風(fēng)送式抑塵噴霧機(jī)在堆場中的應(yīng)用

肖 凱

（秦皇島港股份有限公司第二港務(wù)分公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

隨著國家環(huán)保要求逐步提高，建于20 世紀(jì)80 年代的煤炭堆場環(huán)保水平必須與之相適應(yīng)。近年來，針對煤炭堆場環(huán)保建設(shè)也加大投入力度。但由于需在原址上對堆場環(huán)保除塵設(shè)備進(jìn)行升級改造，受到環(huán)境、空間等因素限制，因此需要因地制宜，找出最合理的途徑，既滿足環(huán)保新要求又能解決實際問題。

為彌補(bǔ)噴槍出水量大且抑制浮塵效果較差、防風(fēng)網(wǎng)因空間受限不能形成合圍的缺陷，找出一種能有效抑制浮塵、徹底整治衛(wèi)生死角的手段勢在必行。受高壓微霧依靠高壓水、經(jīng)過特制噴嘴后形成細(xì)小水霧、利用打散的水霧顆粒捕捉浮塵原理啟發(fā)，一種大功率、大霧量的風(fēng)送式抑塵噴霧機(jī)應(yīng)用到堆場浮塵治理的想法應(yīng)運(yùn)而生?；舅悸窞椋涸诙褕鐾鈧?cè)增加風(fēng)送式抑塵噴霧機(jī)，利用加壓泵使水滴形成細(xì)小的水霧，配合軸流風(fēng)機(jī)系統(tǒng)將增加水霧覆蓋范圍，多臺使用形成水霧屏障，捕捉空氣中漂浮的粉塵，與粉塵相結(jié)合后形成較大顆粒，使其快速沉降到地面，從而產(chǎn)生顯著的抑塵、固塵效果。

1 技術(shù)方案

1.1 抑塵原理

根據(jù)空氣動力學(xué)原理，含塵氣流繞過霧滴時，塵粒由于慣性會從繞流的氣流中偏離而與霧滴相撞被捕捉，即通過粉塵粒子與液滴的慣性碰撞、攔截以及凝聚、擴(kuò)散等作用實現(xiàn)捕捉的，其被捕捉的概率與霧滴直徑、粉塵受力情況有關(guān)：霧滴大時，塵粒僅僅是隨繞流繞過霧滴而未能被捕集；霧滴與塵粒粒徑相近時，更容易與塵粒相撞而捕集到粉塵。

在噴霧區(qū)內(nèi)，液滴迅速蒸發(fā)時必然會在液滴附近區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生蒸汽組分的濃度梯度，形成由液滴向外流動擴(kuò)散的斯蒂芬流。同樣，當(dāng)蒸汽在某一核上凝結(jié)時，也會造成核周圍蒸汽濃度的不斷降低，形成由核周圍向凝結(jié)核運(yùn)動的斯蒂芬流。因此，懸浮于噴霧區(qū)中的“呼吸性粉塵”顆粒，必然會在斯蒂芬流的輸送作用下運(yùn)動，最后接觸并粘附在凝結(jié)液滴上被濕潤捕集。形成的凝結(jié)核不斷變大變重，在重力作用下自然沉降，進(jìn)而達(dá)到抑制粉塵的目的，實現(xiàn)固塵效果（圖1）。

圖1 抑塵原理

1.2 抑塵機(jī)參數(shù)及功能

每隔80 m 安裝1 臺抑塵機(jī)，射程60 m、流量6 m3、霧化顆粒30～150 μm、總功率24.75 kW，噴嘴數(shù)量為72 個。每臺抑塵機(jī)由高壓供水系統(tǒng)、水霧化系統(tǒng)、軸流風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、俯仰液壓系統(tǒng)、水平回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等部分組成。

（1）高壓供水系統(tǒng)將水加壓提高至5 MPa，經(jīng)過管道輸入到雙層霧環(huán)，再經(jīng)72 個高壓噴嘴霧化形水霧，水霧經(jīng)由軸流風(fēng)機(jī)所噴射的高速空氣將其發(fā)送到較遠(yuǎn)距離，形成較大范圍水霧屏障。

（2）俯仰液壓系統(tǒng)：由液壓泵、油缸等部件組成，可根據(jù)風(fēng)力、風(fēng)向在-10°～45°范圍內(nèi)調(diào)整至最佳噴射角度并鎖止。

（3）水平回轉(zhuǎn)系統(tǒng)：由回轉(zhuǎn)電機(jī)、齒輪、軸承等組成，可通過本地或遠(yuǎn)程控制噴筒在-160°～+160°范圍內(nèi)調(diào)整到最優(yōu)角度并鎖止。此外，還可控制其在回轉(zhuǎn)范圍內(nèi)往復(fù)轉(zhuǎn)動。

