桥式抓斗卸船机喷淋改造

王荔宁

（南京扬子物流有限责任公司，江苏 南京 210000）

1 喷淋系统改造背景

1.1 3#码头卸船机工艺流程

煤炭经江海轮运输至扬子石化3#码头，由桥式抓斗卸船机从船舱抓取，由小车托运至锥形料斗上方卸煤，通过料斗出料口至接料皮带机，再送至出料皮带机，最后通过码头皮带机运至圆仓或电厂。上料防尘板起到的作用是预防粉尘飞扬，料斗口处配备喷嘴和供水管道，卸船机的水箱泵可提供管道涌水，利于流体输出。

1.2 卸船机喷淋系统工艺流程

喷淋系统由离心泵、水箱、截止阀、水管、电磁阀和喷嘴组成。码头消防水经消防水带将水输送到机内水箱中，水箱上设有高、低水位控制，喷水泵出水口到卸料漏斗，上层喷嘴喷雾洒水。电气PLC重点控制卸料漏斗的电磁阀，抓斗所处位置为漏斗上方时，卸料漏斗开始卸料，接通电源后离心式喷嘴可进行洒水，当抓斗卸完料，离开漏斗上方，电磁阀被延时断电关闭，喷嘴停止洒水，喷嘴单次开启闭合时间为每次10 s。

1.3 卸船机扬尘管控

随着港口运输经济的迅猛发展，煤炭作为主要能源需求运输量不断增加，货物长期堆放难免会出现起尘现象，这对港口周围生态环境造成巨大影响，同时还伴随货损情况。经实地调查发现，现阶段我国大部分港口的大气TSP数值明显超标，部分老港区中心地带降尘值达到400吨/月·平方公里；有些港口粉尘污染量占所在城市全部粉尘污染量的50%以上，构成较严重的污染问题[1]。经验表明，当原煤的表面水分保持在8%～10%时，煤尘基本得到控制，目前原煤加湿是控制输煤系统扬尘最有效的方法之一，而要实现原煤加湿则需要通过喷淋装置来实现[2]。

喷淋除尘的工作原理是将压力水转化成水雾罩，以达到最佳的雾化效果，降低水的消耗量，提升水滴与尘粒之间的碰撞力度，展现出最佳除尘效果。含尘气体的湿度达到一定程度时，尘粒聚集在一起，形成一个较大体积附着在燃料表层，可将其转运至原煤仓，以实现粉尘净化效果。桥式抓斗卸船机治理扬尘的关键在于系统源头压尘，重点治理卸船机卸车时料斗卸料的作业环节煤尘，卸车机配备1个4.0 m3的水箱，卸车时在料斗上部对称设置8个喷嘴形成水幕使扬尘被封闭，从而达到降尘防尘的目的；同时在卸船机接料带和给料带转接部位设置防尘帘及喷嘴，进一步降低煤尘飞扬。

1.4 喷淋系统改造更换原因

消防水含有石子、灰尘等杂质，设备缺少水质过滤装置，经常堵塞喷嘴，增加维修频次，影响正常卸煤作业的运行效率；喷水泵压力不够，功率偏低，喷嘴出水不够流畅，喷洒直径仅有1 m；喷嘴选型不佳，不可以雾化调节，不可以将料斗全覆盖，仅仅只有直线的水柱喷出，且水柱仅有1 m射程，不能将料斗全覆盖，防尘效果不佳；近几年，国家重点监控码头防尘治理工作成效，对环保的要求比以前更严格，对设备的防尘效果提出更高的要求；员工每天吸入作业环境中的煤尘，身体健康无法得到保证，例如“尘肺病”又称“矽肺”，通常是由于在职业环境中长期吸入生产性粉尘而造成的，尤其是煤中游离二氧化硅的高含量而导致的危险。因此，有必要对喷淋系统进行提升改造，提高防尘效果。

2 改造情况

利用平时设备不工作的间歇时间，在水箱出水口安装不锈钢前置过滤器，根据进水压力和出水流量选择净乐澄不锈钢前置过滤器型号为大胖高压款，进水压力范围适用0.1～1.5 MPa，出水流量6～20 t，过滤精度40 um。

对于前置过滤器型号要合理选择，根据港口运输要求及泵类产品使用情况选用合适的设备[3]，保证水泵可以稳定工作，以降低生产成本。若设备选型不合理，直接影响水泵运转状态。通常来讲，判定水泵的选型是否科学可从以下几个方面入手：1）水泵持续处于高效运行，减少能源消耗量；2）水泵内结构件可长时间使用，不用进行定期更换，也缩减了设备维修成本；3）水泵稳定运行，符合卸船机实际需求[4]。传统水泵选型要先考察现场安装条件，确定可满足喷淋系统流量，依据管道布设情况得出喷淋系统正常工作所需要的扬程，在收集一部分水泵产品样本后可确定出选用水泵型号。针对卸船机的喷淋改造项目，通过根据泵最高工作压力、使用温度、介质3个主要选型条件，通过对比分析，选择IRG40-250立式单级离心泵及配套变频稳压系统，配用功率由5.5 kW提升到7.5 kW，扬程可以达到80 m，同时增加空气压力罐和变频器配套设备达到稳定系统压力在0.7 MPa条件下，卸船机喷淋系统实现了在恒定压力下稳定运行。

