某港口碼頭轉運站除塵工程升級改造設計

李啟航 陳新全

中交第二航務工程局有限公司設計研究院

0 引言

隨著我國城市化的發展及產業結構的升級，大量位于城區的港口碼頭面臨著停產或者搬遷，對于港口碼頭的推倒重建是一種不負責任的表現，而對其進行保護性改造利用，不僅減少了拆除過程中對環境的污染，規避了碼頭重建過程中的碳排放，同時也延續了城市發展歷史的記憶。此外內河港口岸線資源是國家寶貴的財富，是不可再生的戰略資源，過去對港口岸線的無序開發，導致目前國內可以利用的內河港口岸線資源越來越稀缺，因而對原有的港口碼頭的改造利用是對港口岸線資源的合理利用。

對于碼頭的改造，通常需要針對碼頭后期使用的除塵系統進行升級改造，在不影響生產工藝的條件下，符合當地的環保要求。相比新建項目，碼頭除塵系統改造難點主要體現在新舊除塵方案的對比與選型，在既有的條件下，選擇最合理的除塵升級改造方案顯得十分重要。

1 項目概況

該項目屬于河港散貨碼頭，位于安徽省池州境內，地處于長江安慶河段右岸，有四個泊位需要改造,工藝布置如圖1 所示。早期碼頭以運輸沙石材料為主，由于砂石材料在轉運過程中會存在因落差而引起粉塵擴散的現象，例如：裝船機頭部溜筒落料點等位置。早期施工圖設計采用的是高壓噴霧抑塵系統，在揚塵點設置灑水除塵噴槍進行噴霧降塵，后期因甲方業務調整需提升碼頭的輸送能力以及改變輸送的貨物品種。現以其中一個泊位為例說明，項目改造主要表現在：①對裝船機進行更換；②運輸能力從1200 t/h 增加到3000 t/h，配套帶式輸送機由帶寬1200 mm、2.5 m/s 改造為帶寬1600 mm、3.15 m/s；③輸送貨物的品種更換為水泥品種。

圖1 碼頭工藝布置總圖

2 工程分析

2.1 粉塵特性分析

粉塵的的基本性質主要有黏著性、荷電性質、濕潤性等，對比砂和水泥粉塵其主要變化體現在黏著性，粉塵黏著性的強弱可用粘結力表示，粉塵粘結性分類見表1。

表1 粉塵黏結性分類

從表1 中可以看出水泥的黏結性比砂石料里面的粘結性強，易造成電除塵器內壁黏結而堵塞，極線與極板上粉塵不易清除，產生反電暈和電暈閉鎖現象，影響除塵效率。

粘結性強的粉塵遇到水霧容易使產生粘結現象，在使用濕式除塵器時容易產生水泥粘結，消耗水量較大，需要給水、排水和污水處理設備，并且塵漿回收處理復雜，處理不當可能造成二次污染源[1]，早期砂石料污水處理設備已經滿足不了當前環保要求了。針對水泥粉塵的特性，將原有高壓噴霧抑塵系統改為干式除塵系統。

2.2 干式除塵器對比

目前常用干式除塵器有多種，常用種類、使用范圍及性能如表2[2]。

表2 干式除塵器種類、適用范圍及性能

目前碼頭運輸的貨品主要是水泥粉塵，其特性如表3 所示。

表3 水泥粉塵的參考數據

根據安徽省地方標準《水泥工業大氣污染物排放標準》（DB34/3576-2020)規定，水泥粉塵的最高允許排放濃度不能超過10 mg/m3。而同類碼頭轉運站落料點的水泥粉塵濃度一般在3.2～8.4 g/Nm3，考慮除塵效率要求，采用脈沖袋式除塵器。

3 除塵系統設計

3.1 流程設計

目前根據生產實際運行情況，除塵系統的工藝流程如圖2 所示。

圖2 除塵工藝流程

3.2 風量計算

皮帶機轉運點除塵風量有多種計算方式，例如：根據物料末速度進行查表計算。由于常需采用插值法去計算，略顯復雜。也有設計師進行經驗總結，依據落料點的高差和皮帶機的速度、皮帶寬度進行分類計算[3]，但是對于皮帶速度超過2 m/s 的情況沒有進行總結。本文借鑒了工程實際經驗情況以及港口煤炭轉運站干式除塵系統風量計算情況，采用如下公式進行計算[4]：

