現(xiàn)代平板玻璃工廠除塵設(shè)計(jì)探析

梅燾 曹春剛 劉邈 岳玲玲 陳博 雷佳

（1.秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計(jì)院有限公司 秦皇島 066001；2.河北省玻璃節(jié)能減排技術(shù)創(chuàng)新中心 秦皇島 066001；3.河北省企業(yè)技術(shù)中心 秦皇島 066001；4.秦皇島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)民生保障局 秦皇島 066000）

0 引言

近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)總量的提升和生活水平的提高，環(huán)境保護(hù)越來(lái)越受到人們重視。十二屆全國(guó)人大常委會(huì)第八次會(huì)議表決通過(guò)了修訂后的《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》，于2015年1月1日起施行。在此之后，各地方又在此基礎(chǔ)上，相繼出臺(tái)了更為嚴(yán)格的地方政策，多地對(duì)于企業(yè)環(huán)保問(wèn)題持“一票否決”態(tài)度，環(huán)保問(wèn)題被抬到了前所未有的高度。

平板玻璃生產(chǎn)過(guò)程中，各種物料破碎、傳輸?shù)葧?huì)產(chǎn)生大量的外溢粉塵，嚴(yán)重影響著職工的身心健康及工廠形象，受到環(huán)保監(jiān)管部門、工廠經(jīng)營(yíng)方及一線工人的多方重視。本文對(duì)現(xiàn)代平板玻璃工廠的物料轉(zhuǎn)運(yùn)除塵設(shè)計(jì)做簡(jiǎn)要分析，并提出設(shè)計(jì)中可能遇到的重點(diǎn)問(wèn)題，為之后的設(shè)計(jì)做些許參考。

1 物料特點(diǎn)分析及針對(duì)性方案

1.1 生產(chǎn)物料簡(jiǎn)介

現(xiàn)代平板玻璃工廠主要生產(chǎn)物料包括：石英砂、純堿、白云石、石灰石、芒硝、煤粉、小料、碎玻璃等，通常采用合格粉料進(jìn)廠，破碎、篩分等流程由物料生產(chǎn)工廠完成，減輕了玻璃工廠的環(huán)保壓力。其中石英砂是玻璃生產(chǎn)的主要原料，為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝，一般為濕料轉(zhuǎn)運(yùn)，無(wú)需考慮揚(yáng)塵問(wèn)題。而其他原料為了滿足生產(chǎn)工藝，轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中不能沾水，采用干料轉(zhuǎn)運(yùn)，只能通過(guò)設(shè)置除塵系統(tǒng)緩解粉塵外溢問(wèn)題。

在這些物料中，純堿、白云石、石灰石、芒硝等均為細(xì)粉狀，最大的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)難點(diǎn)為，一旦物料沾水，便會(huì)產(chǎn)生結(jié)塊現(xiàn)象，堵塞除塵管道和除塵設(shè)備，這是除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最需注意的問(wèn)題。下面以化學(xué)性質(zhì)最為活躍的純堿為例進(jìn)行分析。

純堿，學(xué)名碳酸鈉，分子式Na2C O3，分子量105.99，密度2.54 g/cm3。純堿易溶于水，且水中常含有鈣類的鹽，易反應(yīng)生成難溶于水的碳酸鈣。在純堿的運(yùn)輸及轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，難免與空氣中的水汽接觸，一旦結(jié)塊聚集便會(huì)堵塞除塵管道和除塵設(shè)備。

1.2 除塵管道風(fēng)速分布

為避免粉塵在除塵管道中結(jié)塊、聚集，需提高除塵管道的設(shè)計(jì)風(fēng)速，避免粉塵沉降。根據(jù)美國(guó)達(dá)拉法里用1～5 mm粒徑的沙粒進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出的水平輸送風(fēng)速的經(jīng)驗(yàn)公式為：

