某港口码头转运站除尘工程升级改造设计

李启航 陈新全

中交第二航务工程局有限公司设计研究院

0 引言

随着我国城市化的发展及产业结构的升级，大量位于城区的港口码头面临着停产或者搬迁，对于港口码头的推倒重建是一种不负责任的表现，而对其进行保护性改造利用，不仅减少了拆除过程中对环境的污染，规避了码头重建过程中的碳排放，同时也延续了城市发展历史的记忆。此外内河港口岸线资源是国家宝贵的财富，是不可再生的战略资源，过去对港口岸线的无序开发，导致目前国内可以利用的内河港口岸线资源越来越稀缺，因而对原有的港口码头的改造利用是对港口岸线资源的合理利用。

对于码头的改造，通常需要针对码头后期使用的除尘系统进行升级改造，在不影响生产工艺的条件下，符合当地的环保要求。相比新建项目，码头除尘系统改造难点主要体现在新旧除尘方案的对比与选型，在既有的条件下，选择最合理的除尘升级改造方案显得十分重要。

1 项目概况

该项目属于河港散货码头，位于安徽省池州境内，地处于长江安庆河段右岸，有四个泊位需要改造,工艺布置如图1 所示。早期码头以运输沙石材料为主，由于砂石材料在转运过程中会存在因落差而引起粉尘扩散的现象，例如：装船机头部溜筒落料点等位置。早期施工图设计采用的是高压喷雾抑尘系统，在扬尘点设置洒水除尘喷枪进行喷雾降尘，后期因甲方业务调整需提升码头的输送能力以及改变输送的货物品种。现以其中一个泊位为例说明，项目改造主要表现在：①对装船机进行更换；②运输能力从1200 t/h 增加到3000 t/h，配套带式输送机由带宽1200 mm、2.5 m/s 改造为带宽1600 mm、3.15 m/s；③输送货物的品种更换为水泥品种。

图1 码头工艺布置总图

2 工程分析

2.1 粉尘特性分析

粉尘的的基本性质主要有黏着性、荷电性质、湿润性等，对比砂和水泥粉尘其主要变化体现在黏着性，粉尘黏着性的强弱可用粘结力表示，粉尘粘结性分类见表1。

表1 粉尘黏结性分类

从表1 中可以看出水泥的黏结性比砂石料里面的粘结性强，易造成电除尘器内壁黏结而堵塞，极线与极板上粉尘不易清除，产生反电晕和电晕闭锁现象，影响除尘效率。

粘结性强的粉尘遇到水雾容易使产生粘结现象，在使用湿式除尘器时容易产生水泥粘结，消耗水量较大，需要给水、排水和污水处理设备，并且尘浆回收处理复杂，处理不当可能造成二次污染源[1]，早期砂石料污水处理设备已经满足不了当前环保要求了。针对水泥粉尘的特性，将原有高压喷雾抑尘系统改为干式除尘系统。

2.2 干式除尘器对比

目前常用干式除尘器有多种，常用种类、使用范围及性能如表2[2]。

表2 干式除尘器种类、适用范围及性能

目前码头运输的货品主要是水泥粉尘，其特性如表3 所示。

表3 水泥粉尘的参考数据

根据安徽省地方标准《水泥工业大气污染物排放标准》（DB34/3576-2020)规定，水泥粉尘的最高允许排放浓度不能超过10 mg/m3。而同类码头转运站落料点的水泥粉尘浓度一般在3.2～8.4 g/Nm3，考虑除尘效率要求，采用脉冲袋式除尘器。

3 除尘系统设计

3.1 流程设计

目前根据生产实际运行情况，除尘系统的工艺流程如图2 所示。

图2 除尘工艺流程

3.2 风量计算

皮带机转运点除尘风量有多种计算方式，例如：根据物料末速度进行查表计算。由于常需采用插值法去计算，略显复杂。也有设计师进行经验总结，依据落料点的高差和皮带机的速度、皮带宽度进行分类计算[3]，但是对于皮带速度超过2 m/s 的情况没有进行总结。本文借鉴了工程实际经验情况以及港口煤炭转运站干式除尘系统风量计算情况，采用如下公式进行计算[4]：

