抓斗卸船機料斗除塵方法淺析

郭宇辰

（柳州工學院，廣西 柳州 545000）

抓斗卸船機是一種傳統散料卸船設備，被廣泛應用于各大港口的散貨碼頭或電廠、鋼廠的自有碼頭，接卸的物料包括煤炭、礦石等散裝物料。工作過程是通過抓斗將船艙內散裝物料卸到卸船機的料斗內，再通過料斗下方的給料裝置連續轉運到碼頭皮帶上。在作業過程中各轉載點均會產生大量的粉塵，并且物料在作業現場無組織排放，這些均會造成環境污染。在目前環保要求日益嚴格的前提下，減小揚塵污染成為衡量卸船機性能的重要指標。為減少粉塵污染對環境的影響，在物料轉載位置必須設置除塵裝置。

除塵裝置方式分干式除塵和濕式除塵兩大類。由于干式除塵的工作機理是需要在除塵區域形成密閉空間，通過空氣流動使局部區域形成負壓狀態，實現對該區域內飛塵的過濾，達到除塵效果，所以干式除塵不適用煤炭、礦石卸船機。卸載煤炭或礦石的抓斗卸船機通常采用灑水的濕式除塵方式，具體又分為普通灑水除塵、干霧除塵、高壓精細微霧除塵等多種方式，本文將從抓斗卸船機粉塵特點出發，對各種除塵方法的優缺點進行分析介紹。

1 抓斗卸船機揚塵位置特點及傳統除塵方式[1]

抓斗卸船機在作業過程中的揚塵轉載點是料斗上方和給料器出口2 個位置，其中給料器出口可以通過密封處理，粉塵容易被控制與解決。重點在于料斗上方，因料斗需承接抓斗卸料，上部必須為開放結構，三面設有擋風墻，抓斗在料斗上方打開，將物料卸拋落入料斗內，物料帶動周圍空氣流動，引起粉塵飛揚；物料落入料斗過程，勢能轉化為動能，物料反彈后與后續下降物料撞擊，碰撞能量釋放產生大量粉塵；料斗內空氣不斷被增加的物料置換，引起氣流反沖，會帶動料斗內的小顆粒粉塵向上浮動，加劇料斗內粉塵飛揚。如圖1 所示，由于料斗內空氣壓力增大，內部含有粉塵的空氣沿斗壁向上反向流動，所以物料落入料倉帶動粉塵飛散是現場主要的污染源。

圖1 料斗起塵原理

根據散料碼頭的粉塵樣本顆粒度測量結果可知，能夠漂浮在空中的粉塵，絕大部分的粉塵顆粒直徑小于100 μm。直徑大于100 μm 的粉塵顆粒，由于重力作用會很快沉降，只有直徑在小于100 μm 的粉塵顆粒才會在空氣中漂浮一定時間，其中顆粒直徑小于2 μm 的粉塵占比較少，因此，直徑介于2～100 μm 的粉塵顆粒是要考慮的除塵主要對象，特別是直徑在10 μm 以下的可吸入粉塵顆粒，必須進行有效控制。

傳統除塵方式是灑水除塵，即對起塵點進行灑水噴淋。由于傳統的灑水水霧顆粒大、耗水量大、除塵能力差，尤其對10 μm 以下的可吸入粉塵抑制能力差，已經不能滿足現有的環保要求。

2 水霧除塵原理分析

為解決傳統灑水系統的不足，首先需對水霧顆粒大小進行分類研究，水霧分類如圖2 所示，將直徑（μm）在（2.8，10］范圍的水霧稱為干霧，將直徑（μm）在（10，50］范圍的水霧稱為濕霧。

圖2 水霧分類圖

水霧抑塵原理是將霧化水噴向起塵點，經過霧化的水霧顆粒將粉塵覆蓋，水霧與粉塵相互碰撞，顆粒間相互粘結并聚結增大，當顆粒增大到一定程度后由于重力作用開始沉降，實現除塵的目標。

