散貨碼頭帶式輸送機轉載點粉塵控制措施分析

翁廣寧

關鍵詞： 散貨碼頭 轉載點 抑塵 除塵

中圖分類號： TD714.4;TD528.1 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2023）15-0066-04

散貨碼頭物料輸送過程中產生的粉塵直接威脅到作業人員身體健康和環境安全，轉載點作為輸送系統的主要產塵源，一直是防治粉塵的重點。確定粉塵產生原因和影響因素，厘清各類粉塵控制措施特點，有利于實現粉塵防治。

1 粉塵的分類及其危害

1.1 粉塵的成分與分類

散貨碼頭常見的無機塵以煤粉塵、礦石粉塵等為代表。粉塵按粒徑或顯微鏡下可見程度分為粗塵、細塵（在日光肉眼可見），顯微塵、亞顯微塵（在顯微鏡下可見）。

1.2 粉塵的危害

粉塵的危害主要有以下幾個方面。

1.2.1 對人員健康的危害

粉塵最嚴重的危害是對生產作業人員身體健康造成的生理傷害。作業人員長期接觸粉塵易引起哮喘、支氣管炎等呼吸系統疾病，嚴重的能導致肺組織纖維化病變，形成塵肺病。

1.2.2 對設備運行的危害

飄逸粉塵長期飄浮在空氣中，影響作業人員視線。粉塵受重力作用沉降在地面和設備表面，有礙管理檢查和巡視監控。沉積在設備上的粉塵加大了機器運動部件的磨損，導致設備維護增多，使用壽命降低[1]。

1.2.3 對生產安全的危害

微小粒徑顆粒物比表面積大，可燃性粉塵氧化反應速度快下，易引發燃爆，造成人員和財產的重大損失。

2 帶式輸送機轉載點粉塵析出的原因

2.1 粉塵析出的原因

散貨物料在帶式輸送系統物轉載點處出現運行方向、料流形態的變化，引起氣流對散貨物料的擾動影響是粉塵在轉載點析出的主要誘因。一般認為，形成有效影響的氣流主要由輸送帶牽引氣流、誘導氣流、剪切氣流組成[2]。

2.1.1 輸送帶牽引氣流及其產生作用

輸送帶作業時，散貨料流周圍的空氣受皮帶和料流帶動形成沿輸送方向的牽引氣流。由于空氣黏度影響，牽引氣流與散貨料流之間存在速度梯度，所產生的摩擦力促使料流表面的粉塵剝離并散逸在其上方空氣中。當料流在輸送帶頭部運動方向發生驟變，受拋射時離心力作用和牽引氣流阻滯作用，粉塵散逸現象明顯。

2.1.2 散貨物料誘導氣流及其產塵作用

物料在溜管中下落過程受重力加速度影響，落料速度逐漸增大。隨下落時間增加，前后物料之間出現速度差，料流形態變得松散。顆粒在直線運動過程中對前方空氣形成沖擊力，同時在顆粒后方形成負壓，受拽引空氣填充入物料顆粒間空隙并在顆粒側后方形成渦流擾動，影響料流中粉塵下落時的運動狀態。

2.1.3 散貨物料剪切氣流及其產塵作用

落入下層皮帶機的物料在接觸到剛性平面后，料流恢復成原來的堆積形態，誘導氣流受物料猛烈擠壓作用形成剪切氣流從落料點四周以上升氣團形式逸出。氣流散逸的同時從料流中夾帶出大量微細粉塵。

帶式輸送機轉載點的粉塵散逸受多種氣流綜合作用形成，其中剪切氣流對飄塵產生的影響最明顯。

2.2 析出粉塵的影響因素

一般將含塵氣流視為氣-固二相流，粉塵析出的影響因素即是對二相流的影響因素。

2.2.1 物料含水率的影響

散貨物料越干燥，揚塵越嚴重。與水接觸后，物料中的微細粉塵凝聚形成較大顆粒或黏附在大顆粒物料上，抗氣流擾動能力顯著增強。以輸煤為例，有研究認為，當來煤的含水率大于7% 時，可以有效遏制煤流起塵。

