滤筒除尘器在散粮卸船机上的应用

严云修，周福宝，周正海，卢 毅，陈 军，王志河，胡育铭，丁爱斌

1.中央储备粮镇江直属库有限公司 （镇江 212000）

2.中国矿业大学 安全工程学院 （徐州 221116）

近年来，随着我国经济的迅猛发展和世界贸易的需要，粮食装卸和仓储体系日趋完善，大宗散粮装卸量大幅增长。在保障城市供给以及战略储备之余，散粮在其装卸、储运过程中极易产生大量粉尘，目前日益频繁的散粮仓储作业势必会引起更为严重的粉尘排放问题［1］。尤其在水系周围，较为强烈的风流会携带粉尘迅速扩散，是周边空气中PM2.5、PM10以及可吸入性颗粒物质的主要来源；同时大量学者曾对粮食仓储作业过程中产生的粉尘浓度及理化性质进行研究，发现其与呼吸系统疾病、尘肺病、皮肤病等有很大关联［2－3］。出于环境保护以及职业卫生的需求，在保证作业效率的前提下控制其粉尘污染问题，成为目前粮食仓储作业亟需解决的难题。

埋刮板卸船机主要用于巨型散粮船的连续卸船作业，具有能耗小、输送能力大、效率高等特点，给散粮仓储作业带来便利的同时也造成了较为严重的粉尘污染［4］。从业人员处于长期接尘环境中，极易罹患尘肺病、皮肤病等相关疾病。目前袋式除尘器被广泛应用于散粮装卸降尘，但其存在着明显的不足。长时间运行后，不仅滤袋表面板结现象严重，滤袋之间容易出现粉尘“架桥”现象，导致除尘器阻力增高［5］。而且清灰困难，容易导致大量粉尘堆积在锥斗中堵塞除尘器，甚至可能倒灌至风流管路中。因此，迫切需要研发一种有效的降尘装备，以降低散粮仓储作业过程中所产生的粉尘浓度。

目前滤筒除尘技术在除尘领域有着广泛的应用，与传统的袋式除尘技术相比，在相同体积下其过滤面积为滤袋2～3倍，运行阻力小，清灰效果好，堵塞概率低，过滤精度更高，可有效过滤对人体伤害较大的可呼吸性粉尘。然而，利用滤筒除尘技术抑制散粮仓储作业过程中所产生粉尘的研究尚未见到报道。因此，有必要研究滤筒除尘技术在散粮仓储作业降尘中的应用，并利用现场实测数据对滤筒除尘器降尘效果进行分析及验证。

在分析散粮仓储作业粉尘特性的基础上，研发了一种适用于散粮装卸降尘的滤筒除尘装备，以更有效的控制粉尘，并应用于埋刮板卸船机散粮装卸流程中。在我国，这也是第一次将滤筒除尘器应用到埋刮板卸船机散粮仓储作业流程中，具有重要的指导意义。

1 埋刮板卸船机散粮装卸中粉尘特性分析

在散粮装卸过程中，粮食经由取料头、倾斜刮板输送机、水平刮板输送机到达码头皮带输送机。在散粮转运处（倾斜刮板输送机与水平刮板输送机、水平刮板输送机与码头皮带输送机），散体物料受重力影响自由下落。物料的大量下落会携带外界空气进入，形成与物料掉落方向相反的气流，夹带大量粉尘向外逸散，污染周边环境。

当装卸物料为夹带粉尘较多的大豆、小麦等时，装卸流程中转载点产生的粉尘会迅速增加。在现场卸船机装卸大豆时，对逸散粉尘进行取样，经由S3500系列激光粒度分析仪检验，粒径分布如图1所示。呼吸性粉尘主要是指空气动力学直径在5μm以下的粉尘，能沉积于人体呼吸系统及肺泡中，对健康危害极大。从图1可知，散粮装卸过程中产生的粉尘中呼吸性粉尘占比高达12.16%，粒径小于100μm 以下的粉尘占比达87.53%。粉尘粒径越小，悬浮在空气中的时间越长，对环境的危害越大。散粮装卸过程中产生的粉尘极易随风流在空气中扩散，不仅会对作业人员健康不可治愈的伤害、导致附近作业环境能见度极低，而且是周边环境空气污染性颗粒物的主要来源之一。因此，有效控制散粮装卸产尘问题十分重要。

图1 粒径分布图

2 滤筒除尘器降尘机理及装置

如图2所示，提出了散粮装卸作业中滤筒除尘器降尘系统。装置整体布置在埋刮板卸船机门架上方。在卸船机正常作业流程中，开启离心式抽出风机，在强烈的负压作用下含尘气流经吸尘罩、通风管路被吸入除尘器过滤室；在过滤室中，一部分大颗粒粉尘由于碰撞作用、重力作用发生主动沉降，其余细微粉尘由滤筒的过滤作用截留在滤筒外壁，洁净气流穿过滤筒壁面经由离心式抽出风机排放至大气环境中；随着除尘系统的长时间运行，被截留在滤筒外壁的粉尘不断堆积，粉尘层厚度逐步增加，运行阻力随之增大［6］；在整体运行阻力达到一定阈值时，脉冲清灰系统自动启动，压缩空气通过喷吹管在极短的时间内以较高的速度喷射入滤筒内部，同时诱导大量空气以形成冲击波，导致滤料膨胀、抖动，从而使被截留在滤筒外壁的粉尘掉落；掉落的粉尘在灰斗中堆积，通过卸灰阀掉落至下方水平刮板输送机内。

