码头散货堆场的喷雾机降尘技术与工程应用

黄露溪

(广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530029)

0 引言

扬尘是空气污染的典型表现形式，其形成原因主要是风力、人为及其他因素将地面上的尘土带动飞扬进入大气，是一种开放性污染源引起的总悬浮颗粒物类污染。区域扬尘现象严重，短期内就会对附近居民的健康产生直接影响。同时，扬尘的无序排放，也会直接影响区域环境[1]。现有常用防治措施在经济性、环保性和适用性等方面均有缺陷。

随着经济的发展，港口货物吞吐量持续增加，码头散货堆场的扬尘防治已经成为港口污染治理的一项重要而艰巨的工作。已经有学者对码头散货堆场扬尘污染防控评价指标体系进行了深入研究[2]。研究结果表明，当前码头散货堆场的扬尘防治仍应以末端治理为主。因此，研究一种经济、适用、高效和环保的扬尘防治技术，并提出其工程设计方法应用具有重要意义。

1 现有粉尘防治措施优劣分析

根据相关规范，风速和颗粒含水率是码头散货堆场扬尘量的主要影响因素。码头散货堆场的扬尘量与风速成正比，与颗粒含水率成反比。因此，码头散货堆场粉尘防治的方法主要有两种。

(1)方法1：通过设置风障降低来流速度，进而减少起尘量。对应的防尘措施有防风抑尘网、防风林、风障装置、覆盖压实和集尘装置等。

(2)方法2：通过降水等手段来保证粉尘颗粒表面湿润，提高粉尘颗粒间的粘结力，进而提高扬尘的起动风速，降低起尘量。对应的防尘措施有定点喷洒、流动喷洒和抑尘剂等。

各类常用粉尘防治措施效果对比如表1所示[3-5]。根据表1所示，各种粉尘防治措施在适用范围、可操作性和防尘效率等方面均有优劣。其中，喷洒及其相关措施因其起效快、降尘作用大和操作简单在实际工程中应用最多。但也存在缺点：(1)喷洒措施所需用水量大，易造成二次污染；(2)喷洒水柱产生的下落水滴颗粒与粉尘颗粒粒径相差悬殊，两者难以相互充分吸附、融合，综合治理效率低[6-7]。

表1 散货堆场粉尘防治措施效果对比表

2 喷雾机降尘的可行性分析

2.1 喷雾降尘的原理

微细水雾除尘技术是利用水滴粘结粉尘，形成大颗粒下沉的除尘技术。粉尘颗粒可以通过与水粘结而聚结增大的原理，让细小的粉尘通过等径水滴(如风送水雾颗粒)或加入化学剂(如表面活性剂)的相互作用，减小水表面的张力，使粉尘颗粒与水雾聚结成团，在重力作用下，最后沉降到地面，达到增加空气湿度、降低空气中尘埃等有害物质浓度、美化环境的目的[8]。

2.2 水雾粒径的选择

倪俊[9]和马素平等[10]研究发现，水雾降尘效率与喷嘴压力、水雾粒径和粉尘粒径间具有相关性。

(1)

式中：η——降尘效率(%)；

Ud——雾滴运动速度(m/s)；

Ug——粉尘随空气流动速度(m/s)；

Q——雾滴体积流量(m3/s)；

Dc——雾滴粒径(m)；

β——坎宁汉滑动修正系数；

dp——粉尘粒径(m)；

ρp——粉尘密度(kg/m3)；

μg——气体黏度(Pa·s)。

通过分析式(1)可知，喷嘴压力的大小和水雾粒径的大小直接关系到喷雾机降尘的效果，水雾粒径越小降尘效率越高，这一结论也得到了多个研究的证实[11-12]。

如水雾颗粒直径大于粉尘颗粒(<1 MPa的低压水喷射)：粉尘将伴随水雾周围气流运动，水雾颗粒和粉尘颗粒接触很少或者根本没有机会接触，达不到抑尘作用。

如水雾颗粒过小或远低于粉尘颗粒大小(干雾、微雾)：粉尘与水聚结概率更大，但粉尘要有足够的时间才能变大加重，最后降落，此时由于水雾的颗粒太小，有些水雾已经粘结了部分小的粉尘，受现场风力、气压等影响大部分已经漂移到非作业区域，或者更远的地方，反而对尘源起到了扩大的作用，不利于环境的改善，治理效果不理想。

如水雾颗粒与粉尘颗粒大小接近(细水雾)：根据物质“相似相容”的特性，粉尘颗粒运动时就会与水雾颗粒碰撞、接触而粘结一起，并因重力作用很快沉降到地面，此时降尘效果最好。

