粉料撒布車除塵器設計

吳 鵬，李彥帥，李俊武

粉料撒布車除塵器設計

吳 鵬1，李彥帥2，李俊武2

(1.浙江美通筑路機械股份有限公司，浙江海寧 314423;2.中交西安筑路機械有限公司，陜西西安 710200)

為了控制粉料撒布車加料和撒布時的揚塵污染，對國內外同類產品的典型除塵方式的結構與原理進行了總結，并分析了各自的優缺點，提出了將脈沖噴吹濾筒式除塵器用于粉料撒布車除塵的解決方案，給出了除塵器主要參數的計算方法和關鍵設計要點;指出通過合理控制撒布輥轉速和設計吸塵裝置可以有效地控制撒布揚塵，并給出了吸塵裝置的引風機流量的計算方法。實踐證明，據此設計的粉料撒布車脈沖噴吹濾筒式除塵器的排放濃度滿足環保要求。

機械工程;除塵器;脈沖噴吹;布袋

0 引言

粉料撒布車是用于撒布水泥、石灰、粉煤灰等粉粒物料的專用機械，主要應用于土壤改良或道路基層土壤穩定等施工場合。近年來，隨著國內瀝青路面就地冷再生工藝的推廣，將其應用于就地冷再生的配套施工也越來越多［1］。

粉料撒布車上有用于存儲粉料的料倉，加料時，由散裝粉料運輸車上配備的空壓機產生壓縮空氣，運用氣體流化原理將粉料輸送至料倉內。由于粉料不斷進入料倉，料倉內空氣被排出，粉料在落入料倉時產生揚塵，含塵氣體的粉塵濃度有時高達30 g·Nm－3，必須進行過濾方可排入大氣，否則會造成嚴重污染［2］。此外，在粉料撒布車施工過程中，粉料從撒布機構上落到路面造成沖擊，也會產生撒布揚塵。加料和撒布時的揚塵控制是該類產品研發時必須解決的問題。

目前，國內尚沒有關于粉料撒布車除塵器設計方法的針對性研究成果，而國內外典型產品有布袋式和濾筒式2種除塵方式。本文對比2種除塵方式的優缺點，得出脈沖噴吹濾筒式除塵器特點;提出針對粉料撒布車工況的脈沖噴吹濾筒式除塵器的設計方法和關鍵點;對于撒布揚塵，通過控制撒布輥轉速和設計吸塵裝置抽吸除塵進行抑制;并將設計的除塵器在LMT5250TFSB型粉料撒布車上試驗應用。

1 常見的除塵方式

國外生產粉料撒布車較知名的企業有德國Streumaster和 A-mag(原 Kalkstreumaster)、法國Rabaud、美國Stoltz等，國內如浙江美通、西安達剛及山東陸達等也有產品投放市場。這些主流機型均裝備了除塵裝置，根據除塵方式的不同，可分為布袋式除塵器和濾筒式除塵器2種。

1．1 布袋式除塵器

布袋除塵是指用除塵濾布制成濾袋過濾含塵氣體中粉塵顆粒的除塵方式。常用的濾布材料有滌綸纖維、尼龍纖維、腈綸纖維及丙綸針刺氈等。美國Stoltz的機型在料倉頂部安裝若干個除塵布袋，加料時含塵氣體由內向外通過布袋，粉塵顆粒被阻隔在布袋內部，凈化空氣經由布袋上的微細孔排向外界，如圖1所示。Stoltz生產的機型沒有自動清灰裝置，布袋堵塞后需由人工拍打清灰，否則過濾效果會急劇下降，使得排放濃度增大。

圖1 采用倉頂布袋除塵的Stoltz粉料撒布車

國內西安達剛的機型也采用布袋除塵裝置，但與Stoltz不同，它將單獨的布袋式除塵器安裝在料倉后部，并與料倉后壁相通，加料時含塵氣體由內向外經由布袋過濾，且配備有振動式清灰裝置，布袋阻塞后可開啟振動器振動布袋實現清灰;其結構如圖2所示。

圖2 西安達剛粉料撒布車布袋除塵系統

布袋式除塵器由于成本低廉、結構簡單，因而在較早期的產品上應用較多;但缺陷也很明顯，單條布袋過濾面積較小，布袋剛性差，內部需設置鋼制籠架，體積和重量較大，人工拍打或機械振動清灰不徹底，常常造成連續工作可靠性差，出現過濾效果不佳等問題。

