一、研究背景
近年来，我国基础建设得到了前所未有的发展，拌合楼作为基础建设重要组成部分，也进入了发展黄金时机。据不完全统计，截止到2019年年底，全国仅商品混凝土站已经有接近10000家，临时性的拌合楼设备有将近7000-10000个，仅我公司范围内拌合楼的数量就达40余台套。目前我国的混凝土搅拌站设备无论从产品质量还是规模已经进入了世界先进行列。
然而，随着国家环保形势的日益紧张，混凝土拌合楼的缺点也日益凸显。粉尘污染、噪声污染以及废料处理是混凝土拌合楼衍生出来三大环境污染问题：废料处理可以通过沉淀池进行三级沉淀，定时清理得到有效处理；噪声污染可以通过安装除尘降噪装置、设置隔音板等设备得到有效控制；地面扬尘也可以通过洒水设备洒水降尘，但是混合料主机投料时产生的灰尘以及粉料仓补料过程中的粉尘排放却一直得不到有效控制，也是环保部门验收关键。
目前我国对于混合料投放产生的灰尘主要有以下两种方式，振动式除尘器、脉冲式除尘设备，但是传统除尘设备有效使用时间较短，需要频繁更换滤芯或者气压设备，难以达到长久有效的除尘效果。为此提出了二级除尘器的设计理念，即将振动式除尘器、脉冲式除尘器、针刺毡材料结合到一起，并通过管道连接到一起，共同达到除尘效果。该种方法结合了两者优点，由于仓顶的一级除尘会过滤掉绝大多数的粉尘，使得地面的二级除尘器粉尘回收量很小，大大降低了单一脉冲反吹除尘器粉料回收利用方面操作，具有简单可行、人力投入少、安全隐患小、环保效果持久等特点，具有较强的可操作性和推广意义。
二、拌和站灰尘产生原理以及传统除尘方式
1、拌合楼灰尘产生原因
混凝土搅拌站是由搅拌主机、物料贮存系统、物料输送系统、物料称量系统和控制系统及其它附属设施所组成的建筑材料制造设备，它以水泥为胶凝材料，将砂石骨料、粉煤灰、矿粉等原料按照一定的配比进行混合制作成混凝土。其生产过程中一般包括：物料输送、称量、拌合、搅拌等环节，产生粉尘的工艺过程主要有以下几个：
（1）物料输送过程产生粉尘
砂、石骨料由输送机从称量斗输送到骨料集料斗，在此过程中，由于输送机头部滚筒和集料斗之间落差较大，因此抛投骨料的过程将产生大量粉尘，而且斜皮带进入骨料待料斗和斜皮带头罩处无法做到完全封闭，产生的粉尘会从未封闭处溢出。水泥、粉煤灰、矿粉等粉料在输送及加工过程中受到流动空气及设备运动部件所产生的诱导气流影响，会将粉粒体中的细微粉尘带出而产生扬尘。散装物料罐车在向粉料仓送料时，水泥、粉煤灰、矿粉等物料以高压空气为动力输送，在输送过程中，储料仓内的压力大于大气压，压缩空气通过仓顶除尘器的滤芯向外释放时也产生少量扬尘。尤其当储料仓仓顶除尘器发生故障，滤芯被堵死时，粉料仓内的压缩空气将通过安全卸压阀卸荷，大量粉尘将随着卸压的空气排放到大气中。
（2）搅拌主机投料过程产生粉尘
混凝土搅拌站搅拌主机部分产生粉尘主要有两个阶段：第一阶段为粉料称量时产生的粉尘；第二阶段为粉料和骨料投入搅拌主机时产生的粉尘。第一阶段：螺旋输送机输送粉料到粉料计量斗中，实现粉料称重（投料口的蝶阀关闭），此时由粉料斗往主机进气，连接密封不可靠的地方和观察维修口等可拆卸部件，难以做到完全密闭，容易产生漏灰。第二阶段：当拌和料称量完毕后，粉料计量斗和骨料待料斗的投料口蝶阀都已打开，骨料和粉料被投入主机，骨料中粉尘随骨料一同进入主机，投入主机内的粉尘大部分参与搅拌，少部分扬起。拌和料进入主机时，主机形成正压，主机内的气体向外流动，部分气体由计量斗气道进入粉料斗中，另一部分气体由气道进入待料斗中，还有一部分气体由引风管进入收尘系统的过滤室，最后被风机抽出排入大气。
