，不僅濾袋表面板結(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重，濾袋之間容易出現(xiàn)粉塵“架橋”現(xiàn)象，導(dǎo)致除塵器阻力增高［5］。而且清灰困難，容易導(dǎo)致大量粉塵堆積在錐斗中堵塞除塵器，甚至可能倒灌至風(fēng)流管路中。因此，迫切需要研發(fā)一種有效的降塵裝備，以降低散糧倉儲(chǔ)作業(yè)過程中所產(chǎn)生的粉塵濃度。

目前濾筒除塵技術(shù)在除塵領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的袋式除塵技術(shù)相比，在相同體積下其過濾面積為濾袋2～3倍，運(yùn)行阻力小，清灰效果好，堵塞概率低，過濾精度更高，可有效過濾對(duì)人體傷害較大的可呼吸性粉塵。然而，利用濾筒除塵技術(shù)抑制散糧倉儲(chǔ)作業(yè)過程中所產(chǎn)生粉塵的研究尚未見到報(bào)道。因此，有必要研究濾筒除塵技術(shù)在散糧倉儲(chǔ)作業(yè)降塵中的應(yīng)用，并利用現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)濾筒除塵器降塵效果進(jìn)行分析及驗(yàn)證。

在分析散糧倉儲(chǔ)作業(yè)粉塵特性的基礎(chǔ)上，研發(fā)了一種適用于散糧裝卸降塵的濾筒除塵裝備，以更有效的控制粉塵，并應(yīng)用于埋刮板卸船機(jī)散糧裝卸流程中。在我國，這也是第一次將濾筒除塵器應(yīng)用到埋刮板卸船機(jī)散糧倉儲(chǔ)作業(yè)流程中，具有重要的指導(dǎo)意義。

1 埋刮板卸船機(jī)散糧裝卸中粉塵特性分析

在散糧裝卸過程中，糧食經(jīng)由取料頭、傾斜刮板輸送機(jī)、水平刮板輸送機(jī)到達(dá)碼頭皮帶輸送機(jī)。在散糧轉(zhuǎn)運(yùn)處（傾斜刮板輸送機(jī)與水平刮板輸送機(jī)、水平刮板輸送機(jī)與碼頭皮帶輸送機(jī)），散體物料受重力影響自由下落。物料的大量下落會(huì)攜帶外界空氣進(jìn)入，形成與物料掉落方向相反的氣流，夾帶大量粉塵向外逸散，污染周邊環(huán)境。

當(dāng)裝卸物料為夾帶粉塵較多的大豆、小麥等時(shí)，裝卸流程中轉(zhuǎn)載點(diǎn)產(chǎn)生的粉塵會(huì)迅速增加。在現(xiàn)場卸船機(jī)裝卸大豆時(shí)，對(duì)逸散粉塵進(jìn)行取樣，經(jīng)由S3500系列激光粒度分析儀檢驗(yàn)，粒徑分布如圖1所示。呼吸性粉塵主要是指空氣動(dòng)力學(xué)直徑在5μm以下的粉塵，能沉積于人體呼吸系統(tǒng)及肺泡中，對(duì)健康危害極大。從圖1可知，散糧裝卸過程中產(chǎn)生的粉塵中呼吸性粉塵占比高達(dá)12.16%，粒徑小于100μm 以下的粉塵占比達(dá)87.53%。粉塵粒徑越小，懸浮在空氣中的時(shí)間越長，對(duì)環(huán)境的危害越大。散糧裝卸過程中產(chǎn)生的粉塵極易隨風(fēng)流在空氣中擴(kuò)散，不僅會(huì)對(duì)作業(yè)人員健康不可治愈的傷害、導(dǎo)致附近作業(yè)環(huán)境能見度極低，而且是周邊環(huán)境空氣污染性顆粒物的主要來源之一。因此，有效控制散糧裝卸產(chǎn)塵問題十分重要。

圖1 粒徑分布圖

2 濾筒除塵器降塵機(jī)理及裝置

如圖2所示，提出了散糧裝卸作業(yè)中濾筒除塵器降塵系統(tǒng)。裝置整體布置在埋刮板卸船機(jī)門架上方。在卸船機(jī)正常作業(yè)流程中，開啟離心式抽出風(fēng)機(jī)，在強(qiáng)烈的負(fù)壓作用下含塵氣流經(jīng)吸塵罩、通風(fēng)管路被吸入除塵器過濾室；在過濾室中，一部分大顆粒粉塵由于碰撞作用、重力作用發(fā)生主動(dòng)沉降，其余細(xì)微粉塵由濾筒的過濾作用截留在濾筒外壁，潔凈氣流穿過濾筒壁面經(jīng)由離心式抽出風(fēng)機(jī)排放至大氣環(huán)境中；隨著除塵系統(tǒng)的長時(shí)間運(yùn)行，被截留在濾筒外壁的粉塵不斷堆積，粉塵層厚度逐步增加，運(yùn)行阻力隨之增大［6］；在整體運(yùn)行阻力達(dá)到一定閾值時(shí)，脈沖清灰系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，壓縮空氣通過噴吹管在極短的時(shí)間內(nèi)以較高的速度噴射入濾筒內(nèi)部，同時(shí)誘導(dǎo)大量空氣以形成沖擊波，導(dǎo)致濾料膨脹、抖動(dòng)，從而使被截留在濾筒外壁的粉塵掉落；掉落的粉塵在灰斗中堆積，通過卸灰閥掉落至下方水平刮板輸送機(jī)內(nèi)。

