攪拌站基坑揚(yáng)塵治理設(shè)計分析

鐘國堅，劉榮春，陳元招

（1.閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建龍巖 364021；2.福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建龍巖 364000）

0 引言

混凝土攪拌站生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量污染環(huán)境、危害健康的揚(yáng)塵，而且揚(yáng)塵中往往含有有毒成分[1-5]。部分企業(yè)為應(yīng)付上級環(huán)保單位檢查，只對攪拌站地面以上使用揚(yáng)塵設(shè)備進(jìn)行粉塵收集，而地面以下的揚(yáng)塵因為“看不見”、粉塵量相對較少、具有隱蔽性等原因，往往不被重視[6-9]。事實上，這些粉塵成分復(fù)雜、毒性較強(qiáng)，而且地面以下基坑是在一個半密閉空間內(nèi)，長時間聚集會對生產(chǎn)工作人員的身體健康會造成嚴(yán)重傷害[10]。隨著攪拌站工作人員環(huán)保意識的提高，企業(yè)逐漸加大了對地面以下基坑內(nèi)揚(yáng)塵的治理[13-16]。本文結(jié)合某攪拌站投料場地下基坑揚(yáng)塵的治理案例，分析混凝土攪拌站基坑揚(yáng)塵的特點(diǎn)及投料地下基坑現(xiàn)狀，闡述治理設(shè)計思路和方案，為攪拌站地下基坑環(huán)境治理工作提供參考。

1 攪拌站投料地下基坑現(xiàn)狀

某混凝土攪拌站地下基坑的長×寬×高尺寸為22 000 mm×4000 mm×5000 mm，四周為混泥土結(jié)構(gòu)。地下設(shè)備結(jié)構(gòu)整體由方鋼支架支撐，兩端有剪刀叉拉結(jié)加強(qiáng)筋，縱向在每個支撐柱上設(shè)置了斜加強(qiáng)支撐，框架尺寸長×寬×高約為12 000 mm×2000 mm×3500 mm?？蚣苤雾敳繛樯下┒?，中部為上漏斗與下漏斗的結(jié)合空間，上漏斗在其下部每個分成2 個小錐形漏斗+氣動控制門，下漏斗每個承接上漏斗2 個料口。下漏斗頂部面的尺寸長×寬×高約為3200 mm×2000 mm×1500 mm，在0～1000 mm 高度空間為輸送皮帶的安裝位置，輸送皮帶寬度約800 mm，兩側(cè)走道寬度約為800 mm～1000 mm（圖1）。

圖1 地下基坑現(xiàn)狀

2 治理分析與設(shè)計思路

地下基坑內(nèi)，1 層料斗在工作時間內(nèi)連續(xù)向2 層料斗內(nèi)進(jìn)料，2 層料斗向皮帶機(jī)下料過程中產(chǎn)生連續(xù)的粉塵，揚(yáng)塵量較地面層要小。使用單位要求對其進(jìn)行吸塵除塵處理，同時利用地下基坑1 層風(fēng)管延伸到往上輸料皮帶的前端，通過收塵罩將轉(zhuǎn)接處的揚(yáng)塵收掉。最底下的輸送皮帶另一端的揚(yáng)塵與落灰，利用地下基坑內(nèi)的2 層風(fēng)管，在合適位置開出收塵罩口進(jìn)行收塵。

針對地下基坑面以上各區(qū)間揚(yáng)塵的設(shè)計思路：在揚(yáng)塵區(qū)間四周采用條狀吸塵口，面向揚(yáng)塵發(fā)生面連續(xù)進(jìn)行吸塵除塵處理。計算確立總吸風(fēng)管道的規(guī)格及分支（分區(qū)）吸塵管道的規(guī)格，并通過基坑兩端的空置區(qū)域引到除塵器上箱體的進(jìn)口。

3 治理方案

3.1 計算收塵口面積和收塵管規(guī)格

3.1.1 主分支風(fēng)管規(guī)格

按輸送皮帶前端收塵風(fēng)量為4000 m3/h，后端為2000 m3/h，地下基坑兩側(cè)1 層與2 層各為25 000 m3/h。以總收塵管道規(guī)格為1000 mm×500 mm 的計算假定數(shù)據(jù)，則采用的主風(fēng)管寬度為1000 mm，由除塵器進(jìn)風(fēng)管下來的第1 主分支管道的厚度規(guī)格為：