式中：L 为计算风量（m3/min）；m 为物料系数，取0.8～1.0，物料比重大时取大值，比重小时取小值；W 为皮带带宽（m）；H 为皮带机转接点落差（m）。

根据项目实际参数m=0.85，W=1.6m，H=4.5 m，计算除尘风量为：L=12116 m3/h。

3.3 设备选型

根据除尘风量可以计算出集尘罩的尺寸：

式中：L 为计算风量（m3/min）；K 为伞形罩的几何系数，通常取1.4；C 为尘源的周长（m）；h 为罩口距尘源距离（m）；v0为为罩口平均流速（m/s）。

根据实际工程情况，罩口距尘源的距离h 取0.5 m；考虑集尘罩的三边都设置挡板，罩口平均速度v0取0.6 m/s，计算出尘源周长C=8 m，则集尘罩的罩口长宽尺寸为2.4 m×1.6 m。

风管尺寸主要根据粉尘类别对应的最小风速来计算，水泥粉尘对应垂直风管最小风速为12 m/s，水平风管风速为18 m/s。在同等输送能力下圆形风管强度大、比摩阻小，并且圆形风管不存在死角，不易积累灰尘，因而除尘风管一般推荐采用圆形风管。据此得垂直和水平风管最大管径分别为：560 mm 和450 mm，考虑施工方便二者均取450 mm。

根据过滤风速，可以计算出除尘器过滤面积。脉冲式布袋除尘器的过滤风速控制在0.8～1.2 m/min，根据除尘设备反馈的数据，过滤风速控制在0.8 m/min，可满足水泥粉尘最高允许排放浓度不超过10 mg/m3的要求，则除尘器的过滤面积S 有：

通过过滤面积可以选取脉冲式布袋除尘器的型号参数为：风量11160 m3/h，过滤风速0.8 m/min，过滤面积260 m2，除尘器阻力1470～1770 Pa，清灰压缩空气压力0.5～0.7 Mpa，耗气量0.7 m3/min。除尘器安装剖面如图3 所示。

图3 除尘器安装A-A 剖面示意图

这里值得注意的是安徽池州地处长江中下游地区，气候潮湿多雨，在采用压缩空气进行反吹清灰的时候，潮湿空气容易引起结露、滤袋粘结[5]，因而推荐空压机气源出口设置干燥过滤器，保证气源干燥。落灰管伸入到集尘罩中，防止二次产生扬尘现象。除尘系统其他风机选型、风管水力计算等均有成熟的规范手册可以直接进行利用，这里不在赘述。

4 改造效果

码头改造完成后正式运行期间，对转运站内部以及周围环境进行了监测，监测结果表明粉尘质量浓度均控制在5 mg/m3以内，符合国家工作场所空气中粉尘运行浓度要求；除尘器排风口处的粉尘质量浓度控制在10 mg/m3以内，符合安徽省当地水泥粉尘的排放标准。除尘回收利用大大提高了经济效益，根据业主反馈4 个泊位每天回收有将近6 t 的水泥。

5 总结与思考

1）改造项目要找出项目中关键的不同点，不同品种的散货产生不同的粉尘，根据粉尘性质不一样，要因地制宜的采取合理措施进行控制。

2）除尘系统中风量计算有多种方式，依据文中的计算方法，大大的减少了工作量，后期可以应用到类似散货港口码头除尘系统的设计中。

3）改造项目也要考虑后期生产运维，落灰管要伸入集尘罩里面，避免了二次扬尘现象的出现；清灰气源需要进行干燥过滤，可防止布袋粘结。

4）脉冲式布袋除尘器重量较大，对转运站主体结构有一定挑战，设备安装和使用还需结构专业配合。