砂石骨料生产线收尘系统设计

公 磊，姚春发

(1.佩思国际科贸(北京)有限公司，北京 100027；2.莱歇研磨机械制造(上海)有限公司，上海 201901)

0 前 言

粉尘是指悬浮在空气中的固体微粒，国际标准化组织规定，粒径小于75 μm的固体悬浮物定义为粉尘。工业粉尘是PM2.5的重要来源，大气中过多的工业粉尘会对生态环境和人们健康造成严重的危害。这些粉尘很容易让人得尘肺病、矽肺病甚至是中毒性肺炎或肺癌，降落在植物叶面会阻碍植物的光合作用，抑制其生长。随风扩散到附近的村庄和农田，会严重危害到居民的健康和农作物的生长。

随着我国经济水平的提升，城市化进程不断推进，越来越多的环境污染的出现，近年来，我国对于环境的保护也越来越看重。2017年2月17日，环保部发布《京津冀周边地区2017年大气污染防治工作方案》，对“2+26”城市空气质量改善情况实施按月排名，按季度考核。生态环境部印发了《2019年全国大气污染防治工作要点》，明确提出要深入开展大气环境综合管理、稳步推进产业结构调整、加快优化能源结构、积极应对重污染天气、夯实大气环境管理基础等重要工作。可见，当前政策对大气污染物排放控制的要求越来越严格，过去存在的无除尘或虚假除尘的企业将会难以生存。

砂石骨料生产线基本是由破碎、筛分、整形、选粉或洗砂以及输送等作业单元组成，生产过程中各作业单元均会产生大量粉尘。为确保生产时车间内干净整洁，破碎机、筛分机、整形机、转运站及输送设备等关键点均无扬尘外泄，粉尘经收尘器过滤后的排放浓度满足《水泥工业大气污染物排放标准》(GB 4915—2013)和《大气污染物综合排放标准》(GB 16297—1996)的要求，本文将从设计角度对生产线各作业单元的收尘进行简要解析。力求凭借合理的除尘器选型、优异的车间布置和收尘系统设计，达到最优的粉尘控制效果。

1 收尘器型式的选择及要求

工业用收尘器类型通常为气箱脉冲布袋收尘器、电收尘器和湿式收尘器三种。由于生产线为矿石破碎及输送的物理变化，没有热工制度和高温烟气的排放，不考虑电收尘器；同时考虑到湿式除尘器需要消耗水资源，排出的污水(带沉渣)需要处理，冬季除尘器容易结冰等因素，设计时选择气箱脉冲布袋收尘器。气箱脉冲布袋收尘器具有以下优点：①生产成本低，价格便宜；②阻力较小，一般压力损失为1 000～1 700 Pa；③除尘效率高，净化后的排放气体含尘浓度可控制在10 mg/m3甚至以下；④生产操作简单，技术要求比电收尘器和湿式收尘器低；⑤附属设备少，布置简单，投资省，使用成本低；⑥对粉尘适应性好，对于酸性、碱性以及其他腐蚀性气体均能适应。

根据《水泥工业污染物排放标准》(GB 4915—2013)重点地区企业大气污染物特别排放限值的要求(见表1)，设计选型时要求收尘器的排放浓度≤10 mg/m3。

表1 大气污染物排放浓度限值 单位：mg/m3

为保证收尘器的使用效果和运转率，设计要求收尘器花板加工方式采用激光切割，滤袋采用涤纶针刺毡覆膜滤袋，克重≥550 g/m2，脉冲阀和PLC控制柜都采用品牌的，过滤风速<0.9 m/min。

2 收尘器规格选型

收尘器的规格是根据所需要的收尘风量选取的，收尘风量应满足维持生产中的无污染操作。影响收尘风量大小的因素很多，纯理论计算很难得到一个切合实际的计算模型，所以实际设计中都是根据经验值进行设计。表2～5是根据某大型水泥集团的设计规范，并结合笔者10多年的设计经验总结出的关于不同种类设备的收尘风量的经验值。