图2 滤筒除尘器系统图

滤筒除尘系统主要包括：过滤系统、清灰系统、卸灰系统、壳体、吸尘罩、通风管路、花板、导流板、离心式抽出风机等。其中过滤元件为褶皱式滤筒，采用上卡扣连接方式固定，滤筒尺寸为Φ230 mm（外径）×Φ200 mm（内径）×660 mm（高度），过滤精度2～5μm，褶深30 mm，褶皱数75，单一滤筒过滤面积为3.2 m2。褶皱式滤筒特殊的褶式构造相比滤袋能够有效增加过滤面积，同时过滤材料经阻燃抗静电特殊处理，可有效避免因粉尘摩擦有可能引起的自燃以及粉尘爆炸事故的发生。其余相关主要技术参数见表1。

序号 项目 指标1 净化风量／（m3／min） 80～100 2运行阻力／Pa 400～1 200过滤面积／m2 76.8 4 3吸尘罩尺寸／mm 400×400 5风管尺寸／mm 500×300 6除尘效率／% ≥92

3 现场应用及分析

某公司埋刮板卸船机门架上方布置滤筒除尘器后，进行了一系列的应用试验。滤筒除尘器的应用显著降低了散粮装卸过程中产生的粉尘浓度，提高了周围环境能见度。

为了进一步确定滤筒除尘器的降尘效果，卸船机正常工作时，分别在水平刮板输送机末端转载产尘点处以及离心式风机出口1 m 处布置了两个测尘点。采用JC－1000手持式粉尘检测仪分别对总粉尘浓度以及呼吸性粉尘浓度进行测量。此仪器采用光散射法，通过测量散射光强度，经过转换求得粉尘质量浓度。在单一设备上即可同时、实时显示总粉尘浓度以及呼吸性粉尘浓度，可有效避免因滤膜采样法需更换滤膜以及称重带来的人为误差，提高了测量结果的精度。在滤筒除尘器开启时分别对上述两个测点进行三次测试，并求平均值，详见表1。其中，每次测量数据采样时间为5 min，采样流量为3.0L／min，表中所示粉尘浓度数据均为其平均值。

从表2中可以看出，滤筒除尘器的使用极大降低了散粮装卸过程中产生的粉尘浓度。通过滤筒除尘装置的使用，水平刮板输送机末端转载点处平均总粉尘浓度从89.5 mg／m3降低到风机出口1 m处4.2 mg／m3，呼吸性粉尘平均浓度从8.9 mg／m3降至0.6 mg／m3。可以用下式来计算除尘效率：

式中，η为除尘效率；c1为是除尘前的粉尘浓度，mg／m3；c2为是除尘后的粉尘浓度，mg／m3。为了方便统计，取ηt 为总粉尘除尘效率，为ηr 呼吸性粉尘除尘效率。

表2 粉尘浓度现场测试数据表 mg／m3

根据表2以及公式，可以分别计算总粉尘以及呼吸性粉尘的除尘效率。

如图3所示，经计算，总粉尘以及呼吸性粉尘除尘效率分别为95.19%和93.26%，总粉尘浓度低于8 mg／m3，呼尘浓度低于1 mg／m3，符合中华人民共和国国家职业卫生标准（GBZ2.1—2007）工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素中对作业场所空气中粉尘浓度的标准［7］：在粉尘中游离SiO2浓度小于10%时，总粉尘浓度不超过8 mg／m3。

图3 测点除尘效率对比图

4 结论

（1）散粮装卸过程中会产生大量粉尘，其中对人体危害较大的呼吸性粉尘占比也相对较高。传统的袋式除尘技术在实际运用中出现了“糊袋”、“灰斗堵塞”等诸多问题，除尘效果较差，逸散的粉尘不仅对从业人员职业健康造成了较大损伤，而且成为周围环境中可吸入性颗粒物的主要来源之一。因此，提出了利用滤筒除尘新技术来解决散粮装卸过程中粉尘问题。

（2）设计了用于散粮装卸过程滤筒除尘方法及装置。该装置采用滤筒作为过滤元件，利用高压空气射流作为清灰动力，净化风量为80～100 m3／min，过滤面积为76.8 m2，过滤精度2～5μm，理论除尘效率大于90%。

（3）在埋刮板卸船机上的应用结果表明，滤筒除尘器总粉尘以及呼吸性粉尘除尘效率分别为95.19%和93.26%，粉尘排放浓度均符合国家相关标准。滤筒除尘器能更好的解决散粮装卸过程中粉尘污染问题，具有广阔的应用前景。