淺談散糧作業(yè)粉塵控制措施

◎郭詩慧，倪圓圓，張琛朕，王 寧

（1.鄭州中糧科研設(shè)計(jì)院有限公司，河南 鄭州 450001；2.河南鄭州中原國家糧食儲(chǔ)備有限公司，河南 鄭州 450000）

1 糧食粉塵產(chǎn)生的原因

受基本國情影響，目前我國土地流轉(zhuǎn)及高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)還處于初級(jí)階段，小地塊、小規(guī)模種植仍是廣大農(nóng)村主要種植形式，從收割、晾曬到運(yùn)輸再到倉儲(chǔ)尚未做到全程不落地，因此，在原糧的收獲、干燥、轉(zhuǎn)運(yùn)等環(huán)節(jié)中難免會(huì)有各種各樣的雜質(zhì)混入。據(jù)統(tǒng)計(jì)，原糧中微細(xì)顆粒物質(zhì)如泥灰、沙土、糧粒的表皮等總含量達(dá)到0.1%～0.6%，甚至更高。在原糧收獲的同時(shí)，受制于脫粒及篩分效率影響，還混有糧食的細(xì)碎顆粒和未除凈的殼類等物質(zhì)，這類雜質(zhì)雖然尺寸較大，但仍是一種極易飛揚(yáng)的污染性物質(zhì)。而且，受糧粒形狀影響，糧粒表面及溝槽中也往往黏附有很多粉塵，在清理及輸送時(shí)與設(shè)備及管道的摩擦、碰撞作用下脫落形成新的粉塵，且在有落差物料高速下落時(shí)攜帶的誘導(dǎo)空氣又易形成正壓，進(jìn)而加劇粉塵飛揚(yáng)。所以，原糧的諸多特性決定了糧食儲(chǔ)運(yùn)過程中粉塵的產(chǎn)生不可避免[1]。

2 糧食粉塵的危害

粉塵飛揚(yáng)到空氣中，對人體健康、生產(chǎn)、環(huán)境等都會(huì)產(chǎn)生重要的影響和危害，在特定條件下甚至?xí)l(fā)生燃燒和爆炸，給安全生產(chǎn)帶來隱患。

糧食粉塵會(huì)對一線工作人員的呼吸系統(tǒng)造成危害，粉塵的沉積會(huì)引起肺部組織的纖維化病變，進(jìn)而導(dǎo)致塵肺病的發(fā)生，造成呼吸困難。糧食粉塵外溢會(huì)造成操作環(huán)境的惡化，懸浮在空氣中的大粒徑粉塵會(huì)在重力作用下自由沉降，附著在設(shè)備的表面，影響設(shè)備散熱、加速設(shè)備老化，而粉塵進(jìn)入離心風(fēng)機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)及空壓機(jī)等動(dòng)力設(shè)備內(nèi)會(huì)加速關(guān)鍵部件的磨損，使設(shè)備性能下降?？諝庵袘腋〉挠袡C(jī)可燃粉塵達(dá)到一定濃度后遇火源會(huì)發(fā)生劇烈的氧化燃燒反應(yīng)引發(fā)粉塵爆炸。發(fā)生粉塵的燃燒和爆炸是粉塵的最嚴(yán)重危害，會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此，為改善作業(yè)環(huán)境、保障一線工作人員身心健康、保證安全生產(chǎn)，必須采取相應(yīng)措施防止粉塵外溢。

3 糧食粉塵控制措施

3.1 原糧接收工段粉塵控制

3.1.1 港口原糧接收粉塵控制措施

目前國內(nèi)港口散糧卸船所采用的港機(jī)設(shè)備，除了大型專用港口采用連續(xù)卸船機(jī)外，抓斗卸船機(jī)和門座式起重機(jī)搭配抓斗作業(yè)的形式，因其對貨物及船舶的適應(yīng)性強(qiáng)、通用性廣而被其余港口碼頭普遍采用。隨著綠色港口概念的提出以及國家對散糧行業(yè)環(huán)保要求越來越嚴(yán)，散糧卸船過程中粉塵污染如何控制是散貨碼頭面臨的公共難題。