表2 皮带机收尘风量表

表3 破碎机收尘风量表

表4 筛分机收尘风量表

表5 板式给料机收尘风量

以上仅是不同种类、不同规格设备的收尘风量的经验值，实际上影响收尘风量的因素还有很多，比如输送物料的种类、湿度、粒度、转运落差等。实际设计时，还要综合考虑以上因素，适当地调整收尘风量的大小和收尘点的负压。本项目解析主要是破碎及输送系统的收尘设计，输送物料基本以块状物料为主，粉料较少，物料水分常年在3%左右，故收尘风量选型直接参用表2～5中的经验值。若输送物料以粉料为主，收尘风量需要适当增加1 000～1 500 m3/h；若输送物料水分常年在10%左右，收尘风量考虑0.7左右的修正系数；若输送物料水分常年在15%甚至以上，可不设收尘。

3 收尘风管的设计

收尘风管的合理设计是保证收尘效果的重中之重。关于收尘风管的设计，需要首先说明的是收尘风管不同于通风风管，设计时务必要避免横平竖直，否则，水平段会慢慢积灰直至管道堵塞。收尘风管的设计主要有3个要素：风管角度、管内风速和管道布置。

3.1 风管角度

结合Heidelberg水泥集团的设计准则和笔者以往项目的设计经验，为避免风管内粉尘沉积，设计倾斜段上行风管的角度要≥45°，下行风管的角度要≥35°。若高度和空间允许的情况下，上行风管的角度最好≥50°，下行风管的角度最好≥45°。

3.2 管内风速

管道内风速过低，粉尘会沉积在管道内，若风速过高，则会导致管道内阻力过大，致使收尘效果变差，风机电耗增加。普通收尘管道内最适宜的风速为14～16 m/s，本项目统一按照14 m/s设计，对倾斜角度小于60°的风管，按照16 m/s设计。

3.3 管道布置

管道布置包含一台收尘器所对应的收尘点的数量、分叉管的设计、收尘风罩的设计、风管转弯弯头的设计以及收尘点设置的位置等。合理的管道布置是保证扬尘被顺利吸入收尘器的首要前提，同时也是保证收尘效果和管道使用寿命(避免管道被磨穿)的重要因素。

为保证收尘效果，一台收尘器所对应的收尘点数量不宜超过4个，通常设置2～4个。收尘是靠收尘风机产生的负压将扬尘点的粉尘通过收尘风罩和管道吸入收尘器来实现的，要保证各收尘点的收尘效果，就要保证每个收尘点的负压≤-100 Pa且各点负压尽量一致。若其中一个收尘点的负压较其他点低很多，则此点吸力就会高于其他点很多，风机产生的风量大部分就会从此收尘点进入管道和收尘器，导致其他收尘点风量偏小，收尘效果变差，因此管道内风量大风速高，管道磨损大，管道使用寿命短。因此，管道布置时要避免此情况的发生，一台收尘器只收2～4个扬尘点，通过在各收尘支管上设置手动蝶阀，各收尘点的负压平衡简单好调节，能最大程度地保证收尘效果。

分叉管在收尘管道布置中不可避免，两个或多个收尘点的支管在交汇到一起时，如何保证交汇点和交汇后管道内气流的顺畅，减小管道内的阻力，对保证收尘效果也至关重要。对常见的分叉管，推荐设计形式见图1。

图1 分叉管推荐设计形式

设计时，应尽量保证各支管与主管的夹角≤30°，各支管与交汇后主管内的风速应相同。

收尘风罩即收尘点的罩子，设计时原则上以收集扬尘点扬起的粉尘为主，收尘风罩尺寸由收尘风量和捕获速度决定，实际设计时应尽量罩住整个扬尘点，使扬尘区域在罩子内且罩子内为负压状态，从而避免粉尘向外逃逸。收尘风罩内的风速应<3 m/s，以避免高风速带起粗颗粒。收尘风罩推荐设计形式见图2。

图2 收尘风罩推荐设计形式

风管弯头转弯半径尽量设计为1.5～2D(D为风管直径)，应避免风管直折和锐角折，以减少风管阻力和转弯处的磨损。

收尘点设置的位置即收尘风罩设置的位置，收尘风罩设置在扬尘区域上方并包含住扬尘区域才能最大程度地发挥作用。对于转运点，收尘风罩宜设置在落料点沿料流方向1.5～3 m位置处，要避免出现逆料流方向设置吸风罩的情况。具体位置可根据实际情况调整，若受料皮带带速高，可适当加大收尘风罩至落料点的距离，反之亦然。

4 总 结

理论和实践经验相结合才能创造出优秀的设计，希望本文提到的理论和一些经验可以在设计中给类似项目提供借鉴，为减少工厂的粉尘排放，降低环境污染做出一份贡献。

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