离心式喷嘴所形成的雾化可通过液膜的快速转动，形成强大的离心力，在与空气发生一系列的反应之后形成了连续液雾，卸船机喷淋系统雾化状况表现出明显优势，离心式喷嘴在不同环境下都可平稳运转，雾化设备在其他类型动力设备上也得到了广泛应用[5]。有学者模拟了离心式喷嘴及直通喷的运行过程，得到了相关参考数据，从数据结果来看，离心式喷嘴与普通直通喷相比较，离心式喷嘴雾化速度平均，可达到实际应用喷射要求；离心式喷嘴出口轴向速度衰减所需时间更短，在轴向速度的作用下，雾化覆盖面积更大[6]。离心式喷嘴内的流体出现回流后受空气的卷吸影响，空气锥出露于喷嘴位置，流体呈膜状旋转同时将液体喷出，离心式喷嘴最为突出的优点是展现出空心锥的雾化性能。当内锥角达到90°，流体分布均匀，降低流体损失率。离心螺旋角为15°左右时，喷嘴内部流场轴向速度和切向速度相对较大，压损较低，最为优化。通过更换原先射程仅为1 m的直线水柱普通喷嘴为射程达到3 m的离心式可调节雾化喷嘴，喷出的水雾可将料斗上方全面覆盖，不易堵塞，具体喷嘴选型实验分析（见表1）；同时原先喷嘴的出水流量为1.2 m3/h,现在喷嘴出水流量为0.5 m3/h，假设喷嘴不堵塞的情况下，日常1条船装卸量在3700 t，抓斗1次作业量为10 t，1条船喷嘴需要开启闭合370次，1次设定喷淋时间10 s，整条船作业完毕需要喷淋运行时间为61 min，使用水的量为0.5 m3，理论上可以节约58%的消防水，实际使用中工人加水频次由原来的1船2次改为1船1次，喷嘴的改进不仅提升了喷淋效果，还节约水资源。

表1 喷嘴选型实验分析

3 改造效果分析及改进

3.1 改造后喷淋效果

通过对喷淋整体系统的优化和提升，改造后喷淋系统工艺流程如图1所示。水箱喷淋出水口通过过滤器、离心泵、稳压系统、到达料斗喷嘴及皮带喷嘴，观察到料斗上方雾化效果可达到全覆盖，大大降低了扬尘的风险，提高环保质量。将改造前后的喷淋效果进行目视对比如图2所示，改造后喷嘴的雾化水可明显看到相较之前的效果更好，全面覆盖了料斗上方，起到防尘治理效果。

图1 喷淋系统工艺流程图

图2 改造前后喷淋效果对比

3.2 改造前后粉尘监测浓度对比

喷淋系统改造完成后，通过调试变频器压力，分别设置系统压力在0.5 MPa、0.6 MPa、0.7 MPa和0.8 MPa条件下，试运行喷淋系统效果，观察喷嘴效果，发现随着压力升高，喷嘴射程越远，雾化效果越好，并且压力在0.7 MPa时喷嘴射程已经完全将料斗覆盖，故变频器压力设定为0.7 MPa，喷淋系统在0.7 MPa压力下可以稳定运行，喷淋效果有效提升。将改造前后的粉尘在线监测数据进行对比见表2，改造后粉尘在线监测浓度从原先的125 ～145 ug/m3降低至77 ～85 ug/m3，防尘效率提升了37%～45%，明显提升了防尘降尘效果，说明喷淋系统改造效果显著。

表2 改造前后粉尘在线监测数据对比

4 结语

为适应环保管理要求，在进行卸船机喷淋系统改造后，通过增加前置过滤器，使出水水质颗粒度低于40 um，大大降低了喷嘴堵塞的风险。离心泵功率从5.5 kW提升到7.5 kW，扬程可以达到80 m，同时变频配套设备控制系统在0.7 MPa条件下稳定运行，保证了喷淋系统在恒压下高效运行。离心式可调节雾化喷嘴的改进，喷头出水口和内流道断面增大，提高了雾化喷淋效果，节约了58%的水资源。

根据3#码头实时粉尘在线监测结果可以看出，改造后粉尘在线监测浓度从原先的125～145 ug/m3降低至77～85 ug/m3，防尘效率提升了37%～45%，可以达到国家环保相关控制标准。