為解決碼頭散糧卸船及船車直取過程中產(chǎn)生大量粉塵的問題，卸船時(shí)可采用綠色環(huán)保的自除塵接糧斗對粉塵進(jìn)行控制。自除塵接糧斗采用鋼結(jié)構(gòu)焊接而成（如圖1），其包含上下兩個(gè)斗體，上斗體為接料斗，用于和門機(jī)等抓斗對接，下斗體主要用于儲(chǔ)存物料及給輸送設(shè)備或自卸車供料。上下斗體之間設(shè)置格柵及蔽塵裝置，物料從上斗體進(jìn)入下斗體時(shí)蔽塵在重力作用下打開，無物料時(shí)蔽塵關(guān)閉，防止下料斗粉塵上溢。上料斗設(shè)置有除塵器，除塵器為濾袋式除塵器，含塵氣流由濾袋外側(cè)流向內(nèi)側(cè)，粉塵沉積在濾袋外表面，并通過脈沖反吹的方式進(jìn)行清灰。自除塵接糧斗上可設(shè)置光電感應(yīng)器，當(dāng)物料抓斗到達(dá)漏斗上方5～10 m 時(shí)，光電感應(yīng)自動(dòng)將信號(hào)送至風(fēng)機(jī)起動(dòng)柜，起動(dòng)風(fēng)機(jī)，抓斗離開時(shí)，自動(dòng)延時(shí)停風(fēng)機(jī)，以達(dá)到節(jié)能的目的。

圖1 自除塵接糧斗結(jié)構(gòu)圖

3.1.2 汽車原糧接收粉塵控制措施

受原糧物流成本影響，一些規(guī)模較大的糧油加工企業(yè)會(huì)選擇在港口或碼頭附近園區(qū)建廠，以充分利用水運(yùn)的價(jià)格優(yōu)勢，但絕大部分加工企業(yè)遠(yuǎn)離碼頭無水運(yùn)條件，采用汽運(yùn)就成為這些企業(yè)原料接收的必要環(huán)節(jié)。因此，汽車卸糧站是整個(gè)廠區(qū)原料接收的源頭，也是廠區(qū)中粉塵污染最為嚴(yán)重的區(qū)域之一[2]。目前汽車卸糧站主要通過設(shè)置格柵蔽塵防止粉塵外逸，設(shè)置快速卷簾門形成相對密閉環(huán)境，設(shè)置吸風(fēng)柜加強(qiáng)吸風(fēng)，采取干霧抑塵等措施進(jìn)行粉塵控制（如圖2）。

圖2 卸糧坑粉塵控制示意圖

卸糧坑錐斗內(nèi)粉塵可通過設(shè)置蔽塵進(jìn)行圍蔽，再借助錐斗內(nèi)吸風(fēng)口進(jìn)行吸風(fēng)除塵。卸糧坑設(shè)置格柵及蔽塵裝置有兩個(gè)作用，一是格柵可以過濾掉混在原糧中尺寸較大的土塊、石塊及麻繩等雜質(zhì)，保護(hù)輸送設(shè)備；二是在卸糧時(shí)蔽塵的活動(dòng)板在糧流的沖擊下自動(dòng)打開，無糧流時(shí)活動(dòng)板在自身重力作用下自動(dòng)閉合，形成相對密閉空間，錐斗內(nèi)設(shè)置吸風(fēng)口進(jìn)行吸風(fēng)，使錐斗保持微負(fù)壓環(huán)境，可以有效防止進(jìn)糧時(shí)錐斗內(nèi)粉塵外溢。

卸糧站地面以上空間則通過車道兩端設(shè)置自帶感應(yīng)的快速卷簾門，當(dāng)散糧自卸車進(jìn)入卸糧站后快速卷簾降下，避免因穿堂風(fēng)導(dǎo)致灰塵向卸糧罩棚外擴(kuò)散的問題。車輛進(jìn)入罩棚內(nèi)卸糧坑兩側(cè)的吸風(fēng)箱開始工作，為保證除塵效果該除塵系統(tǒng)吸風(fēng)量需滿足一定要求，一般不小于350 m3/min，以保證整個(gè)空間內(nèi)的空氣在4～5 分鐘內(nèi)可以置換一次。

近年來，干霧除塵在煤炭行業(yè)尤其是翻車機(jī)卸料工段應(yīng)用較多，目前糧食行業(yè)也在探索中應(yīng)用，在汽車卸糧坑及碼頭接糧斗均有相關(guān)試驗(yàn)開展。微米級(jí)干霧是利用壓縮空氣和水通過超聲波噴嘴把水霧化，形成體積超細(xì)的人造霧，水霧的粒徑一般比較小，不大于10 μm，和空氣的接觸面積非常大，且霧化密度相對來說比較高，可以使含塵區(qū)的濕度快速上升，一方面可以對呼吸性粉塵濕潤性所需條件進(jìn)行改善，另一方面還可以利用云物理學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)輸送等原理完成“呼吸性粉塵”的捕集[3]。