圖2 濾筒除塵器系統(tǒng)圖

濾筒除塵系統(tǒng)主要包括：過濾系統(tǒng)、清灰系統(tǒng)、卸灰系統(tǒng)、殼體、吸塵罩、通風(fēng)管路、花板、導(dǎo)流板、離心式抽出風(fēng)機(jī)等。其中過濾元件為褶皺式濾筒，采用上卡扣連接方式固定，濾筒尺寸為Φ230 mm（外徑）×Φ200 mm（內(nèi)徑）×660 mm（高度），過濾精度2～5μm，褶深30 mm，褶皺數(shù)75，單一濾筒過濾面積為3.2 m2。褶皺式濾筒特殊的褶式構(gòu)造相比濾袋能夠有效增加過濾面積，同時(shí)過濾材料經(jīng)阻燃抗靜電特殊處理，可有效避免因粉塵摩擦有可能引起的自燃以及粉塵爆炸事故的發(fā)生。其余相關(guān)主要技術(shù)參數(shù)見表1。

序號(hào) 項(xiàng)目 指標(biāo)1 凈化風(fēng)量／（m3／min） 80～100 2運(yùn)行阻力／Pa 400～1 200過濾面積／m2 76.8 4 3吸塵罩尺寸／mm 400×400 5風(fēng)管尺寸／mm 500×300 6除塵效率／% ≥92

3 現(xiàn)場應(yīng)用及分析

某公司埋刮板卸船機(jī)門架上方布置濾筒除塵器后，進(jìn)行了一系列的應(yīng)用試驗(yàn)。濾筒除塵器的應(yīng)用顯著降低了散糧裝卸過程中產(chǎn)生的粉塵濃度，提高了周圍環(huán)境能見度。

為了進(jìn)一步確定濾筒除塵器的降塵效果，卸船機(jī)正常工作時(shí)，分別在水平刮板輸送機(jī)末端轉(zhuǎn)載產(chǎn)塵點(diǎn)處以及離心式風(fēng)機(jī)出口1 m 處布置了兩個(gè)測塵點(diǎn)。采用JC－1000手持式粉塵檢測儀分別對(duì)總粉塵濃度以及呼吸性粉塵濃度進(jìn)行測量。此儀器采用光散射法，通過測量散射光強(qiáng)度，經(jīng)過轉(zhuǎn)換求得粉塵質(zhì)量濃度。在單一設(shè)備上即可同時(shí)、實(shí)時(shí)顯示總粉塵濃度以及呼吸性粉塵濃度，可有效避免因?yàn)V膜采樣法需更換濾膜以及稱重帶來的人為誤差，提高了測量結(jié)果的精度。在濾筒除塵器開啟時(shí)分別對(duì)上述兩個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行三次測試，并求平均值，詳見表1。其中，每次測量數(shù)據(jù)采樣時(shí)間為5 min，采樣流量為3.0L／min，表中所示粉塵濃度數(shù)據(jù)均為其平均值。

從表2中可以看出，濾筒除塵器的使用極大降低了散糧裝卸過程中產(chǎn)生的粉塵濃度。通過濾筒除塵裝置的使用，水平刮板輸送機(jī)末端轉(zhuǎn)載點(diǎn)處平均總粉塵濃度從89.5 mg／m3降低到風(fēng)機(jī)出口1 m處4.2 mg／m3，呼吸性粉塵平均濃度從8.9 mg／m3降至0.6 mg／m3?？梢杂孟率絹碛?jì)算除塵效率：

式中，η為除塵效率；c1為是除塵前的粉塵濃度，mg／m3；c2為是除塵后的粉塵濃度，mg／m3。為了方便統(tǒng)計(jì)，取ηt 為總粉塵除塵效率，為ηr 呼吸性粉塵除塵效率。

表2 粉塵濃度現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)表 mg／m3

根據(jù)表2以及公式，可以分別計(jì)算總粉塵以及呼吸性粉塵的除塵效率。

如圖3所示，經(jīng)計(jì)算，總粉塵以及呼吸性粉塵除塵效率分別為95.19%和93.26%，總粉塵濃度低于8 mg／m3，呼塵濃度低于1 mg／m3，符合中華人民共和國國家職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GBZ2.1—2007）工作場所有害因素職業(yè)接觸限值化學(xué)有害因素中對(duì)作業(yè)場所空氣中粉塵濃度的標(biāo)準(zhǔn)［7］：在粉塵中游離SiO2濃度小于10%時(shí)，總粉塵濃度不超過8 mg／m3。

圖3 測點(diǎn)除塵效率對(duì)比圖

4 結(jié)論

（1）散糧裝卸過程中會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，其中對(duì)人體危害較大的呼吸性粉塵占比也相對(duì)較高。傳統(tǒng)的袋式除塵技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中出現(xiàn)了“糊袋”、“灰斗堵塞”等諸多問題，除塵效果較差，逸散的粉塵不僅對(duì)從業(yè)人員職業(yè)健康造成了較大損傷，而且成為周圍環(huán)境中可吸入性顆粒物的主要來源之一。因此，提出了利用濾筒除塵新技術(shù)來解決散糧裝卸過程中粉塵問題。

（2）設(shè)計(jì)了用于散糧裝卸過程濾筒除塵方法及裝置。該裝置采用濾筒作為過濾元件，利用高壓空氣射流作為清灰動(dòng)力，凈化風(fēng)量為80～100 m3／min，過濾面積為76.8 m2，過濾精度2～5μm，理論除塵效率大于90%。

（3）在埋刮板卸船機(jī)上的應(yīng)用結(jié)果表明，濾筒除塵器總粉塵以及呼吸性粉塵除塵效率分別為95.19%和93.26%，粉塵排放濃度均符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。濾筒除塵器能更好的解決散糧裝卸過程中粉塵污染問題，具有廣闊的應(yīng)用前景。