2.2.2 帶式輸送機帶速的影響

帶式輸送機帶速對析出粉塵氣流量有直接的影響。

（1）帶速對牽引氣流的影響。

末速度V_en直接影響式（1）系數Φ 的取值。由式（2）可見，隨著上、下層輸送帶落差H 增大，溜管中料流產生的誘導風量增多，當料流落入下層輸送帶平面時，因剪切氣流帶出的揚塵量也越多。

2.2.4 影響因素分析

綜上所述，除含水率外，料流粉塵的析出主要受輸送機帶速、落差產生的誘導氣流量影響。轉載點的粉塵控制措施宜從以上影響因素入手，采取針對性的方法，有效遏止粉塵析出。

3 轉載點粉塵控制措施

轉載點粉塵控制措施大致上可分為抑塵和除塵兩方面。

3.1 抑塵方式的粉塵控制措施

抑塵是通過針對轉載點產塵因素施加措施以遏止各起塵部位的粉塵析出，目的在于減少污染物的產生量。

3.1.1 輸送機工藝設計措施

輸送帶高帶速和高落差是起塵的主要原因，減小帶速和落差可以明顯地減少轉載點的粉塵析出。

（1）減小輸送帶運行帶速。

從散貨碼頭的發展方向看，為了提高物料裝卸效率，帶式輸送機的設計趨向于大帶寬和高帶速以增加輸送系統運力，減小帶速的方式很難被接受。但是通過工藝計算確定一個經濟的帶速，減少不必要的運力冗余則應該予以考慮。

（2）減小輸送帶之間的落差。

輸送帶的布置受限，很難直接降低落差H。從式（2）看，除了落差H 外，另有兩個可變量：物料和溜管壁的摩擦系數f 和溜管與下層皮帶夾角α 。

為了減小料流對溜管的滑動摩擦，溜管壁會選擇盡量光滑的材料，即不考慮增加f 值來降低V_en值。那么可以調整的就剩下夾角α 。

3.1.2 噴淋增濕措施

增加物料含水率可以有效降低輸送散貨物料時在轉載點的起塵量。就碼頭散貨而言，物料對噴淋用水的水質要求不高，水的來源廣泛，水量充足，設備投資低，還可向水中添加化學藥劑增強效果，屬于一種經濟、便利的抑塵措施，已得到廣泛采用。

當然，噴淋增濕也有局限性。噴水量過大可能導致輸送帶運行時打滑；淋水會降低品質的散貨物料也無法采用增濕措施進行抑塵；當環境溫度低于0 ℃時，還需對噴淋系統保溫防凍。

3.1.3 密閉罩措施

密閉罩把揚塵全部封閉在罩內空間，隔斷罩內粉塵與罩外氣流的混合，防止粉塵的擴散傳播。

雖然由于進出口和觀察孔等的存在，密閉罩的結構難以做到完全密封，但是局部密閉罩能有效地限制揚塵的散逸空間。大顆粒粉塵受重力作用沉降后可以落回到輸送帶上。作為抑塵的初步措施，密閉罩能在很大程度上減少后續除塵措施的處理負荷[4]。

3.1.4 無動力抑塵措施

無動力抑塵是在密閉罩基礎上對下層輸送帶落料點揚塵氣流的進一步抑制。

如圖2 所示，溜管物料在下落過程中受誘導氣流影響，無動力罩上部形成負壓區。當物料沖擊下層輸送帶時，因剪切氣流影響在無動力罩下部形成正壓區。由于上下區的壓差構成對起塵氣流的抽吸，大顆粒粉塵受重力作用與氣流反向運動落回到輸送帶上，微細顆粒隨氣流運動回到溜管形成循環，既減少了外部空氣對誘導氣流的補充，又減少了剪切氣流的擴散[5]。

