散貨碼頭帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)粉塵控制措施分析

翁廣寧

關(guān)鍵詞： 散貨碼頭 轉(zhuǎn)載點(diǎn) 抑塵 除塵

中圖分類號： TD714.4;TD528.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1672-3791（2023）15-0066-04

散貨碼頭物料輸送過程中產(chǎn)生的粉塵直接威脅到作業(yè)人員身體健康和環(huán)境安全，轉(zhuǎn)載點(diǎn)作為輸送系統(tǒng)的主要產(chǎn)塵源，一直是防治粉塵的重點(diǎn)。確定粉塵產(chǎn)生原因和影響因素，厘清各類粉塵控制措施特點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)粉塵防治。

1 粉塵的分類及其危害

1.1 粉塵的成分與分類

散貨碼頭常見的無機(jī)塵以煤粉塵、礦石粉塵等為代表。粉塵按粒徑或顯微鏡下可見程度分為粗塵、細(xì)塵（在日光肉眼可見），顯微塵、亞顯微塵（在顯微鏡下可見）。

1.2 粉塵的危害

粉塵的危害主要有以下幾個方面。

1.2.1 對人員健康的危害

粉塵最嚴(yán)重的危害是對生產(chǎn)作業(yè)人員身體健康造成的生理傷害。作業(yè)人員長期接觸粉塵易引起哮喘、支氣管炎等呼吸系統(tǒng)疾病，嚴(yán)重的能導(dǎo)致肺組織纖維化病變，形成塵肺病。

1.2.2 對設(shè)備運(yùn)行的危害

飄逸粉塵長期飄浮在空氣中，影響作業(yè)人員視線。粉塵受重力作用沉降在地面和設(shè)備表面，有礙管理檢查和巡視監(jiān)控。沉積在設(shè)備上的粉塵加大了機(jī)器運(yùn)動部件的磨損，導(dǎo)致設(shè)備維護(hù)增多，使用壽命降低[1]。

1.2.3 對生產(chǎn)安全的危害

微小粒徑顆粒物比表面積大，可燃性粉塵氧化反應(yīng)速度快下，易引發(fā)燃爆，造成人員和財產(chǎn)的重大損失。

2 帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)粉塵析出的原因

2.1 粉塵析出的原因

散貨物料在帶式輸送系統(tǒng)物轉(zhuǎn)載點(diǎn)處出現(xiàn)運(yùn)行方向、料流形態(tài)的變化，引起氣流對散貨物料的擾動影響是粉塵在轉(zhuǎn)載點(diǎn)析出的主要誘因。一般認(rèn)為，形成有效影響的氣流主要由輸送帶牽引氣流、誘導(dǎo)氣流、剪切氣流組成[2]。

2.1.1 輸送帶牽引氣流及其產(chǎn)生作用

輸送帶作業(yè)時，散貨料流周圍的空氣受皮帶和料流帶動形成沿輸送方向的牽引氣流。由于空氣黏度影響，牽引氣流與散貨料流之間存在速度梯度，所產(chǎn)生的摩擦力促使料流表面的粉塵剝離并散逸在其上方空氣中。當(dāng)料流在輸送帶頭部運(yùn)動方向發(fā)生驟變，受拋射時離心力作用和牽引氣流阻滯作用，粉塵散逸現(xiàn)象明顯。

2.1.2 散貨物料誘導(dǎo)氣流及其產(chǎn)塵作用

物料在溜管中下落過程受重力加速度影響，落料速度逐漸增大。隨下落時間增加，前后物料之間出現(xiàn)速度差，料流形態(tài)變得松散。顆粒在直線運(yùn)動過程中對前方空氣形成沖擊力，同時在顆粒后方形成負(fù)壓，受拽引空氣填充入物料顆粒間空隙并在顆粒側(cè)后方形成渦流擾動，影響料流中粉塵下落時的運(yùn)動狀態(tài)。