式中：Ve——無(wú)沉降最低風(fēng)速，m/s；

Z——顆粒的密度（對(duì)于水），g/cm3；

dm——顆粒的直徑，nm。

結(jié)合管道中的紊流狀態(tài)，越是靠近管壁，實(shí)際空氣流速越低，風(fēng)管中實(shí)際空氣流速分布見圖1。

圖1 除塵管道內(nèi)風(fēng)速分布

1.3 針對(duì)性方案

綜上，結(jié)合細(xì)粉物料的物理性質(zhì)，可計(jì)算出除塵管道中的最低空氣流速。本文按照較重粉塵標(biāo)準(zhǔn)，18～22 m/s進(jìn)行風(fēng)速設(shè)計(jì)，并在直管道中部（每隔3 m距離）以及臨近管道轉(zhuǎn)彎、變徑、分叉等易積灰地點(diǎn)，設(shè)置尺寸便于清掃的清掃孔。

為避免粉塵在除塵設(shè)備中結(jié)塊、堵塞，需在設(shè)備選型方面格外重視以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）設(shè)計(jì)過(guò)濾風(fēng)速不宜高于廠家推薦的過(guò)濾風(fēng)速。提高過(guò)濾風(fēng)速會(huì)提高單位時(shí)間內(nèi)過(guò)濾粉塵的重量，使過(guò)量粉塵短時(shí)間內(nèi)在除塵設(shè)備中聚集，堵塞除塵設(shè)備。

（2）注意過(guò)濾空氣的含塵量與反吹頻率進(jìn)行合理匹配。根據(jù)廠家提供的標(biāo)準(zhǔn)含塵量、過(guò)濾效率、反吹頻率、過(guò)濾風(fēng)速和過(guò)濾面積，計(jì)算設(shè)備單次反吹卸灰量：

式中：Z——設(shè)備單次反吹卸灰量，mg；

Va——過(guò)濾風(fēng)速，m/s；

S——過(guò)濾面積，m2；

ra——標(biāo)準(zhǔn)含塵量，mg/m3；

P——過(guò)濾效率，%；

Ka——反吹頻率，n/min。

得出設(shè)備單次反吹卸灰量后，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，調(diào)整實(shí)際工作反吹頻率，避免設(shè)備積灰。

（3）除塵器濾料選擇。避免選擇褶皺較多、較密的濾料，如圓形濾筒。褶皺較多、較密的濾料在褶皺處更容易積灰、結(jié)塊，且不易清理，在設(shè)計(jì)中盡量避免。選擇不易沾灰、表面有高分子覆膜的濾料，能有效降低物料在濾材表面結(jié)塊的概率，提高反吹效果，避免堵塞除塵設(shè)備。

（4）注意碎玻璃粉塵物理特點(diǎn)與其他粉塵的區(qū)別。碎玻璃粉塵主要成分為玻璃細(xì)粉和轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的塵土，雖然不易結(jié)塊，但仍有以下方面需要注意。碎玻璃細(xì)粉主要成分為二氧化硅，密度較高，除塵管道仍需要較高的設(shè)計(jì)風(fēng)速。且碎玻璃細(xì)粉顆粒大、硬度高，需考慮除塵管道的耐磨需求，一般推薦設(shè)計(jì)壁厚最低為3 mm。

2 參數(shù)計(jì)算

2.1 風(fēng)量計(jì)算

為了實(shí)現(xiàn)最終的除塵效果，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)無(wú)灰、排放合格的要求，需最先確認(rèn)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行風(fēng)量，后續(xù)設(shè)計(jì)都應(yīng)保證系統(tǒng)最終以此風(fēng)量運(yùn)行，以達(dá)到最初理想的除塵效果。

2.1.1 相對(duì)密閉空間的除塵

平板玻璃工廠原料車間倉(cāng)頂落料見圖2。

圖2 原料車間倉(cāng)頂落料

如圖2所示，物料經(jīng)斗式提升機(jī)，落入左右兩個(gè)料倉(cāng)之中。在物料入倉(cāng)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生外溢粉塵，需在兩個(gè)料倉(cāng)上設(shè)置除塵系統(tǒng)。料倉(cāng)為相對(duì)密閉空間，要使進(jìn)入料倉(cāng)的物料不外溢，需保證在物料入倉(cāng)過(guò)程中，料倉(cāng)內(nèi)部始終保持負(fù)壓。因此，除塵系統(tǒng)總風(fēng)量為以下兩部分之和。