式中：L 為計算風量（m3/min）；m 為物料系數，取0.8～1.0，物料比重大時取大值，比重小時取小值；W 為皮帶帶寬（m）；H 為皮帶機轉接點落差（m）。

根據項目實際參數m=0.85，W=1.6m，H=4.5 m，計算除塵風量為：L=12116 m3/h。

3.3 設備選型

根據除塵風量可以計算出集塵罩的尺寸：

式中：L 為計算風量（m3/min）；K 為傘形罩的幾何系數，通常取1.4；C 為塵源的周長（m）；h 為罩口距塵源距離（m）；v0為為罩口平均流速（m/s）。

根據實際工程情況，罩口距塵源的距離h 取0.5 m；考慮集塵罩的三邊都設置擋板，罩口平均速度v0取0.6 m/s，計算出塵源周長C=8 m，則集塵罩的罩口長寬尺寸為2.4 m×1.6 m。

風管尺寸主要根據粉塵類別對應的最小風速來計算，水泥粉塵對應垂直風管最小風速為12 m/s，水平風管風速為18 m/s。在同等輸送能力下圓形風管強度大、比摩阻小，并且圓形風管不存在死角，不易積累灰塵，因而除塵風管一般推薦采用圓形風管。據此得垂直和水平風管最大管徑分別為：560 mm 和450 mm，考慮施工方便二者均取450 mm。

根據過濾風速，可以計算出除塵器過濾面積。脈沖式布袋除塵器的過濾風速控制在0.8～1.2 m/min，根據除塵設備反饋的數據，過濾風速控制在0.8 m/min，可滿足水泥粉塵最高允許排放濃度不超過10 mg/m3的要求，則除塵器的過濾面積S 有：

通過過濾面積可以選取脈沖式布袋除塵器的型號參數為：風量11160 m3/h，過濾風速0.8 m/min，過濾面積260 m2，除塵器阻力1470～1770 Pa，清灰壓縮空氣壓力0.5～0.7 Mpa，耗氣量0.7 m3/min。除塵器安裝剖面如圖3 所示。

圖3 除塵器安裝A-A 剖面示意圖

這里值得注意的是安徽池州地處長江中下游地區，氣候潮濕多雨，在采用壓縮空氣進行反吹清灰的時候，潮濕空氣容易引起結露、濾袋粘結[5]，因而推薦空壓機氣源出口設置干燥過濾器，保證氣源干燥。落灰管伸入到集塵罩中，防止二次產生揚塵現象。除塵系統其他風機選型、風管水力計算等均有成熟的規范手冊可以直接進行利用，這里不在贅述。

4 改造效果

碼頭改造完成后正式運行期間，對轉運站內部以及周圍環境進行了監測，監測結果表明粉塵質量濃度均控制在5 mg/m3以內，符合國家工作場所空氣中粉塵運行濃度要求；除塵器排風口處的粉塵質量濃度控制在10 mg/m3以內，符合安徽省當地水泥粉塵的排放標準。除塵回收利用大大提高了經濟效益，根據業主反饋4 個泊位每天回收有將近6 t 的水泥。

5 總結與思考

1）改造項目要找出項目中關鍵的不同點，不同品種的散貨產生不同的粉塵，根據粉塵性質不一樣，要因地制宜的采取合理措施進行控制。

2）除塵系統中風量計算有多種方式，依據文中的計算方法，大大的減少了工作量，后期可以應用到類似散貨港口碼頭除塵系統的設計中。

3）改造項目也要考慮后期生產運維，落灰管要伸入集塵罩里面，避免了二次揚塵現象的出現；清灰氣源需要進行干燥過濾，可防止布袋粘結。

4）脈沖式布袋除塵器重量較大，對轉運站主體結構有一定挑戰，設備安裝和使用還需結構專業配合。