較大顆粒的粉塵比較容易與水霧粘結聚集并增大，但顆粒度級小的粉塵（如PM2.5～PM10）很難與普通水霧顆粒粘結，只有當水霧顆粒直徑與之相當或加入能夠減小表面張力的化學劑（如表面活性劑等）時才會能夠聚集成團。而當水霧直徑大于粉塵的顆粒直徑時，粉塵只是圍繞在水霧顆粒周圍，水霧和粉塵顆粒之間各自獨立運動，相互之間并不接觸融合，很難達到除塵效果；只有當水霧顆粒直徑和粉塵顆粒直徑接近時，粉塵隨空氣流動時才會容易與水霧顆粒接觸和粘結。水霧顆粒直徑越小，顆粒相互聚結的概率越大，當聚結的顆粒團增大到一定程度，就會在重力作用下降落，就完成了水霧顆粒對粉塵顆粒的“抑制”作用，水霧與粉塵顆粒的關系如圖3 所示。

圖3 水霧與粉塵顆粒的關系

水霧抑塵原理如圖4 所示，粉塵向上漂浮，水霧向下覆蓋，在相互運動過程中，水霧顆粒與粉塵顆粒接觸，直徑大的粉塵顆粒與直徑大的水霧顆粒相結合，直徑小的粉塵顆粒與直徑小的水霧顆粒相結合，相互聚結成顆粒團。

圖4 水霧抑塵原理

小顆粒水霧凝聚過程如圖5 所示，水霧顆粒達到干霧級的時候，即水霧顆粒直徑小于等于10 μm 時，水霧顆粒的表面張力變小，粒子之間的相互引力變大，因此以粉塵粒子作為中心的“微小粉塵顆粒-微小水霧顆粒”二相流中，顆粒與顆粒之間很容易相互結合，粘結在一起，使“顆粒”不停地變大，最終在重力作用下沉降，實現除塵的目標。

圖5 小顆粒水霧凝聚過程

綜上所述，干霧除塵的工作原理是，當細小水霧顆粒的直徑和粉塵顆粒的直徑相近，水霧量足夠覆蓋粉塵，并且空氣中的水霧達到飽和時，飽和的水霧與粉塵顆粒相互碰撞就會凝聚在一起，當凝聚到一定程度后就會沉降，實現除塵目標。

3 干霧除塵系統原理的構成[2]

干霧產生原理如圖6 所示，是將過濾后的水、氣分別按照設定的壓力、流量，經管系統道，輸送到干霧箱或水氣分配，通過空壓機、聲波震蕩器產生高頻聲波，經過高頻聲波音爆作用將水高度霧化，產生干霧（10 μm 及以下的微細水霧顆粒稱為“干霧”）。

圖6 干霧產生的原理

干霧除塵系統構成如圖7 所示，由干霧機、干霧箱控制器或水氣分配器、干霧箱總成或萬向節總成、空壓縮機、儲氣罐、系統連接管線以及電氣控制系統等構成。

圖7 干霧除塵系統構成

干霧箱控制器或者水氣分配器可與萬向節總成或干霧箱總成連通，實現電、水、氣的管線連接與控制。現場可根據實際情況需要進行調節設定、通過PLC 設定與控制，實現對各干霧箱總成或萬向節總成分別噴霧控制的目的。

干霧箱總成或萬向節總成是接收由干霧機輸送的經凈化后的水、氣，并將其轉化為顆粒直徑為1～10 μm 的干霧顆粒的裝置。并由干霧機控制，噴灑向除塵點。干霧顆粒與粉塵顆粒相互碰撞、凝聚增大，最后在自身重力的作用下沉降，達到除塵的作用。

空壓機通常采用螺桿式空氣壓縮機，是干霧除塵系統動力氣源，通過微電腦智能監控，自動運行。具有人機控制界面和輕觸按鍵，操作人員根據界面文字提示，可輕松實現對空壓機運行狀態和參數的設定與查詢，并可對空壓機手動控制或自動控制的狀態進行轉換。