微米級(jí)干霧抑塵裝置主要由微米級(jí)干霧抑塵主機(jī)（控制系統(tǒng)）、高壓氣源、水氣分配箱、管道及噴頭組件和自動(dòng)反沖洗過濾器組成[4]。其具有能在起塵點(diǎn)進(jìn)行粉塵治理、耗水量小、占地面積小、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，未來可在糧食行業(yè)進(jìn)一步進(jìn)行研究和試驗(yàn)。

3.2 輸送環(huán)節(jié)粉塵控制措施

研究結(jié)果表明，散糧進(jìn)出倉輸送過程中物料內(nèi)微細(xì)粒徑顆粒的揚(yáng)出往往是以下幾種作用的綜合作用結(jié)果：誘導(dǎo)空氣造成的塵化作用、剪切擠壓等造成的塵化作用及物料與空氣的置換作用等。

散裝物料在管道或設(shè)備內(nèi)高速流動(dòng)時(shí)，或設(shè)備的工作部件在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，能帶動(dòng)周圍的空氣隨其運(yùn)動(dòng)，這部分運(yùn)動(dòng)的空氣稱為誘導(dǎo)空氣。如物料沿溜管快速流下時(shí)，產(chǎn)生的誘導(dǎo)空氣具有較高的速度，極容易將物料中的微細(xì)顆粒帶出。另外，物料從高處沉降時(shí)，物料和空氣之間發(fā)生繞流運(yùn)動(dòng)，即物料和空氣之間存在著剪切作用，物料中的細(xì)顆粒可在剪切氣流的作用下飛揚(yáng)到周圍空氣中。物料下落時(shí)顆粒疏松，顆粒間充滿了空氣，而當(dāng)物料落到某一工作面上時(shí)，物料顆粒之間的擠壓作用使顆粒間的空氣被瞬間擠出，即以較高的速度從物料堆中沖出，從而將微細(xì)顆粒帶出并形成含塵空氣。另外，物料入倉或者進(jìn)入料斗時(shí)，或物料從高處下落時(shí)，必將置換出同體積的空氣，這些置換出的空氣具有一定的速度，能帶走物料中的微細(xì)粉塵。因此，根據(jù)以上論述，在散糧輸送環(huán)節(jié)采用密閉設(shè)備可削弱誘導(dǎo)空氣造成的塵化作用，合理設(shè)置溜管降低落差及沖擊力減弱剪切擠壓等造成的塵化作用，對搭接位置進(jìn)行吸風(fēng)消除置換作用，就能起到很好的粉塵控制效果。

3.2.1 選用密閉性能好的設(shè)備

在散糧輸送過程中，由于工藝輸送設(shè)備運(yùn)行時(shí)對物料的各種作用力、設(shè)備搭接時(shí)物料的落差以及氣流的作用等都會(huì)造成散糧中的部分輕質(zhì)粉塵離開物料主流飛揚(yáng)到空氣中，且物料下落時(shí)誘導(dǎo)的大量空氣會(huì)在設(shè)備內(nèi)部聚集，形成正壓氣流，從而造成設(shè)備內(nèi)外的壓力差，于是設(shè)備內(nèi)具有一定正壓的含塵氣流就會(huì)從密閉不嚴(yán)的設(shè)備縫隙中逸出，形成粉塵的飛揚(yáng)和外溢，因此，輸送設(shè)備自身及輸送設(shè)備搭接位置密閉性能的好壞將直接影響粉塵外溢的多寡。因此，建議選用密閉性能好的輸送設(shè)備并做好搭接位置連接管道的密閉性，保證設(shè)備內(nèi)部形成一定程度的密閉空間，并在揚(yáng)塵點(diǎn)一定距離范圍內(nèi)設(shè)置吸塵點(diǎn)，使輸送設(shè)備保持微負(fù)壓狀態(tài)，避免粉塵向外擴(kuò)散到周邊環(huán)境。

