風送式抑塵噴霧機在堆場中的應用

肖 凱

（秦皇島港股份有限公司第二港務分公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

隨著國家環保要求逐步提高，建于20 世紀80 年代的煤炭堆場環保水平必須與之相適應。近年來，針對煤炭堆場環保建設也加大投入力度。但由于需在原址上對堆場環保除塵設備進行升級改造，受到環境、空間等因素限制，因此需要因地制宜，找出最合理的途徑，既滿足環保新要求又能解決實際問題。

為彌補噴槍出水量大且抑制浮塵效果較差、防風網因空間受限不能形成合圍的缺陷，找出一種能有效抑制浮塵、徹底整治衛生死角的手段勢在必行。受高壓微霧依靠高壓水、經過特制噴嘴后形成細小水霧、利用打散的水霧顆粒捕捉浮塵原理啟發，一種大功率、大霧量的風送式抑塵噴霧機應用到堆場浮塵治理的想法應運而生?；舅悸窞椋涸诙褕鐾鈧仍黾语L送式抑塵噴霧機，利用加壓泵使水滴形成細小的水霧，配合軸流風機系統將增加水霧覆蓋范圍，多臺使用形成水霧屏障，捕捉空氣中漂浮的粉塵，與粉塵相結合后形成較大顆粒，使其快速沉降到地面，從而產生顯著的抑塵、固塵效果。

1 技術方案

1.1 抑塵原理

根據空氣動力學原理，含塵氣流繞過霧滴時，塵粒由于慣性會從繞流的氣流中偏離而與霧滴相撞被捕捉，即通過粉塵粒子與液滴的慣性碰撞、攔截以及凝聚、擴散等作用實現捕捉的，其被捕捉的概率與霧滴直徑、粉塵受力情況有關：霧滴大時，塵粒僅僅是隨繞流繞過霧滴而未能被捕集；霧滴與塵粒粒徑相近時，更容易與塵粒相撞而捕集到粉塵。

在噴霧區內，液滴迅速蒸發時必然會在液滴附近區域內產生蒸汽組分的濃度梯度，形成由液滴向外流動擴散的斯蒂芬流。同樣，當蒸汽在某一核上凝結時，也會造成核周圍蒸汽濃度的不斷降低，形成由核周圍向凝結核運動的斯蒂芬流。因此，懸浮于噴霧區中的“呼吸性粉塵”顆粒，必然會在斯蒂芬流的輸送作用下運動，最后接觸并粘附在凝結液滴上被濕潤捕集。形成的凝結核不斷變大變重，在重力作用下自然沉降，進而達到抑制粉塵的目的，實現固塵效果（圖1）。

圖1 抑塵原理

1.2 抑塵機參數及功能

每隔80 m 安裝1 臺抑塵機，射程60 m、流量6 m3、霧化顆粒30～150 μm、總功率24.75 kW，噴嘴數量為72 個。每臺抑塵機由高壓供水系統、水霧化系統、軸流風機系統、俯仰液壓系統、水平回轉系統、電控系統等部分組成。

（1）高壓供水系統將水加壓提高至5 MPa，經過管道輸入到雙層霧環，再經72 個高壓噴嘴霧化形水霧，水霧經由軸流風機所噴射的高速空氣將其發送到較遠距離，形成較大范圍水霧屏障。

（2）俯仰液壓系統：由液壓泵、油缸等部件組成，可根據風力、風向在-10°～45°范圍內調整至最佳噴射角度并鎖止。

（3）水平回轉系統：由回轉電機、齒輪、軸承等組成，可通過本地或遠程控制噴筒在-160°～+160°范圍內調整到最優角度并鎖止。此外，還可控制其在回轉范圍內往復轉動。

（4）軸流風機系統：主要包括9 個部分，分別為進風筒、風機段、出風筒、輪毅葉片、電機、電機座、導葉筒和導葉。工作原理是，將葉片旋轉的機械能轉換成流動空氣總壓的增加而使空氣連續流動，通過改變流體動量來實現能量的轉換。當葉輪旋轉時，氣體從集流器吸入，氣體受到葉輪葉片的推擠而獲得能量，然后流入導葉，導葉的作用是將一部分偏轉的氣流轉化為軸向流動，使氣體的動能變為靜壓能，從出風筒流出。軸流風機的葉片一般是可以轉動角度的，即安裝角可調。通過調節葉片的安裝角并保持在一定角度，使其在變工況工作時仍具有較高的效率。

（5）水霧化系統：水經過過濾器—多級增壓泵—噴霧環—噴頭；可以在噴霧環上均布安裝若干個水霧噴頭。其中最主要的就是水霧噴頭，它是將水細化的重要元器件。高壓水流高速通過噴頭的過渡導流孔，在超高的水流速度下，收縮噴口使空氣加速，并產生高頻率旋轉水流，沖擊出水細孔形成細化水滴，配合高速的噴射式軸流風機形成水霧，噴射的水霧顆粒直徑≤100 μm，實現對懸浮在空氣中的粉塵顆粒進行有效吸附的要求，使粉塵受重力作用而沉降，從而達到抑塵作用。

1.3 遠程控制通信方案

基本的設計思路為，鋪設光纖到除塵泵房內，每處抑塵機通過T-BOX 以太網模塊連接控制器及上位操作系統。要求T-BOX 以太網模塊支持Modbus-RTU 串口設備，實際上，安裝的控制器適合這種工業以太網控制系統。在每處抑塵機處設置控制系統箱，系統內包含全套的電氣元件及PLC 等，采用信捷XD 系列可編程控制器作為核心控制元件，此類型控制器為以太網型控制器，具備RJ45 口，支持TCP/IP 協議，可實現基于以太網的MODBUS-TCP 通信、自由格式通信。支持程序上下載、在線監控、遠程監控、與其他TCP/IP 設備通信。XD 系列PLC 擁有更快的指令處理速度，相當于同類型控制器的12～15倍以上，重點表現在浮點指令運算速度提高顯著，掃描周期單位為“μs”。