2.1.3 散貨物料剪切氣流及其產(chǎn)塵作用

落入下層皮帶機(jī)的物料在接觸到剛性平面后，料流恢復(fù)成原來的堆積形態(tài)，誘導(dǎo)氣流受物料猛烈擠壓作用形成剪切氣流從落料點(diǎn)四周以上升氣團(tuán)形式逸出。氣流散逸的同時從料流中夾帶出大量微細(xì)粉塵。

帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)的粉塵散逸受多種氣流綜合作用形成，其中剪切氣流對飄塵產(chǎn)生的影響最明顯。

2.2 析出粉塵的影響因素

一般將含塵氣流視為氣-固二相流，粉塵析出的影響因素即是對二相流的影響因素。

2.2.1 物料含水率的影響

散貨物料越干燥，揚(yáng)塵越嚴(yán)重。與水接觸后，物料中的微細(xì)粉塵凝聚形成較大顆?；蝠じ皆诖箢w粒物料上，抗氣流擾動能力顯著增強(qiáng)。以輸煤為例，有研究認(rèn)為，當(dāng)來煤的含水率大于7% 時，可以有效遏制煤流起塵。

2.2.2 帶式輸送機(jī)帶速的影響

帶式輸送機(jī)帶速對析出粉塵氣流量有直接的影響。

（1）帶速對牽引氣流的影響。

末速度V_en直接影響式（1）系數(shù)Φ 的取值。由式（2）可見，隨著上、下層輸送帶落差H 增大，溜管中料流產(chǎn)生的誘導(dǎo)風(fēng)量增多，當(dāng)料流落入下層輸送帶平面時，因剪切氣流帶出的揚(yáng)塵量也越多。

2.2.4 影響因素分析

綜上所述，除含水率外，料流粉塵的析出主要受輸送機(jī)帶速、落差產(chǎn)生的誘導(dǎo)氣流量影響。轉(zhuǎn)載點(diǎn)的粉塵控制措施宜從以上影響因素入手，采取針對性的方法，有效遏止粉塵析出。

3 轉(zhuǎn)載點(diǎn)粉塵控制措施

轉(zhuǎn)載點(diǎn)粉塵控制措施大致上可分為抑塵和除塵兩方面。

3.1 抑塵方式的粉塵控制措施

抑塵是通過針對轉(zhuǎn)載點(diǎn)產(chǎn)塵因素施加措施以遏止各起塵部位的粉塵析出，目的在于減少污染物的產(chǎn)生量。

3.1.1 輸送機(jī)工藝設(shè)計措施

輸送帶高帶速和高落差是起塵的主要原因，減小帶速和落差可以明顯地減少轉(zhuǎn)載點(diǎn)的粉塵析出。

（1）減小輸送帶運(yùn)行帶速。

從散貨碼頭的發(fā)展方向看，為了提高物料裝卸效率，帶式輸送機(jī)的設(shè)計趨向于大帶寬和高帶速以增加輸送系統(tǒng)運(yùn)力，減小帶速的方式很難被接受。但是通過工藝計算確定一個經(jīng)濟(jì)的帶速，減少不必要的運(yùn)力冗余則應(yīng)該予以考慮。

（2）減小輸送帶之間的落差。

輸送帶的布置受限，很難直接降低落差H。從式（2）看，除了落差H 外，另有兩個可變量：物料和溜管壁的摩擦系數(shù)f 和溜管與下層皮帶夾角α 。

為了減小料流對溜管的滑動摩擦，溜管壁會選擇盡量光滑的材料，即不考慮增加f 值來降低V_en值。那么可以調(diào)整的就剩下夾角α 。

3.1.2 噴淋增濕措施

增加物料含水率可以有效降低輸送散貨物料時在轉(zhuǎn)載點(diǎn)的起塵量。就碼頭散貨而言，物料對噴淋用水的水質(zhì)要求不高，水的來源廣泛，水量充足，設(shè)備投資低，還可向水中添加化學(xué)藥劑增強(qiáng)效果，屬于一種經(jīng)濟(jì)、便利的抑塵措施，已得到廣泛采用。