1．2 濾筒式除塵器

濾筒式除塵器是20世紀70年代以來發展起來的新型除塵裝置，其特點是采用硬質濾料制成表面有波紋狀褶皺的濾筒，內部無需設置籠架，與同體積的布袋相比，濾筒具備更大的過濾面積。由于新型濾料的采用和濾筒制造工藝的改進，濾筒過濾阻力小，除塵效率高，可捕集粒徑大于0．3 μm的細小粉塵，除塵效率可達99.5%以上。濾筒高度低，安裝方便，清灰徹底，維修工作量小，因而在除塵工程中得到廣泛的運用［3-6］。德國Streumaster和A-mag、法國Rabaud以及浙江美通均采用濾筒式除塵器。圖3是德國Streumaster粉料撒布車的濾筒式除塵器。

圖3 Streumaster粉料撒布車的濾筒式除塵器

與布袋不同的是，濾筒對濾料剛性要求較大，目的是防止濾筒褶皺受外力后變形貼合在一起或發生損壞，影響過濾效果。因此，濾筒一般不采用布袋的織造類材料，而是采用聚酯覆膜熱壓濾料，其制成的濾筒具備一定剛性，抗變形能力好。

濾筒式除塵器工作時，含塵氣體從外向內通過濾筒，粉塵顆粒黏附在濾筒外表面，凈化后的空氣從濾筒內部向上排入大氣中。當濾筒表面黏附的粉塵厚度漸漸增大時，過濾阻力變大，除塵器的過濾效率下降，此時需要對濾筒進行清灰。濾筒式除塵器一般采用脈沖噴吹清灰，由脈沖控制儀控制脈沖閥，脈沖閥開啟時，氣包內的壓縮空氣進入噴吹管并通過噴吹管上的小孔，噴射出高速高壓的引射氣流進入濾筒內部，使濾筒內呈現瞬間正壓，并發生膨脹和鼓動，濾筒表面沉積的粉塵顆粒脫落，進入除塵器下部灰斗內，達到清灰的目的，其結構如圖4所示。

圖4 濾筒式除塵器結構

由于濾筒式除塵器單個濾筒過濾面積大，安裝方便，結構緊湊，因而適合于安裝于移動設備上，配合脈沖噴吹進行清灰，可以保證清灰徹底，提高了除塵器工作的可靠性，將其應用于粉料撒布車上能達到較好的使用效果。

2 脈沖噴吹濾筒式除塵器

由于粉料撒布車的加料方式與攪拌站筒倉加料方式相同［7-8］，故國內廠商多套用筒倉的倉頂除塵器參數來設計除塵器;實際上粉料撒布車料倉容積較小(小于20 m3)，且高度較低，粉塵在料倉內部不能有效沉降，故除塵器入口的含塵濃度遠高于筒倉倉頂除塵器入口的含塵濃度，因此造成除塵效果不佳，除塵器排放濃度大。設計粉料撒布車脈沖噴吹濾筒式除塵器時，需認真分析除塵器的實際工況，計算時也應有特殊考慮。

2．1 處理風量的確定

除塵器的處理風量決定了除塵器的工作能力。粉料撒布車的加料過程是一個動態過程，當散裝粉料運輸車罐內余料較多時，加料管內不含壓縮空氣，此時粉料撒布車的排氣量與進入料倉內的粉料體積相等;但是，當散裝粉料運輸車罐內余料較少時，輸送效率降低，加料管內混有較多的壓縮空氣，此時粉料撒布車的排氣量為進入料倉內的粉料體積和進入料倉內的壓縮空氣體積之和。為了保險起見，設計除塵器時，應按粉料運輸車配備空壓機的排氣量來作為除塵器的處理風量。國內散裝粉料運輸車常用的擺式空壓機技術參數如表1所示。