（1）保持空間負(fù)壓的風(fēng)量。為保持空間粉塵不外溢，需保證空間內(nèi)部負(fù)壓，負(fù)壓量一般取10～20 Pa。保持負(fù)壓需要的風(fēng)量為：

式中：Vf——縫隙處流過(guò)的風(fēng)速，m/s；

DP——潔凈室內(nèi)外壓力差，Pa；

DVf——保持負(fù)壓需要的風(fēng)量，m3/h；

Sf——縫隙面積，m2。

（2）在物料進(jìn)入倉(cāng)內(nèi)的過(guò)程中，物料攜帶空氣在短時(shí)間內(nèi)大量進(jìn)入倉(cāng)內(nèi)，除塵系統(tǒng)的風(fēng)量也應(yīng)同時(shí)抵消物料及其攜帶空氣的體積。因?yàn)槲锪项w粒存在間隙，物料進(jìn)入料倉(cāng)的體積不能根據(jù)物料密度計(jì)算，但物料輸送設(shè)備的輸送能力是固定的。如圖2中，斗提型號(hào)為TD400，輸送能力為66 m3/h，進(jìn)入單個(gè)倉(cāng)內(nèi)物料體積為33 m3/h。伴隨物料進(jìn)入倉(cāng)內(nèi)的空氣體積，與物料的體積及掉落高度成正比，一般取值物料體積的10～20倍。

圖3為稱量稱斗至混合料皮帶落料點(diǎn)除塵示意圖，也可按照相對(duì)密閉空間的除塵計(jì)算。其中落料點(diǎn)密封罩可看作相對(duì)密封空間，敞口面積為主要縫隙面積，采用稱量稱斗的排料速度及稱量稱斗容積，計(jì)算單位時(shí)間進(jìn)入密封罩內(nèi)的物料體積。

圖3 稱量稱斗至混合料皮帶落料點(diǎn)除塵

2.1.2 敞口空間除塵

平板玻璃工廠原料車間噸包倒料罩除塵見圖4。

圖4 噸包倒料罩除塵

物料噸包劃破后，噸包內(nèi)的物料迅速進(jìn)入倒料罩內(nèi)，此過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量粉塵外溢。噸包倒料口為敞開開口，為方便倒料，倒料口面積較大且完全敞開，此處除塵系統(tǒng)負(fù)荷較大。此類除塵點(diǎn)使用敞開開口空氣流速計(jì)算系統(tǒng)最終風(fēng)量：

式中：Vc——開口處流過(guò)的風(fēng)速，m/s；

Sc——敞開開口面積，m2；

DVc——系統(tǒng)需要的風(fēng)量，m3/h；

a——計(jì)算系數(shù)，＞1。

其中開口處流過(guò)的風(fēng)速需保證此處無(wú)粉塵外溢，風(fēng)速至少不低于0.5 m/s。由于敞開口較大，敞開口各部位風(fēng)速差別也較大。此處差別與該空間形狀、收塵口與敞開口距離等因素均有較大關(guān)系。為保證敞開口各部位風(fēng)速均不小于設(shè)計(jì)風(fēng)速，在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮計(jì)算系數(shù)a，經(jīng)驗(yàn)取值范圍為1.2～1.5。除了敞開口之外，敞開空間內(nèi)其他部位密閉性較差，需額外增加計(jì)算系數(shù)。

對(duì)于有些敞開空間，如鏟車敞口倒料，由于敞開口太大，敞開口各部位風(fēng)速差別極大，為避免系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)大，采用增加柔性擋簾等措施，盡量縮小敞開口面積，提高除塵效果。

2.2 阻力計(jì)算

在除塵系統(tǒng)中，系統(tǒng)阻力是影響除塵效果的主要因素，降低系統(tǒng)阻力對(duì)提升除塵效果意義重大。除塵系統(tǒng)阻力包括：除塵管道沿程阻力、除塵管道局部阻力、除塵器內(nèi)部阻力、除塵排氣管道阻力及系統(tǒng)末端余壓。