（4）軸流風(fēng)機(jī)系統(tǒng)：主要包括9 個部分，分別為進(jìn)風(fēng)筒、風(fēng)機(jī)段、出風(fēng)筒、輪毅葉片、電機(jī)、電機(jī)座、導(dǎo)葉筒和導(dǎo)葉。工作原理是，將葉片旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成流動空氣總壓的增加而使空氣連續(xù)流動，通過改變流體動量來實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，氣體從集流器吸入，氣體受到葉輪葉片的推擠而獲得能量，然后流入導(dǎo)葉，導(dǎo)葉的作用是將一部分偏轉(zhuǎn)的氣流轉(zhuǎn)化為軸向流動，使氣體的動能變?yōu)殪o壓能，從出風(fēng)筒流出。軸流風(fēng)機(jī)的葉片一般是可以轉(zhuǎn)動角度的，即安裝角可調(diào)。通過調(diào)節(jié)葉片的安裝角并保持在一定角度，使其在變工況工作時仍具有較高的效率。

（5）水霧化系統(tǒng)：水經(jīng)過過濾器—多級增壓泵—噴霧環(huán)—噴頭；可以在噴霧環(huán)上均布安裝若干個水霧噴頭。其中最主要的就是水霧噴頭，它是將水細(xì)化的重要元器件。高壓水流高速通過噴頭的過渡導(dǎo)流孔，在超高的水流速度下，收縮噴口使空氣加速，并產(chǎn)生高頻率旋轉(zhuǎn)水流，沖擊出水細(xì)孔形成細(xì)化水滴，配合高速的噴射式軸流風(fēng)機(jī)形成水霧，噴射的水霧顆粒直徑≤100 μm，實現(xiàn)對懸浮在空氣中的粉塵顆粒進(jìn)行有效吸附的要求，使粉塵受重力作用而沉降，從而達(dá)到抑塵作用。

1.3 遠(yuǎn)程控制通信方案

基本的設(shè)計思路為，鋪設(shè)光纖到除塵泵房內(nèi)，每處抑塵機(jī)通過T-BOX 以太網(wǎng)模塊連接控制器及上位操作系統(tǒng)。要求T-BOX 以太網(wǎng)模塊支持Modbus-RTU 串口設(shè)備，實際上，安裝的控制器適合這種工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)。在每處抑塵機(jī)處設(shè)置控制系統(tǒng)箱，系統(tǒng)內(nèi)包含全套的電氣元件及PLC 等，采用信捷XD 系列可編程控制器作為核心控制元件，此類型控制器為以太網(wǎng)型控制器，具備RJ45 口，支持TCP/IP 協(xié)議，可實現(xiàn)基于以太網(wǎng)的MODBUS-TCP 通信、自由格式通信。支持程序上下載、在線監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控、與其他TCP/IP 設(shè)備通信。XD 系列PLC 擁有更快的指令處理速度，相當(dāng)于同類型控制器的12～15倍以上，重點表現(xiàn)在浮點指令運(yùn)算速度提高顯著，掃描周期單位為“μs”。

1.4 邏輯控制

抑塵機(jī)啟動時延時響鈴報警，報警30 s 結(jié)束后供水電磁閥開啟、加壓水泵運(yùn)行；軸流風(fēng)機(jī)按順序依次啟動，自動回轉(zhuǎn)系統(tǒng)運(yùn)行，依靠限位做往復(fù)運(yùn)動。抑塵機(jī)停止時，電磁閥、加壓水泵、軸流風(fēng)機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)停止運(yùn)行，泄水電磁閥打開并在5 min 后自動關(guān)閉。另外，應(yīng)將管路中的水盡量放空，防止冬季凍結(jié)結(jié)冰。

1.5 上位系統(tǒng)開發(fā)

抑塵機(jī)可通過霧環(huán)處動畫效果實時顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，電磁閥、水泵、旋轉(zhuǎn)左右極限也可通過點亮圖標(biāo)顯示。旋轉(zhuǎn)切換按鈕可在自動運(yùn)行狀態(tài)下鎖定或解除任一臺抑塵機(jī)的旋轉(zhuǎn)功能，可實現(xiàn)定點噴灑。自動啟動和停止可同時控制三臺抑塵機(jī)的啟用和停止。在自動狀態(tài)下，點擊設(shè)備的自動啟動按鈕，第一臺設(shè)備先啟動，當(dāng)?shù)谝慌_設(shè)備完全啟動后，系統(tǒng)發(fā)出第二臺設(shè)備的啟動信號來控制第二臺設(shè)備的啟動，當(dāng)?shù)诙_設(shè)備完全啟動后，系統(tǒng)發(fā)出第三臺設(shè)備啟動信號控制第三臺設(shè)備啟動；點擊自動停止按鈕，設(shè)備全部停止。根據(jù)現(xiàn)場實際需求，可單獨(dú)設(shè)定每臺設(shè)備的運(yùn)行時間、報警時間。

此外，每臺抑塵機(jī)還可實現(xiàn)分控，點擊鎖定按鈕，可實現(xiàn)某一抑塵機(jī)可隨或可不隨自動狀態(tài)運(yùn)行；也可在手動狀態(tài)下調(diào)整任抑塵機(jī)回轉(zhuǎn)、俯仰以及啟停；并且自動、手動狀態(tài)都能顯示低溫、缺水、通信、控制以及各功能運(yùn)行狀態(tài)，方便操作或檢修人員及時發(fā)現(xiàn)故障，及時處理。