表1 散裝粉料運輸倉擺式空壓機性能參數

2．2 過濾面積的計算

確定了除塵器的處理風量后，過濾面積可按如下公式計算。

式中:S為過濾面積(m2);Q為處理風量(m3·h－1);vF為過濾速度(m·min－1)。

粉塵種類為水泥、石灰、粉煤灰等時，過濾速度可按0．6 ～1．2 m·min－1選擇。過濾速度越大，對應的過濾面積越小，由于粉料撒布車料倉容積較小，沉降

式中:n為濾筒數目;Sd為單個濾筒過濾面積(m2)。

2．3 脈沖噴吹系統設計

脈沖噴吹系統在除塵器設計中至關重要，其性作用有限，故在粉料撒布車除塵器設計中，較低的過濾速度和較大的過濾面積有利于粉塵充分過濾。

確定過濾面積后，可根據除塵器內部空間大小選擇合適直徑和長度的濾筒［9-10］，計算出所需的濾筒數目能直接影響濾筒清灰是否徹底，關系到除塵器的過濾效率和使用壽命。

設計脈沖噴吹系統時，需要確定清灰方式、噴吹壓力、脈沖閥規格、脈沖噴吹周期和氣包容量等關鍵參數。

脈沖噴吹清灰有在線清灰和離線清灰之分［11-12］，在線清灰是指含塵氣體通過濾筒過濾的同時開啟脈沖閥對濾筒進行噴吹清灰，而離線清灰是指清灰時沒有含塵氣體通過濾筒，濾筒處于暫停過濾的狀態。由于粉料撒布車上布置空間有限，一般采用在線清灰的方式，在清灰周期和其他參數不變的情況下，在線清灰要克服過濾氣流的阻力，因此需要提高噴吹氣流動能，才能獲得與離線清灰同樣的清灰效果，故噴吹壓力不宜選擇過小，以0.4～0.7 MPa為宜。

脈沖閥規格可根據所選擇的單個濾筒面積進行確定［13］，一般脈沖閥廠家樣本均標注出了單個脈沖閥的噴吹面積和單次噴吹耗氣量，根據計算所得的過濾面積選擇對應的脈沖閥規格，并確定單個脈沖閥噴吹的濾筒個數。脈沖噴吹周期選擇0.1～0.2 s較為合適。

氣包也稱分氣箱，給脈沖閥提供足夠的壓縮空氣用于噴吹［14-15］。氣包容量過小，脈沖閥噴吹時氣量不夠，濾筒清灰不徹底;氣包容量過大，則體積龐大，耗用鋼材較多。氣包容積［16］

式中:V為氣包容積(m3);q為單個脈沖閥單次噴吹耗氣量(m3);P1為噴吹前氣包內壓力(MPa);T1為噴吹前氣包內氣體絕對溫度(K);P2為噴吹后氣包內壓力(MPa);T2為噴吹后氣包內氣體絕對溫度(K)。

一般要求噴吹后氣包內壓降不超過原來儲存壓力的 30% ，即 P2≥0．7P1。

常見的噴吹管為開有噴吹孔的無縫管，噴吹管位于濾筒上方，噴吹孔圓心正對濾筒中心，同一噴吹管上噴吹孔的截面積之和與脈沖閥出口截面積之比為50%～65%，由此可確定噴吹孔的直徑。如果選用長徑比較大的濾筒，噴吹時容易出現濾筒上端靠近噴吹孔的部分出現負壓而濾筒下部承受正壓的情形，造成濾筒上下兩端清灰受力不同，影響使用壽命。此時應該在噴吹管上安裝誘導噴嘴，其二次引流作用可以誘導2～4倍于噴吹氣量的邊緣空氣進入濾筒內部，使得濾筒內部受到全高度的正壓噴吹，這樣可以保證清灰均勻，有利于延長濾筒壽命，如圖5所示。

圖5 安裝于噴吹管上的誘導噴嘴及其工作原理

2．4 除塵器結構設計要點

粉料撒布車的脈沖噴吹除塵器與大型除塵設備不同，一般沒有引風裝置，且除塵器工作在正壓狀態下，因此對于除塵器箱體的密封性要求較高。如果焊縫有滲漏，或濾筒與花板的貼合面不密封，除塵器跑冒滴漏就在所難免，造成除塵效率降低，除塵器排放濃度增大，設計、制作時均要特別注意。此外，除塵器的灰斗設計也很關鍵，灰斗一般為倒四棱臺結構，建議每個棱邊與水平面的夾角不小于65°，否則濾筒清灰后落下的粉塵流動不暢，易造成積聚。除塵器的排灰裝置可選用標準規格的星型卸灰閥，也可自行設計翻板落灰閥排出灰斗內的粉塵。