1.4 邏輯控制

抑塵機啟動時延時響鈴報警，報警30 s 結束后供水電磁閥開啟、加壓水泵運行；軸流風機按順序依次啟動，自動回轉系統運行，依靠限位做往復運動。抑塵機停止時，電磁閥、加壓水泵、軸流風機回轉系統停止運行，泄水電磁閥打開并在5 min 后自動關閉。另外，應將管路中的水盡量放空，防止冬季凍結結冰。

1.5 上位系統開發

抑塵機可通過霧環處動畫效果實時顯示設備運行狀態，電磁閥、水泵、旋轉左右極限也可通過點亮圖標顯示。旋轉切換按鈕可在自動運行狀態下鎖定或解除任一臺抑塵機的旋轉功能，可實現定點噴灑。自動啟動和停止可同時控制三臺抑塵機的啟用和停止。在自動狀態下，點擊設備的自動啟動按鈕，第一臺設備先啟動，當第一臺設備完全啟動后，系統發出第二臺設備的啟動信號來控制第二臺設備的啟動，當第二臺設備完全啟動后，系統發出第三臺設備啟動信號控制第三臺設備啟動；點擊自動停止按鈕，設備全部停止。根據現場實際需求，可單獨設定每臺設備的運行時間、報警時間。

此外，每臺抑塵機還可實現分控，點擊鎖定按鈕，可實現某一抑塵機可隨或可不隨自動狀態運行；也可在手動狀態下調整任抑塵機回轉、俯仰以及啟停；并且自動、手動狀態都能顯示低溫、缺水、通信、控制以及各功能運行狀態，方便操作或檢修人員及時發現故障，及時處理。

2 輔助功能設計

2.1 行人避讓方案

因設備布置于皮帶機沿線，高壓噴霧可能對設備維修保養人員造成傷害，故需要考慮增加行人保護系統，并在設備之間設置供行人快速撤離的扶梯。每臺抑塵機設置啟動報警系統，并可單獨設置運行時間和響鈴時間（報警時間不少于30 s），在此區域的行人聽到響鈴后可就近選擇扶梯撤離到安全位置，防止誤傷。

2.2 避讓大機解決方案

在正常啟動抑塵時，噴霧可能噴射至在此區域大機上，會加速大機鋼結構銹蝕速度，冬季噴灑還會造成設備結冰，影響設備運行及上下人員安全。因此，針對此問題設計大機行走限位，防止水霧噴灑到大機導致影響設備穩定運行。

大機上安裝碰鐵，地面上南北兩側距離每臺抑塵機40 m處設置雙觸點限位器，PLC 連接兩組雙觸點限位器來反饋大機行走位置信號。在自動除塵的情況下，當大機行走或停留在任何一臺抑塵機噴射范圍外時，抑塵機自動除塵均正常運行。大機上安裝碰鐵，當觸碰任一抑塵機限位器觸點，判斷大機進入噴射范圍，相應抑塵機停止噴射。當大機再次觸碰或觸碰另一限位器時，判斷大機離開噴射區域，相應抑塵機解除限制，自動狀態恢復。大機行走限位的啟用與禁用可以通過上位操作系統進行更改，且上位系統設置復位功能，防止誤動作。

2.3 泄水功能實現方案

由于抑塵機停止運行后，霧環中的水只能依靠噴嘴緩慢流出，考慮到冬季低溫可能會造成噴嘴結冰，因此對設備加以改進，解決此問題。設計思路為取消機上原有電磁閥，在地面供水管路處設置供水電磁閥，并在靠近設備端設置泄水電磁閥。工作原理為正常工作時，供水電磁閥打開、泄水電磁閥關閉，抑塵機正常工作；停止運行時，供水電磁閥關閉、泄水電磁閥打開，霧環、水泵、中間旋轉接頭及所有管路中的水一并泄出，延時5 min關閉，時間可根據實際情況任意更改，再配合保溫伴熱，實現一年四季投用。

3 主要技術創新點

（1）利用布朗運動技術捕捉空氣中細小粉塵。通過加壓泵及霧化噴嘴形成水霧，微粒表面張力基本為零，能迅速吸附空氣中的粉塵顆粒，有效與粉塵結合后沉降，從而產生固塵效果。

（2）精細化設計上位操作界面及功能，方便操作或檢修人員及時查看抑塵機運行或故障信息，并與現場噴槍站畫面融合，實現集中控制，達到人員精簡目的。

（3）設計大機避讓系統，可實現抑塵機隨大機位置變化自動投用或停止，防止大機進入抑塵機區域后造成設備腐蝕或冬季結冰現場，減少對大機穩定運行的影響。

（4）設計泄水功能，將霧環、水泵、旋轉接頭以及機上所用管路中的水在極短時間內完全卸出，配合保溫伴熱功能，解決原設備設計缺陷，保證一年四季可正常投入使用。

（5）抑塵機中間位置設置走梯，配合運行前響鈴報警以及筒體角度固定，保證人員可安全通行或快速撤離此區域。

4 實施效果

根據大氣污染防治要求可實現定時、定點或不間斷運行，配合堆場噴槍系統，形成雙重屏障，有效降低粉塵濃度，抑制粉塵外溢，為綠色港口建設提供有力保障。