電氣控系統是干霧除塵系統的控制核心，由觸摸屏或顯示器、可編程控制器、繼電器、保護電路以及相關的元器件構成，具有手動和自動2 種操作模式。手動模式下，操作人員可通過觸摸屏進行控制與設定，可以直接控制各噴霧點的啟動或停止，可以設定噴霧時間與周期、設定管道吹掃時間等運行參數，也可以設定噴霧與抓斗打開等時間聯鎖。自動操作模式下，根據與現場設備運行狀態信號聯鎖，自動進行啟動或停止，如抓斗到達料斗上方時提前噴霧，抓斗打開卸料完成后延時結束噴霧等，即保證除塵效果又兼顧節約用水。

4 干霧除塵裝置的實際應用效果和優缺點

干霧除塵技術是一種使用水、氣2 種介質的濕式除塵技術，所產生的水霧霧滴顆粒直徑為1～10 μm，屬于干霧級顆粒，與目前國家大力要求治理的PM2.5粉塵顆粒相近，能夠有效清除PM2.5粉塵，減少塵肺病的發生。其在實際應用中效果顯著，主要優點如下：①適用于周界無組織排放、封閉或半封閉場所的粉塵治理，抑塵效率較高；②針對性強、耗水量小，可直接作用在起塵點，在起塵點附近形成濃密的霧池，直接治理污染源頭；③解決了傳統灑水裝置的不足，可對PM2.5細小粉塵有效治理，有效避免塵肺病的發生，抑塵效果良好且用水量少，在多種場景下得到較好的應用。其主要缺點為開放環境除塵效果差。微米級干霧除塵技術應用于抓斗卸船機時發現了新的問題，由于料斗上方空間尺寸大，面積可達100 m2，且為開放結構，碼頭沿海環境大風天氣很容易將干霧吹散，使抑塵效果下降。

5 新型高壓精細微霧除塵系統

借鑒微米級干霧抑塵系統優勢并解決其不足，除塵廠家針對卸船機料斗的特殊場景，開發出新型高壓精細微霧除塵系統。系統中采用不同類型精細霧化噴嘴，噴嘴出口壓力達到2.0 MPa 以上，噴霧顆粒在2.5～50 μm，布置如下。

左右擋風墻上排噴嘴和后墻噴嘴采用扇形噴嘴，如圖8 所示，扇形霧狀能夠保證每個噴嘴間互相銜接，在擋風墻上部形成比較完整的水幕，有效地阻止粉塵外溢，將粉塵阻擋在料斗區域內；左右擋風墻中排和下排噴嘴采用實心錐結構，如圖9 所示，實心錐結構噴嘴霧化效果更好，水分子顆粒更小，在料斗區域內能夠更有效地與粉塵顆粒結合，達到降塵效果。

圖8 扇形噴嘴

圖9 實心錐形

新型高壓精細微霧系統經實際驗證，在抓斗卸船機料斗處抑塵效果良好，具體效果如圖10 所示。與干霧抑塵相比，新型高壓精細微霧除塵系統優勢如下：①無需壓縮空氣機和霧化室就可形成精細的噴霧顆粒，減少能源的消耗；②精細噴霧顆粒更符合使用條件，可根據位置不同選用不同噴嘴，耗水量小；③運行成本和后期維護成本較低，日常維護簡單，只需定期清理過濾器，維護加壓泵即可。

圖10 精細微霧抑塵效果

6 結束語

通過以上的介紹與分析可知，對于抓斗卸船機料斗除塵，微霧除塵方式有明顯優勢。與普通的灑水除塵相比，能夠形成更好的霧化效果，噴水量少，降低了物料的含水量。與干霧除塵相比，運行成本和維護成本低，并且更適合開放的環境。