3 撒布揚塵的控制

除了加料時的揚塵以外，粉料撒布車在撒布時粉料落地產生的飛濺也是揚塵污染的來源之一。控制撒布揚塵污染要從多方面入手:首先要降低粉料撒布時的落地速度，減小其動能，從而減少落地時的飛濺，根據實踐可知，撒布輥轉速控制在10～30 r·min－1時，粉料落地速度較低，不會大量揚起;其次可以設計吸塵裝置，將落地后產生的揚塵收集起來集中處理，避免其擴散。圖6是德國A-mag公司產品上設計的撒布吸塵裝置，其原理是用高壓離心風機將飛濺揚塵抽吸到除塵器內部再進行過濾，較好地抑制了撒布揚塵。

圖6 A-mag粉料撒布機的撒布吸塵裝置

浙江美通在最新的LMT5250TFSB型粉料撒布車上也設計了撒布吸塵裝置。在撒布機構的后方安裝了配備四組電動吸塵風機的收塵罩，車輛施工時，粉料落地后產生的揚塵被風機吸入到除塵器內進行過濾，起到遏制撒布揚塵的作用，如圖7所示。

圖7 美通粉料撒布車的撒布吸塵裝置

吸塵裝置的設計中需要確定引風機的流量，由于收塵罩為頂吸風，其引風機的流量可類比除塵器集氣罩引風量的計算公式來確定。

式中:QF為引風機流量(m3·h－1);K為安全系數，取1．4;a為收塵罩長邊長度(m);b為收塵罩短邊長度(m);h為收塵罩下口至地面距離(m);Vo為粉塵落地速度(m·s－1)。

4 結語

由于粉料撒布車的撒布介質特殊，在加料、撒布過程中極易產生揚塵污染，科學合理地設計除塵裝置可有效降低粉塵排放濃度，實現環保施工。脈沖噴吹濾筒式除塵器與傳統布袋式除塵器相比，具備結構緊湊、清灰徹底、除塵效率高、濾筒壽命長等特點，適合在移動設備上推廣應用。本文針對粉料撒布車料倉容積小、內部沉降空間不足的特點，提出了針對性的脈沖噴吹濾筒式除塵器的設計和計算方法，并指出合理控制撒布輥轉速和額外設計吸塵裝置可以有效抑制撒布揚塵，據此設計的脈沖噴吹濾筒式除塵器在LMT5250TFSB型粉料撒布車上進行了應用，加料和撒布時除塵器排放濃度小于20 mg·Nm－3，濾筒壽命為1年以上，達到了良好的效果，后續如果對吸塵裝置內部風道進行進一步的優化設計，可以將撒布揚塵降到更少。

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Design of Dust Filter for Binding Agent Spreader

WU Peng1，LI Yan-shuai2，LI Jun-wu2
(1．Zhejiang Metong Road Machinery Co．，Ltd．，Haining 314423，Zhejiang，China;2．CCCC Xi'an Road Construction Machinery Co．，Ltd．，Xi'an 710200，Shaanxi，China)

In order to control the fugitive dust pollution produced by binding agent spreader during the material feeding and spreading process，the dust filtering schemes used on foreign and domestic binding agent spreaders were summarized，and the advantages and disadvantages of these schemes were analyzed．The pulse-jet pleated element filter for binding agent spreader was introduced，and the calculation methods for main design parameters and key design points of the pulse-jet pleated element filter were presented．It was pointed out that regulating the spreading roller to a reasonable speed and designing a dust arresting device were effective to decrease the dust pollution during the spreading process．The calculation method for the air flow of induced fan used on the dust arresting device was given．The practice shows that the dust concentration in the exhaust channel of the pulse-jet pleated element filter used on binding agent spreader can meet the environmental requirements．

mechanical engineering;dust filter;pulse-jet;filter bag

U418．3

B

1000-033X(2017)10-0111-05

2017-03-28

浙江省科學技術廳科技項目(2015D60SA430600)

吳 鵬(1985-)，男，安徽宣城人，工程師，碩士，從事筑養路機械產品的設計研發。

［責任編輯:杜衛華］