3.2 除塵方式的粉塵控制措施

有研究顯示，粒徑在10 μm 以下的粉塵受空氣阻力和湍流作用有向上浮動的趨勢。抑塵措施對此級別的粉塵控制乏力。

除塵措施通過收集揚塵氣流，經由不同力的作用將粉塵從空氣中分離出來，是對抑塵措施的有效補充。

3.2.1 除塵器消塵措施

除塵器通過風機負壓抽吸將含塵氣體送入專門的處理設備，分離氣體中的粉塵顆粒。常見類型有旋風除塵器、袋式除塵器、電除塵器、濕式除塵器等[6]。

（1）旋風除塵器。

含塵氣體進入旋風除塵器后形成漩渦狀氣流，顆粒由慣性離心力作用被推向外壁分離出來，再借由重力作用收集在灰斗中。旋風除塵器結構簡單，多作為除塵系統的初級過濾裝置。

（2）袋式除塵器。

袋式除塵器是應用最多的一類干式除塵器。它利用纖維織物的過濾作用對含塵氣體進行過濾，適用于捕集細小、干燥、非纖維性粉塵，除塵效率高達99%[7]。

袋式除塵器的缺點在于濾袋不適宜處理黏濕性氣體，且濾袋作為易損件需要經常更換，運行成本較高。

（3）電除塵器。

電除塵器利用電場產生的靜電力分離氣流中的粉塵，對于粒徑1～2 μm 的粉塵，除塵效率可達98%～99%。除塵器的過流斷面大、阻力低，耐高溫性能好，對于易荷電粉塵而言屬于一種高效過濾器。

電除塵器存在設備重、占地面積大、初期投資費用高的問題，也不宜用于荷電能力不強或者有爆炸性危險的粉塵。

（4）濕式除塵器。

濕式除塵器利用含塵氣體與液體接觸，發生濕潤、凝聚、擴散沉降，使粉塵顆粒從氣流中分離出來，達到凈化空氣的目的。濕式除塵器構造簡單、投資較省，對一部分氣態污染物也能有效去除，能有效避免可燃粉塵爆炸。

缺點在于存在水氣混合，設備防腐要求更高，在寒冷地區還要考慮冬季防凍。

3.2.2 濕法消塵措施

濕法消塵利用粉塵親水性特征來達到除塵目的，是一種高效的粉塵控制措施。凡是允許加濕的物料，都可以采用，但需注意寒冷地區冬季用水防凍的問題[8]。

（1）水霧消塵。

水霧與氣流錯向運動，當含塵氣體經過水滴時，氣體因水滴的阻礙改變運行方向，而粉塵顆粒由于慣性力的作用繼續沿原來方向運動，碰撞并黏附在水滴上，實現粉塵與氣流的分離。水霧在整個起塵料流的上方覆蓋范圍越充分，對揚塵的消除效果越好。

因水霧消塵與噴淋增濕的灑水方式相同，兩者可由同一套灑水系統實現。

（2）氣霧消塵。

一般的機械噴嘴噴出的水滴直徑較大，水滴之間空隙大，轉載點揚塵的微細顆粒與水滴碰撞的概率低，要取得更好的消塵效果時，水量消耗大，產生的淋洗污水還要進一步處理，增加了處理成本。

氣霧消塵由壓縮空氣驅動，利用氣力噴嘴將水滴激發成亞微米級霧，捕集凝聚含塵氣流中粒徑在10 μm以下的顆粒物，使粉塵很快落回輸送料流上。相同水量下，氣霧水滴比表面積更大，與氣流中粉塵碰撞的概率更高。氣霧消塵的耗水量極少，基本不存在淋洗污水。

氣霧系統的缺點在于易被雜質堵塞噴嘴導致霧化效果停止，需要為生產水添置過濾裝置。氣霧消塵的設備購置費、運行能耗遠高于普通水霧消塵。

4 轉載點粉塵控制措施的選擇

抑塵方法能耗少，在轉載點粉塵控制措施的設置時宜予以優先考慮，但一般達不到污染物排放標準，仍需除塵措施作為補充。

采取除塵方法可以有效減少起塵中的顆粒物排放量，其系統處理能力由轉載點含塵氣體的性質和風量決定。冗余的除塵風量會使設備成本增加，除塵風壓對輸送帶周圍氣流場的擾動易使散貨料流產生二次揚塵，計算確定一個合理、經濟的設備能力是除塵系統的重點工作。

不同抑塵措施適用于不同影響因素的起塵，多種抑塵措施組合使用可最大限度地抑制轉載點粉塵的析出。不同除塵措施的消塵功能重疊，重復設置效率低，可根據經濟條件和散貨物料的特性選擇其中一種使用。除塵措施作為抑塵措施的補充，兩者結合使用可以達到更好的粉塵防治效果。

5 結語

根據散貨碼頭帶式輸送機轉載點的粉塵析出原因和抑塵、除塵方式的不同特點，選擇恰當的粉塵控制措施進行組合，采取綜合防治，可以實現轉載點粉塵的有效治理。