當(dāng)然，噴淋增濕也有局限性。噴水量過大可能導(dǎo)致輸送帶運(yùn)行時打滑；淋水會降低品質(zhì)的散貨物料也無法采用增濕措施進(jìn)行抑塵；當(dāng)環(huán)境溫度低于0 ℃時，還需對噴淋系統(tǒng)保溫防凍。

3.1.3 密閉罩措施

密閉罩把揚(yáng)塵全部封閉在罩內(nèi)空間，隔斷罩內(nèi)粉塵與罩外氣流的混合，防止粉塵的擴(kuò)散傳播。

雖然由于進(jìn)出口和觀察孔等的存在，密閉罩的結(jié)構(gòu)難以做到完全密封，但是局部密閉罩能有效地限制揚(yáng)塵的散逸空間。大顆粒粉塵受重力作用沉降后可以落回到輸送帶上。作為抑塵的初步措施，密閉罩能在很大程度上減少后續(xù)除塵措施的處理負(fù)荷[4]。

3.1.4 無動力抑塵措施

無動力抑塵是在密閉罩基礎(chǔ)上對下層輸送帶落料點(diǎn)揚(yáng)塵氣流的進(jìn)一步抑制。

如圖2 所示，溜管物料在下落過程中受誘導(dǎo)氣流影響，無動力罩上部形成負(fù)壓區(qū)。當(dāng)物料沖擊下層輸送帶時，因剪切氣流影響在無動力罩下部形成正壓區(qū)。由于上下區(qū)的壓差構(gòu)成對起塵氣流的抽吸，大顆粒粉塵受重力作用與氣流反向運(yùn)動落回到輸送帶上，微細(xì)顆粒隨氣流運(yùn)動回到溜管形成循環(huán)，既減少了外部空氣對誘導(dǎo)氣流的補(bǔ)充，又減少了剪切氣流的擴(kuò)散[5]。

3.2 除塵方式的粉塵控制措施

有研究顯示，粒徑在10 μm 以下的粉塵受空氣阻力和湍流作用有向上浮動的趨勢。抑塵措施對此級別的粉塵控制乏力。

除塵措施通過收集揚(yáng)塵氣流，經(jīng)由不同力的作用將粉塵從空氣中分離出來，是對抑塵措施的有效補(bǔ)充。

3.2.1 除塵器消塵措施

除塵器通過風(fēng)機(jī)負(fù)壓抽吸將含塵氣體送入專門的處理設(shè)備，分離氣體中的粉塵顆粒。常見類型有旋風(fēng)除塵器、袋式除塵器、電除塵器、濕式除塵器等[6]。

（1）旋風(fēng)除塵器。

含塵氣體進(jìn)入旋風(fēng)除塵器后形成漩渦狀氣流，顆粒由慣性離心力作用被推向外壁分離出來，再借由重力作用收集在灰斗中。旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)簡單，多作為除塵系統(tǒng)的初級過濾裝置。

（2）袋式除塵器。

袋式除塵器是應(yīng)用最多的一類干式除塵器。它利用纖維織物的過濾作用對含塵氣體進(jìn)行過濾，適用于捕集細(xì)小、干燥、非纖維性粉塵，除塵效率高達(dá)99%[7]。

袋式除塵器的缺點(diǎn)在于濾袋不適宜處理黏濕性氣體，且濾袋作為易損件需要經(jīng)常更換，運(yùn)行成本較高。

（3）電除塵器。

電除塵器利用電場產(chǎn)生的靜電力分離氣流中的粉塵，對于粒徑1～2 μm 的粉塵，除塵效率可達(dá)98%～99%。除塵器的過流斷面大、阻力低，耐高溫性能好，對于易荷電粉塵而言屬于一種高效過濾器。

電除塵器存在設(shè)備重、占地面積大、初期投資費(fèi)用高的問題，也不宜用于荷電能力不強(qiáng)或者有爆炸性危險的粉塵。

（4）濕式除塵器。

濕式除塵器利用含塵氣體與液體接觸，發(fā)生濕潤、凝聚、擴(kuò)散沉降，使粉塵顆粒從氣流中分離出來，達(dá)到凈化空氣的目的。濕式除塵器構(gòu)造簡單、投資較省，對一部分氣態(tài)污染物也能有效去除，能有效避免可燃粉塵爆炸。