3.2.2 合理布置溜管，降低糧食流速

在設(shè)計(jì)過程中，要優(yōu)化工藝方案，在滿足工藝需求的前提下，盡量降低搭接高度，減少設(shè)備轉(zhuǎn)接點(diǎn)之間的落差，同時(shí)根據(jù)輸送物料的具體特性選擇合適的溜管角度，在溜管存在較長的垂直段時(shí)增加緩沖斗或溜管緩沖裝置（如圖3），以降低糧流下落過程中的速度和沖擊力，減少粉塵飛揚(yáng)，同時(shí)可以減少物料對溜管及下道設(shè)備沖擊延長其使用壽命，避免設(shè)備出現(xiàn)跑偏等情況。

3.2.3 合理設(shè)置吸風(fēng)點(diǎn)，加強(qiáng)設(shè)備通風(fēng)除塵

采用密閉性能好的輸送設(shè)備可以在一定程度上解決因設(shè)備密閉不嚴(yán)導(dǎo)致的粉塵從設(shè)備縫隙中逸出的情況，但由于物料的誘導(dǎo)及置換作用，也使得輸送設(shè)備內(nèi)部氣壓增加。因此，就需要綜合考慮輸送設(shè)備的類別及輸送產(chǎn)量，選擇合適的吸塵點(diǎn)位置及吸風(fēng)量，使設(shè)備內(nèi)外氣壓平衡或內(nèi)部氣壓略低于外部氣壓，從根本上解決粉塵外逸的問題。

根據(jù)點(diǎn)吸氣口的空氣流動(dòng)規(guī)律，吸塵點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：（1）吸風(fēng)點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近塵源，使吸塵罩罩口附近有一定速度的氣流作用到粉塵上以將其捕獲。（2）吸塵罩罩口應(yīng)對著粉塵飛揚(yáng)的方向，罩口附近的空氣流動(dòng)方向與粉塵飛揚(yáng)的方向一致才能使粉塵的捕捉更為容易。（3）設(shè)置足夠的吸風(fēng)量，足夠的吸風(fēng)量實(shí)質(zhì)表現(xiàn)為能夠在罩口附近形成足夠的氣流速度，能將粉塵收集走而無粉塵逸出。罩口風(fēng)速以不吸走原料為基準(zhǔn)，一般對于顆粒原料，速度為3～5 m/s，對于粉狀物料，速度一般不超過3 m/s[5]。根據(jù)試驗(yàn)，常見輸送設(shè)備吸風(fēng)量的選取可參照表1。

表1 設(shè)備吸風(fēng)量表

雙氣墊皮帶輸送機(jī)因其工作原理需要設(shè)置風(fēng)機(jī)對氣室供氣，因此，在風(fēng)網(wǎng)設(shè)置及風(fēng)量選取時(shí)需著重考慮均衡這部分氣量，以免吸風(fēng)量不足達(dá)不到預(yù)定防塵、控塵效果。

3.3 散糧裝車發(fā)放加抑塵料斗

筒倉側(cè)壁發(fā)放因其完全靠重力自溜出倉，無需額外動(dòng)力就能完成部分糧食的出倉作業(yè)，具有操作簡便、省力節(jié)能等諸多特點(diǎn)，尤其在中轉(zhuǎn)物流性質(zhì)庫點(diǎn)，其更是能在倉底固定式出倉線的基礎(chǔ)上增加額外發(fā)放點(diǎn)，提高糧食發(fā)放效率進(jìn)而增加中轉(zhuǎn)量。

傳統(tǒng)側(cè)壁發(fā)放一般僅設(shè)置側(cè)壁發(fā)放溜管，散糧在溜管端頭流出后會(huì)分散，與汽車及汽車內(nèi)糧面的沖擊作用會(huì)使粉塵擴(kuò)散，給作業(yè)環(huán)境造成較大污染。目前為解決散糧裝車發(fā)放中的粉塵問題，抑塵料斗已經(jīng)在汽車發(fā)放站及筒倉側(cè)壁發(fā)放溜管上得到應(yīng)用。抑塵料斗（如圖4）自身無需配備動(dòng)力，糧食在其內(nèi)經(jīng)過后會(huì)被擠壓成密實(shí)的料柱，使料柱內(nèi)的粉塵無法外溢[6]，從而改善汽車發(fā)放周圍作業(yè)環(huán)境。

圖4 抑塵料斗形式圖

3.4 設(shè)置真空清掃系統(tǒng)