因此選取1000 mm×320 mm 的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格風(fēng)管。

3.1.2 第2 分支管路規(guī)格

按第1 層的與第2 層每側(cè)總風(fēng)量為30 000 m3/h計算，分支管路的厚度仍然采用320 mm 規(guī)格，則兩層中每側(cè)用于下料漏斗及皮帶輸送段的總收塵風(fēng)量為：

每側(cè)1 層用于下料漏斗與皮帶輸送段的風(fēng)量為：

對地下基坑內(nèi)兩側(cè)每層的風(fēng)量進(jìn)行估算。第1 層總風(fēng)量Q1=13 500+2000=15 500 m3/h；第2 層總風(fēng)量Q2=13 500+1000=14 500 m3/h。

計算第2 分支管道管徑規(guī)格，規(guī)定分支管道的厚度與第1 分支管道的厚度一樣。則第2 分支管路第1層的管道寬度為：

取標(biāo)準(zhǔn)矩形風(fēng)管的規(guī)格為500 mm×320 mm。

則此段管道截面內(nèi)的實際過風(fēng)速率為：

第2 分支管路第2 層的風(fēng)管寬度為：

取標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)管的規(guī)格為500 mm×320 mm。

則此管段截面積內(nèi)的實際過風(fēng)速率為：

依據(jù)除塵專業(yè)經(jīng)驗，對于水泥粉塵水平管道的風(fēng)速≥18 m/s，垂直管道的風(fēng)速≥16 m/s，管道內(nèi)基本不會沉降水泥粉塵。以上計算數(shù)據(jù)均大于經(jīng)驗數(shù)據(jù)值，因此滿足使用要求。

3.1.3 條狀縫隙收塵的縫隙寬度

第1 層按總風(fēng)量為13 500 m3/h 用于吸收4 個料斗側(cè)面的粉塵，已知側(cè)面總長度為4×3.2=12.8 m，風(fēng)速按20 m/s 計算，則條狀縫隙的寬度為：

則實際的收塵速率為：

第2 層按總風(fēng)量為13 500 m3/h 用于吸收4 個料斗側(cè)面的粉塵和皮帶前端，已知側(cè)面總長度為4×3.2=12.8 m，風(fēng)速按20 m/s 計算，則條狀縫隙的寬度為：

實際開出的條狀縫隙寬度為15 mm，則實際的收塵速率為：

由于下料斗與輸送皮帶之間產(chǎn)生的揚(yáng)塵相對要小一點(diǎn)，因此這個吸風(fēng)速度可以滿足需要。

條狀吸風(fēng)縫隙孔開出后，最好有一個喇叭狀罩口，以防止吸入無效風(fēng)，將有限的吸風(fēng)氣流盡可能多地用到地面料斗下到基坑1 層料斗間產(chǎn)生的揚(yáng)塵收塵上。

3.2 計算各段通風(fēng)面積和規(guī)格

3.2.1 基坑內(nèi)1 層各段風(fēng)管規(guī)格

第1 段過風(fēng)量為15 500 m3/h，用500 mm×320 mm的矩形風(fēng)管，則依據(jù)前面的計算結(jié)果，風(fēng)速為27 m/s。

第2 段風(fēng)量為13 500×3/4+2000＝12 125 m3/h，風(fēng)速30 m/s，則斷面面積為S2＝Q2/（30×3600）＝12 125/108 000＝0.112 5 m2，用矩形管400 mm×320 mm。按風(fēng)管板厚為3 mm 計算實際過風(fēng)速度為27.22 m/s，與前端風(fēng)速匹配。

第3 段風(fēng)量為13 500×1/2+2000＝8750 m3/h，風(fēng)速30 m/s，則斷面面積為S3＝Q3/（30×3600）＝8750/108 000＝0.081 m2，用矩形管規(guī)格為400 mm×250 mm。則實際過風(fēng)速率為（按板厚為3 mm 計算）25.7 m/s，接近27 m/s 的前端風(fēng)速，管道內(nèi)產(chǎn)生的阻力波動可控制。