除塵管道沿程阻力基本計(jì)算公式為：

式中：Rm——單位長(zhǎng)度摩擦阻力，Pa/m；

V——風(fēng)管內(nèi)空氣的平均流速，m/s；

r——空氣的密度，kg/m3；

l——摩擦阻力系數(shù)；

Rs——風(fēng)管的水力半徑，m。

根據(jù)物料特性，首先確定風(fēng)管內(nèi)空氣的平均流速及風(fēng)管的水力半徑，摩擦阻力系數(shù)與空氣在風(fēng)管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)以及風(fēng)管內(nèi)壁的粗糙度有關(guān)。隨著除塵管道的使用，除塵管道內(nèi)壁的粗糙度不可避免地有所提升；含塵空氣的密度，也與潔凈空氣的密度有所差別，以上問(wèn)題需在設(shè)計(jì)中予以注意。

除塵器內(nèi)部阻力的基礎(chǔ)數(shù)值取自除塵器廠家提供的基本數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意，此數(shù)據(jù)應(yīng)為除塵器帶灰狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)數(shù)值，且應(yīng)提供實(shí)驗(yàn)時(shí)的過(guò)濾風(fēng)速作為參考。如設(shè)計(jì)過(guò)濾風(fēng)速與提供的標(biāo)準(zhǔn)過(guò)濾風(fēng)速有差異，應(yīng)對(duì)除塵器的內(nèi)部阻力數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。根據(jù)管道沿程阻力計(jì)算公式可粗略得出，摩擦阻力與過(guò)濾風(fēng)速的平方成正比。

除塵排氣管道阻力也不能忽視。根據(jù)各地方政策不同，排氣高度除應(yīng)滿足GB/T 50559—2018《平板玻璃工廠環(huán)境保護(hù)設(shè)施設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》及GB 26453—2022《玻璃工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于排氣筒高度的規(guī)定外，還應(yīng)滿足各地方標(biāo)準(zhǔn)的要求，并與該項(xiàng)目環(huán)評(píng)報(bào)告中的數(shù)值一致。因限制較多，各項(xiàng)目或同項(xiàng)目不同部位的除塵管道排氣筒高度差別較大，需注意由此產(chǎn)生的阻力。個(gè)別項(xiàng)目因工藝布局原因，排氣距離較遠(yuǎn)，應(yīng)格外注意此處阻力的增加。

3 設(shè)備選型

除塵設(shè)備的選擇應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)最終除塵效果的直接因素，選型是否合適直接關(guān)系到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗。

3.1 風(fēng)機(jī)選型

參照以上計(jì)算數(shù)據(jù)，根據(jù)風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行選型。室外放置的風(fēng)機(jī)需特別關(guān)注風(fēng)機(jī)的防雨性能，除了設(shè)電機(jī)防雨罩，還應(yīng)注意加強(qiáng)風(fēng)機(jī)傳動(dòng)軸等位置的密封防腐措施。

3.2 除塵器選型

（1）過(guò)濾面積選型。根據(jù)計(jì)算風(fēng)量及廠家推薦的過(guò)濾風(fēng)速進(jìn)行選型。因各廠家技術(shù)路線不同，不同型式除塵器的氣流走向也有所差異，不同規(guī)格、廠家的除塵器推薦過(guò)濾風(fēng)速可能差異較大，須在滿足排放要求前提下，盡量靠攏廠家推薦的過(guò)濾風(fēng)速，確保除塵器運(yùn)作在最佳工況。

（2）除塵器型式選擇。由于現(xiàn)代平板玻璃工廠的生產(chǎn)原料多數(shù)為細(xì)粉物料，結(jié)塊較嚴(yán)重，推薦使用抗結(jié)塊性能優(yōu)異、反吹效果較好的布袋脈沖反吹除塵器。除塵器濾料選擇能保證反吹效果、不粘料的高分子覆膜濾料。選型時(shí)需注意不同型式的除塵器體積差別較大，需特別關(guān)注除塵設(shè)備的尺寸，保證使用及維修、清潔的便捷性。當(dāng)空間較小時(shí)，考慮單機(jī)圓桶或橢圓桶形布袋除塵器。