缺點(diǎn)在于存在水氣混合，設(shè)備防腐要求更高，在寒冷地區(qū)還要考慮冬季防凍。

3.2.2 濕法消塵措施

濕法消塵利用粉塵親水性特征來達(dá)到除塵目的，是一種高效的粉塵控制措施。凡是允許加濕的物料，都可以采用，但需注意寒冷地區(qū)冬季用水防凍的問題[8]。

（1）水霧消塵。

水霧與氣流錯向運(yùn)動，當(dāng)含塵氣體經(jīng)過水滴時，氣體因水滴的阻礙改變運(yùn)行方向，而粉塵顆粒由于慣性力的作用繼續(xù)沿原來方向運(yùn)動，碰撞并黏附在水滴上，實(shí)現(xiàn)粉塵與氣流的分離。水霧在整個起塵料流的上方覆蓋范圍越充分，對揚(yáng)塵的消除效果越好。

因水霧消塵與噴淋增濕的灑水方式相同，兩者可由同一套灑水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

（2）氣霧消塵。

一般的機(jī)械噴嘴噴出的水滴直徑較大，水滴之間空隙大，轉(zhuǎn)載點(diǎn)揚(yáng)塵的微細(xì)顆粒與水滴碰撞的概率低，要取得更好的消塵效果時，水量消耗大，產(chǎn)生的淋洗污水還要進(jìn)一步處理，增加了處理成本。

氣霧消塵由壓縮空氣驅(qū)動，利用氣力噴嘴將水滴激發(fā)成亞微米級霧，捕集凝聚含塵氣流中粒徑在10 μm以下的顆粒物，使粉塵很快落回輸送料流上。相同水量下，氣霧水滴比表面積更大，與氣流中粉塵碰撞的概率更高。氣霧消塵的耗水量極少，基本不存在淋洗污水。

氣霧系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于易被雜質(zhì)堵塞噴嘴導(dǎo)致霧化效果停止，需要為生產(chǎn)水添置過濾裝置。氣霧消塵的設(shè)備購置費(fèi)、運(yùn)行能耗遠(yuǎn)高于普通水霧消塵。

4 轉(zhuǎn)載點(diǎn)粉塵控制措施的選擇

抑塵方法能耗少，在轉(zhuǎn)載點(diǎn)粉塵控制措施的設(shè)置時宜予以優(yōu)先考慮，但一般達(dá)不到污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，仍需除塵措施作為補(bǔ)充。

采取除塵方法可以有效減少起塵中的顆粒物排放量，其系統(tǒng)處理能力由轉(zhuǎn)載點(diǎn)含塵氣體的性質(zhì)和風(fēng)量決定。冗余的除塵風(fēng)量會使設(shè)備成本增加，除塵風(fēng)壓對輸送帶周圍氣流場的擾動易使散貨料流產(chǎn)生二次揚(yáng)塵，計算確定一個合理、經(jīng)濟(jì)的設(shè)備能力是除塵系統(tǒng)的重點(diǎn)工作。

不同抑塵措施適用于不同影響因素的起塵，多種抑塵措施組合使用可最大限度地抑制轉(zhuǎn)載點(diǎn)粉塵的析出。不同除塵措施的消塵功能重疊，重復(fù)設(shè)置效率低，可根據(jù)經(jīng)濟(jì)條件和散貨物料的特性選擇其中一種使用。除塵措施作為抑塵措施的補(bǔ)充，兩者結(jié)合使用可以達(dá)到更好的粉塵防治效果。

5 結(jié)語

根據(jù)散貨碼頭帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)的粉塵析出原因和抑塵、除塵方式的不同特點(diǎn)，選擇恰當(dāng)?shù)姆蹓m控制措施進(jìn)行組合，采取綜合防治，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)載點(diǎn)粉塵的有效治理。