2 輔助功能設(shè)計

2.1 行人避讓方案

因設(shè)備布置于皮帶機(jī)沿線，高壓噴霧可能對設(shè)備維修保養(yǎng)人員造成傷害，故需要考慮增加行人保護(hù)系統(tǒng)，并在設(shè)備之間設(shè)置供行人快速撤離的扶梯。每臺抑塵機(jī)設(shè)置啟動報警系統(tǒng)，并可單獨(dú)設(shè)置運(yùn)行時間和響鈴時間（報警時間不少于30 s），在此區(qū)域的行人聽到響鈴后可就近選擇扶梯撤離到安全位置，防止誤傷。

2.2 避讓大機(jī)解決方案

在正常啟動抑塵時，噴霧可能噴射至在此區(qū)域大機(jī)上，會加速大機(jī)鋼結(jié)構(gòu)銹蝕速度，冬季噴灑還會造成設(shè)備結(jié)冰，影響設(shè)備運(yùn)行及上下人員安全。因此，針對此問題設(shè)計大機(jī)行走限位，防止水霧噴灑到大機(jī)導(dǎo)致影響設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

大機(jī)上安裝碰鐵，地面上南北兩側(cè)距離每臺抑塵機(jī)40 m處設(shè)置雙觸點限位器，PLC 連接兩組雙觸點限位器來反饋大機(jī)行走位置信號。在自動除塵的情況下，當(dāng)大機(jī)行走或停留在任何一臺抑塵機(jī)噴射范圍外時，抑塵機(jī)自動除塵均正常運(yùn)行。大機(jī)上安裝碰鐵，當(dāng)觸碰任一抑塵機(jī)限位器觸點，判斷大機(jī)進(jìn)入噴射范圍，相應(yīng)抑塵機(jī)停止噴射。當(dāng)大機(jī)再次觸碰或觸碰另一限位器時，判斷大機(jī)離開噴射區(qū)域，相應(yīng)抑塵機(jī)解除限制，自動狀態(tài)恢復(fù)。大機(jī)行走限位的啟用與禁用可以通過上位操作系統(tǒng)進(jìn)行更改，且上位系統(tǒng)設(shè)置復(fù)位功能，防止誤動作。

2.3 泄水功能實現(xiàn)方案

由于抑塵機(jī)停止運(yùn)行后，霧環(huán)中的水只能依靠噴嘴緩慢流出，考慮到冬季低溫可能會造成噴嘴結(jié)冰，因此對設(shè)備加以改進(jìn)，解決此問題。設(shè)計思路為取消機(jī)上原有電磁閥，在地面供水管路處設(shè)置供水電磁閥，并在靠近設(shè)備端設(shè)置泄水電磁閥。工作原理為正常工作時，供水電磁閥打開、泄水電磁閥關(guān)閉，抑塵機(jī)正常工作；停止運(yùn)行時，供水電磁閥關(guān)閉、泄水電磁閥打開，霧環(huán)、水泵、中間旋轉(zhuǎn)接頭及所有管路中的水一并泄出，延時5 min關(guān)閉，時間可根據(jù)實際情況任意更改，再配合保溫伴熱，實現(xiàn)一年四季投用。

3 主要技術(shù)創(chuàng)新點

（1）利用布朗運(yùn)動技術(shù)捕捉空氣中細(xì)小粉塵。通過加壓泵及霧化噴嘴形成水霧，微粒表面張力基本為零，能迅速吸附空氣中的粉塵顆粒，有效與粉塵結(jié)合后沉降，從而產(chǎn)生固塵效果。

（2）精細(xì)化設(shè)計上位操作界面及功能，方便操作或檢修人員及時查看抑塵機(jī)運(yùn)行或故障信息，并與現(xiàn)場噴槍站畫面融合，實現(xiàn)集中控制，達(dá)到人員精簡目的。

（3）設(shè)計大機(jī)避讓系統(tǒng)，可實現(xiàn)抑塵機(jī)隨大機(jī)位置變化自動投用或停止，防止大機(jī)進(jìn)入抑塵機(jī)區(qū)域后造成設(shè)備腐蝕或冬季結(jié)冰現(xiàn)場，減少對大機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的影響。

（4）設(shè)計泄水功能，將霧環(huán)、水泵、旋轉(zhuǎn)接頭以及機(jī)上所用管路中的水在極短時間內(nèi)完全卸出，配合保溫伴熱功能，解決原設(shè)備設(shè)計缺陷，保證一年四季可正常投入使用。

（5）抑塵機(jī)中間位置設(shè)置走梯，配合運(yùn)行前響鈴報警以及筒體角度固定，保證人員可安全通行或快速撤離此區(qū)域。

4 實施效果

根據(jù)大氣污染防治要求可實現(xiàn)定時、定點或不間斷運(yùn)行，配合堆場噴槍系統(tǒng)，形成雙重屏障，有效降低粉塵濃度，抑制粉塵外溢，為綠色港口建設(shè)提供有力保障。