真空清掃是利用羅茨風(fēng)機(jī)或者多級(jí)離心風(fēng)機(jī)在各支管及主管道上產(chǎn)生負(fù)壓，再借助清掃工具吸取地面以及設(shè)備表面的粉塵，通過管道輸送到除塵器進(jìn)行過濾，從而對積塵進(jìn)行清理、集并，有效防止人工清掃造成二次揚(yáng)塵及發(fā)生粉塵爆炸時(shí)引起二次爆炸。

真空清掃系統(tǒng)主要包括以下部分：清掃工具、清掃軟管、輸送管道、剎克龍、除塵器、羅茨風(fēng)機(jī)或多級(jí)離心風(fēng)機(jī)、灰倉及灰散發(fā)設(shè)備設(shè)施等。真空清掃系統(tǒng)在做好吸風(fēng)量、輸送濃度的確定、阻力計(jì)算及相關(guān)防靜電措施后，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)起到較好的粉塵清理效果。

3.5 管理措施

散糧作業(yè)過程中雖已采取諸多措施，但無法完全抑制粉塵的擴(kuò)散，還會(huì)有部分粉塵存在于作業(yè)環(huán)境中，又由于進(jìn)出倉系統(tǒng)有靜電、機(jī)械、電氣火花以及明火等潛在的點(diǎn)火源，系統(tǒng)存在粉塵爆炸的危險(xiǎn)，加上散糧作業(yè)在時(shí)間上具有一定的連續(xù)性，為粉塵爆炸提供了連鎖反應(yīng)的條件，發(fā)生系統(tǒng)爆炸的風(fēng)險(xiǎn)大大增加。因此，生產(chǎn)經(jīng)營單位的管理人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)散糧作業(yè)中的安全檢查，制定比較全面的安全生產(chǎn)規(guī)章制度，及時(shí)清理輸送設(shè)備及倉房、工作塔等墻面、地面上的積塵，保持倉房整潔、干凈。相關(guān)操作人員應(yīng)持證上崗，并定期進(jìn)行崗位培訓(xùn)，透徹理解粉塵爆炸的本質(zhì)，有著防火防爆的基本知識(shí)。定期對除塵系統(tǒng)進(jìn)行巡查，掌握除塵系統(tǒng)工作狀態(tài)，測量粉塵濃度，除塵效果不佳時(shí)及時(shí)進(jìn)行檢修。

3.6 其他措施

3.6.1 設(shè)置粉塵濃度在線監(jiān)測

為彌補(bǔ)除塵系統(tǒng)人工巡查不及時(shí)的缺點(diǎn)，可在作業(yè)系統(tǒng)增設(shè)粉塵濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)，對作業(yè)環(huán)境中總粉塵濃度及可吸入粉塵濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測及遠(yuǎn)程管理。該系統(tǒng)由粉塵濃度檢測儀、多功能智能監(jiān)控主機(jī)通過相關(guān)通信方式與監(jiān)控調(diào)度中心連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互傳，通過光散射及其他原理對總粉塵濃度和呼吸性粉塵濃度進(jìn)行檢測，能準(zhǔn)確及時(shí)地顯示當(dāng)前作業(yè)場所粉塵濃度，指導(dǎo)安全生產(chǎn)。

3.6.2 除塵系統(tǒng)與工藝系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)

除塵系統(tǒng)和工藝系統(tǒng)應(yīng)做聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)，工藝系統(tǒng)設(shè)備開啟之前，先啟動(dòng)除塵系統(tǒng)5～10min，與作業(yè)系統(tǒng)相關(guān)的工藝設(shè)備關(guān)機(jī)后，除塵系統(tǒng)的設(shè)備應(yīng)延遲8～15min 再關(guān)機(jī)。

4 結(jié)語

出于環(huán)境保護(hù)、對從業(yè)人員的人文關(guān)懷及安全生產(chǎn)等諸多方面因素考慮，國家及行業(yè)對散糧作業(yè)環(huán)保要求會(huì)越來越高，粉塵控制逐漸得到生產(chǎn)運(yùn)營單位、設(shè)計(jì)單位、科研單位及相關(guān)設(shè)備生產(chǎn)廠家的重視。相信隨著跨界合作越來越頻繁，其他行業(yè)對粉塵控制的理念及相關(guān)措施也會(huì)越來越多的應(yīng)用到散糧行業(yè)，給粉塵控制帶來更多的選擇。