第4 段風(fēng)量為13 500×1/4+2000＝5375 m3/h，風(fēng)速30 m/s，則斷面面積為S4＝Q4/（30×3600）＝5375/108 000＝0.049 77 m2，用矩形管320 mm×160 mm。按矩形封罐的壁厚為3 mm 計算，則實際的過風(fēng)速率約為31 m/s。此風(fēng)速相對27 m/s 的風(fēng)速波動不是很大，同時由于此段揚(yáng)塵較多，所以是比較合適的風(fēng)速。

輸送皮帶段管道風(fēng)速的計算與管道規(guī)格的選?。喊达L(fēng)量為4000 m3/h 計算，風(fēng)速選定為30 m/s，則需的管道截面積為S=0.037 m2，選用320 mm×160 mm 的管，按管道壁厚為3 mm 計算，則實際過風(fēng)速率約為23 m/s。

3.2.2 基坑內(nèi)2 層各段風(fēng)管規(guī)格

第1 段過風(fēng)量為14 500 m3/h，用500 mm×320 mm的矩形風(fēng)管，則依據(jù)前面的計算結(jié)果，風(fēng)速為25.2 m/s。

第2 段風(fēng)量為13 500×3/4+1000＝11 125 m3/h，風(fēng)速30 m/s，則截面面積為S2＝Q2/（30×3600）＝0.103 m2，用矩形管400 mm×320 mm。按風(fēng)管板厚為3 mm 計算實際過風(fēng)速度為25 m/s，與前端風(fēng)速接近，匹配。

第3 段風(fēng)量為13 500×1/2＝6750 m3/h，風(fēng)速30 m/s，則斷面面積為S3＝Q3/（30×3600）＝0.063 m2，用矩形管規(guī)格為400 mm×200 mm。則實際過風(fēng)速率為（按板厚為3 mm 計算）24.5 m/s，接近25 m/s 的前端風(fēng)速，管道內(nèi)產(chǎn)生的阻力波動可控制。

第四段風(fēng)量為13 500×1/4＝3375 m3/h，風(fēng)速30 m/s，則斷面面積為S4＝Q4/（30×3600）＝0.031 m2，用矩形管320 mm×160 mm。按矩形封罩的壁厚為3 mm 計算，則實際的過風(fēng)速率約為19.4 m/s。此風(fēng)速相對25 m/s的風(fēng)速波動較大，可以改用250 mm×160 mm 的矩形風(fēng)管，實際理論風(fēng)速為24.4 m/s，相對25 m/s 的風(fēng)速波動不大。

輸送皮帶另一端風(fēng)速的計算與管道規(guī)格的選?。喊达L(fēng)量為2000 m3/h 計算，風(fēng)速選定為30 m/s，則需的管道截面積為S=0.019 m2，選用160 mm×160 mm 的管，按管道壁厚為3 mm 計算，則實際過風(fēng)速率約為23.4 m，與25 m/s 的主管風(fēng)速接近。

3.3 地下基坑內(nèi)除塵收風(fēng)管道布置

1 層側(cè)面風(fēng)管布置：皮帶末320 mm×160 mm；4 段320 mm×160 mm；3 段400 mm×250 mm；2 段400 mm×320 mm；1 段500 mm×320 mm。2 層側(cè)面風(fēng)管布置：皮帶頭160 mm×160 mm；4 段320 mm×160 mm；3 段400 mm×200 mm；2 段400 mm×320 mm；1 段500 mm×320 mm。地下1 層、2 層除塵管道平面布置如圖2 所示。

圖2 除塵風(fēng)管平面圖

3.4 排氣管道的設(shè)計與利用

地下基坑內(nèi)除塵器的離心風(fēng)機(jī)出口排氣管道設(shè)計構(gòu)想為全部通過管道引流到地面，最后引至除塵器，通過安放在地面上的除塵器將粉塵過濾后排到大氣中。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，攪拌站地下設(shè)備布置室有3 個主要通風(fēng)面，1 個是送料皮帶通廊截面，截面尺寸估算為12 m2；另外2 個是左右側(cè)通向地面的通風(fēng)面，尺寸約為6.4 m2，因此總通風(fēng)面積S=12+2×6.4=24.8 m2。