（3）回料裝置選型。除塵回料系統(tǒng)應(yīng)實(shí)用、可控。實(shí)際工程中，經(jīng)常出現(xiàn)回料二次揚(yáng)灰問(wèn)題，除了排料管道設(shè)計(jì)缺陷外，與除塵器回料機(jī)構(gòu)邏輯不合理也有很大關(guān)系。除塵器回料機(jī)構(gòu)應(yīng)能滿足除塵器系統(tǒng)總控要求，實(shí)現(xiàn)回料的時(shí)間、回料窗口的可控性，避免產(chǎn)生二次揚(yáng)灰。

（4）室外放置的除塵器需特別加強(qiáng)殼體密封防水措施，保證系統(tǒng)內(nèi)干燥環(huán)境，避免結(jié)塊發(fā)生。

4 其他注意事項(xiàng)

（1）除塵系統(tǒng)布置。應(yīng)本著就近布置的原則，盡量縮短、簡(jiǎn)化除塵管道，最大效用地發(fā)揮除塵設(shè)備性能。

（2）除塵管道的設(shè)計(jì)。除塵管道的風(fēng)速選擇、管道壁厚的設(shè)計(jì)原則，前文已有敘述，這里不再贅述。在實(shí)際設(shè)計(jì)中需要注意以下幾個(gè)要點(diǎn)：

①為降低管道堵料后的清掃難度，除塵管道的走向應(yīng)盡量避免水平管道，盡可能傾斜設(shè)置。清掃孔開口位置應(yīng)便于操作。

②排氣管道的風(fēng)速不宜高于15 m/s，排氣高度應(yīng)符合國(guó)家及地方環(huán)保規(guī)范要求。排氣管道上按規(guī)范設(shè)采樣孔及采樣平臺(tái)，以便于環(huán)保部門檢查。排氣筒頂端設(shè)抗風(fēng)及防雨效果較好的錐型風(fēng)帽。

③排料管道設(shè)計(jì)。在保證工藝不受影響的前提下，除塵器排灰盡量排至系統(tǒng)內(nèi)。排料管道要充分考慮排料坡度及排料點(diǎn)的選擇，避免二次揚(yáng)灰、漏灰等情況發(fā)生。

（3）除塵設(shè)備的控制與工藝生產(chǎn)緊密結(jié)合，除塵、排灰與生產(chǎn)流程緊密配合，可降低能源消耗，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，提高工藝生產(chǎn)的自動(dòng)化水平。

（4）合理優(yōu)化工藝流程，創(chuàng)造良好除塵條件。合理的工藝生產(chǎn)流程及良好的工藝生產(chǎn)設(shè)備，對(duì)最終的除塵效果同樣起到重要的作用。在生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)盡量減少產(chǎn)塵點(diǎn)，降低灰塵濃度，在保證工藝不受影響前提下，為除塵創(chuàng)造良好條件。通過(guò)降低物料轉(zhuǎn)運(yùn)落差，降低揚(yáng)塵濃度；盡量創(chuàng)造密閉空間，提高落料空間的密閉性，控制灰塵的外溢總量；通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)流程，盡量降低粉塵外溢對(duì)操作人員及場(chǎng)內(nèi)衛(wèi)生的影響。

5 結(jié)語(yǔ)

在平板玻璃工廠的除塵設(shè)計(jì)中，應(yīng)結(jié)合物料特點(diǎn)、轉(zhuǎn)運(yùn)工藝等設(shè)計(jì)要素，統(tǒng)籌合理的除塵方案。經(jīng)過(guò)風(fēng)量、阻力計(jì)算，結(jié)合含塵量等數(shù)據(jù)，進(jìn)行除塵設(shè)備選型及除塵管道設(shè)計(jì)。作為設(shè)計(jì)人員，還要實(shí)時(shí)關(guān)注行業(yè)最新動(dòng)態(tài)，了解相關(guān)法律法規(guī)的變化，使用新技術(shù)，引用新標(biāo)準(zhǔn)，做到與時(shí)俱進(jìn)，不閉門造車。