经对比得出结论：当水雾的颗粒与粉尘颗粒大小接近时，降尘效果最好。

2.3 喷雾降尘工具的选择

喷雾降尘工具分为固定式喷雾机系统和移动式喷雾机系统两种。固定式喷雾机系统一般由水泵、管网和喷雾机组成，实现固定区域的喷雾降尘；移动式喷雾机系统是一种移动式的单点喷雾降尘设备，方便灵活，但需要人工操作，不适合大面积的堆场区域。

喷雾机通过管道，由喷头扩压将水高度雾化，从而形成30～250μm大小的水雾颗粒，水雾颗粒大小与粉尘颗粒大小一致，使粉尘颗粒迅速粘结、聚结增大，并在自身重力作用下沉降。

3 喷雾机降尘工程应用实例

3.1 工程概况

钦州港大榄坪南作业区北1#～3#泊位新增货种项目后方陆域改造工程为改建项目，在不改扩建码头区域、岸线，不增加水工结构，不改变泊位设计吞吐量的情况下，在现有工程基础上完善安全、环保、消防、应急设施，新增矿石、煤炭、粮食等货种装卸、堆存作业区，新增堆场风蚀扬尘、卸船扬尘、装车扬尘、装堆扬尘、取料扬尘等处理设施。

扬尘排放主要参数如下：

污染物名称：颗粒物；

预计产生量(t/a)：26.320 9；

准许排放量(t/a)：2.925 7。

扬尘主要来源与粒径如表2所示。

表2 散货堆场扬尘主要来源与粒径一览表

3.2 布设方案设计

喷雾面积是喷雾机布设的重要参数。许汉萍等[13]采用Design Modeler 建立了三维研究模型，对不同季节温度和喷雾角度条件下喷雾机的工作性能进行了模拟计算。研究结果表明，外界环境温度对喷雾覆盖面积的影响可忽略不计，而喷雾角度对喷雾覆盖面积的影响较大。当喷雾角度为15°时，喷雾覆盖面积最大。

本设计方案采用远程喷雾系统，将远程喷雾机安装在扬尘点附近，通过控制喷雾机的俯仰、回转角度和远射程喷射，对目标区域进行立体覆盖，从而达到降尘抑尘的治理目的。工程以降低耗水量和提高降尘效率为目标，进一步优化了喷雾机布置方式。

3.2.1 喷雾机参数选择

喷雾机参数如下：

流量：8～10 m3/h；

液泵压力：0.5～1.0 MPa；

雾滴颗粒：30～250μm；

水平最大射程：120 m；

俯仰角度：-10°～40°；

水平旋转角度：0°～320°；

控制范围：水平旋转范围为0°～320°(可设定)；

俯仰角度：-10°～40°；

控制方式：手动控制、遥控控制(≤100 m)、自动化控制、手机终端控制。

喷雾机外形如图1所示。

图1 喷雾机外形示意图(mm)

3.2.2 喷雾机平面布置设计

为提升效率，喷雾机一般喷雾角度为15°。单个喷雾机最大覆盖面积可达到15 972 m2。考虑到不同货物堆放高度和降尘效率等因素，对喷雾机的布置方式进行了模拟计算，其布置原则如下：

(1)喷雾机和给水管道尽量沿着堆场边缘和已建的电缆沟布置。

(2)喷雾桶中轴离地≥6.5 m。

(3)单点喷雾机覆盖率宜≤2台。

根据以上原则，钦州港大榄坪南作业区北1#～3#泊位后方陆域布设了17台喷雾机，具体布设如图2所示(圆圈为单台喷雾机的覆盖范围)。

图2 北1#～3#泊位后方陆域散货堆场喷雾机平面布置图

如图2所示，北1#～3#泊位后方陆域堆场在1#～17#位置布设了17座钢构塔架。为了不影响作业车操作，所有塔架均布置在堆场边上，塔架高度暂定为5 m，然后在塔架上安装17台分体式喷雾机。该设计经济性最优，但造成堆场内部有某些空白区域，对于这些空白区域或者喷雾机无法覆盖的死角，本项目配置了2台多功能抑尘车，作为应急措施。

3.2.3 水源设计方案

本项目喷洒抑尘水水源为污水处理站处理合格后的回用水，补充水水源为生活水。回用水管网为新建管网，补充水接自项目已建的生活消防水水管。生活消防水水管的水量水压满足本项目喷洒抑尘补充水的要求。

喷洒抑尘给水系统干管管径为dn250 mm，配水管网呈枝状布置。系统用水由污水处理站清水回用泵加压供给。

港区给水管埋地管管径≥dn50 mm采用钢丝网骨架塑料(聚乙烯)复合管, 管径

4 结语

(1)喷雾机可用于码头散货堆场扬尘防治。喷雾机降尘具有耗水量少、降尘效果好和无二次污染等优点。

(2)喷雾机用于降尘宜制造与粉尘颗粒大小接近的细水雾，喷雾角度宜设置为15°左右。

(3)喷雾机降尘的设计要点主要为喷雾面积的优化设计。