3.5 除塵風(fēng)管管道阻力核算

本系統(tǒng)中阻力最大的管路為輸送皮帶送料段收塵罩口管路，其管路系統(tǒng)中包含主管路1 個變徑管、1 個90°彎頭、1 個三通；第1 層分支管路1 個彎頭、1 個三通、4 個吸風(fēng)側(cè)變徑管件、2 個吸風(fēng)側(cè)90°彎頭、1 個小口徑三通管件、1 個吸風(fēng)罩變徑管件。90°彎頭的阻力系數(shù)統(tǒng)一按0.25/只，三通阻力系數(shù)按0.35/只，變徑管件的阻力系數(shù)按0.12/只考慮，開條縫的管路直管段按7 Pa/m 考慮。出口管路上有1 個離心風(fēng)機(jī)出口變徑管件、1 個三通管件、2 個90°彎頭阻力管件，條片狀孔管道按5 Pa/m 考慮。地下層除塵器系統(tǒng)管路阻力估算，以離除塵器最遠(yuǎn)1 個吸風(fēng)罩為列，則管路阻力損失ΔP上估算為1356 Pa。假定除塵器阻力為1200 Pa，風(fēng)機(jī)阻力為100 Pa，則總阻力P下總＝1356+1200+1000＝2656 Pa。

3.6 地下料斗和皮帶輸送機(jī)除塵系統(tǒng)的選擇

3.6.1 離心風(fēng)機(jī)

依據(jù)前面的計算，地面除塵系統(tǒng)所需的風(fēng)量約為60 000 m3/h，系統(tǒng)壓力損失約為2656 Pa。根據(jù)上述參數(shù)，除塵系統(tǒng)的離心風(fēng)機(jī)選用SAB-ZG-I 系列14 型，其主要參數(shù)參見表1。

表1 SAB-ZG-I 系列14 型離心風(fēng)機(jī)主要參數(shù)

3.6.2 除塵器

選用濾筒式除塵器，采用Φ325-1200 型覆膜納米級濾筒，過濾精度≥0.3 μm，過濾效率99.9%。在實際運(yùn)用過程中，通過第三方檢測出來的水泥粉塵排放濃度≤10 mg/m3，滿足現(xiàn)行國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)控制的排放濃度要求。過濾面積12 m2/只，單個潔凈濾筒的理論透氣量為3024 m3/h。工作狀態(tài)下，按潔凈濾筒40%的最大透氣量計算為1440 m3/h，按最大流量56 815 m3/h 計算，約需要39.5 只濾筒，選用40 只濾筒。選用的除塵器主要參數(shù)見表2。

表2 除塵器主要參數(shù)

4 結(jié)束語

綜合上述分析計算，地下部分選用一臺風(fēng)量為60 000 m3/h 左右的除塵器及管路系統(tǒng)進(jìn)行除塵處理。該方案的成功應(yīng)用充分說明高效濾筒除塵器除塵效率高、凈化效率高，效率可達(dá)99.99%。高效濾筒除塵器還具有除塵器阻力小、入口濃度范圍寬、可處理高粉塵濃度的氣流、過濾風(fēng)速范圍寬、過濾面積大、布局緊湊等優(yōu)點(diǎn)。

隨著城市化的蓬勃發(fā)展，混凝土的需求呈快速增長趨勢，環(huán)保單位和攪拌站工作人員對“看不見”的環(huán)境要求越來越高，做好預(yù)拌混凝土企業(yè)揚(yáng)塵防治工作，減少主要大氣污染物排放，對打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)具有重要的作用。本文介紹了攪拌站地面以下粉塵的設(shè)計過程，通過在企業(yè)現(xiàn)場的精心安裝調(diào)試使用，濾筒除塵器達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行穩(wěn)定，徹底改善了粉塵飛揚(yáng)溢出污染環(huán)境的情況，為商砼攪拌站企業(yè)和環(huán)保設(shè)備供貨商提供設(shè)計參考。