（3）搅拌主机搅拌过程产生粉尘
现行的混凝土搅拌站多使用双卧轴强制式搅拌机，对双卧轴强制式搅拌机而言，当搅拌机螺旋叶片绕水平轴旋转时产生对物料的向上翻动，轴向力的作用将物料沿水平轴推向中间和另一端，搅拌叶片会促使少部分粉料从空隙处飞出，产生扬尘。
（4）储料仓内负压产生粉尘
当储料仓向搅拌主机卸料，储料仓内的气压得不到及时补充有时会形成仓内负压，仓内负压将部分物料扬起，当除尘系统中的过滤布袋或滤芯出现破损时，会产生粉尘外泄。
2、国内拌合站除尘器的种类
一、振动式除尘器
一种为连续型，另一种为间歇型。其区别是：连续使用的收尘器分隔成几个分室，其中一个分室在清灰时，其余分室则继续除尘；间歇使用的收尘器则只有一定室，清灰时就要暂停除尘，因此，除尘过程是间歇性的。机械振动袋式除尘设备工作原理是用机械振动能量传递到滤袋，以振动方式清除滤袋过滤过程中黏附的积尘。由于能量传递效率低，所以机械振动袋式除尘设备以小型除尘器为主。
二、旋风除尘器
旋风除尘器的类型有许多种，分类也有许多种，一般能够按性能、按结构、按设备情况、按气流导向方式来区别，旋风除尘器没有其他的运动配置，制造、办理、运转十分简略，能够立式设备或卧式设备，可是旋风除尘器处风量小，除尘效率低。
三、电除尘设备
电除尘设备是一种高效率的除尘器设备，适用于处理大风量的粉尘工业除尘体系、高温烟气、和处理高浓度的气体，电除尘设备能够捕捉一些十分细微的粉尘，是一款压力丢失小、用电量低、运转费用小的除尘设备。
四、湿式除尘器
湿式除尘器的优点是在过滤粉尘的同时，还能够处理带有异味、毒气性质的气体，湿式除尘器最大的特色是，能够避免粉尘、避免设备爆炸，特别适合用一些简单发生爆炸的金属粉尘，和一些不简单被处理的粉尘，湿式除尘器的运转原理是用水和粉尘进行潮湿、聚合、分散在沉降的进程，让粉尘从气体中分离出来，最终达到了净化气体的目的。
五、脉冲滤筒除尘设备
脉冲滤筒除尘设备的作业原理：带有粉尘的气体进入脉冲除尘器箱体里边后，因为气流突然变大，气体中一些大的颗粒粉尘因为重心的原因和惯性的原因被沉降下去，小的细的粉尘进入脉冲除尘器设备的过滤体系后，被滤筒滤网隔离起来，让粉尘停留在了滤筒的外表，通过滤筒后的洁净气体从排风口通过风机排出，而停留在滤筒外表的粉尘被脉冲除尘设备的脉冲设备喷吹体系将其掉落，然后掉入灰斗中，通过卸灰阀，被排出。
六、增加除尘方式种类
而目前在拌合站除尘中使用较多的是振动式除尘器与脉冲式除尘器。振动式除尘器设置于水泥罐顶部，操作简单，但是滤芯易破损，更换滤芯时，需要作业人员攀爬到20多米的粉料仓仓顶进行更换，存在较大的安全隐患（见图3：拌合楼更换振动式除尘器滤芯）；脉冲式除尘器是近些年应用较多的除尘设备，脉冲式除尘设备过滤负荷较高，滤袋磨损轻，运行安全可靠，但是该项设备需要专门气压设备，并且需要定期更换滤袋，长时间使用也难以达到环保要求。
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图1 振动式除尘器滤芯
三、主要除尘设备工作原理
1、振动式除尘设备工作原理
振动式除尘器的滤尘作用是通过滤芯进行的，除尘滤芯的材料是一种多孔性玻纤，通过滤芯可有效的使固相与气相分离开来，当含尘空气通过时，微粒吸附在滤芯上的或沉降下来，净化后的空气即可排出，为了清除附着和沉入滤芯的灰尘，在每班通风机停止运行时启动固定在除尘器上的振动器，附着在滤芯上的微粒便脱落至水泥罐中。振动式除尘器的除尘效率高，能除掉微细的尘粒，处理气量的适应性强，可捕捉的粉尘粒径范围大，适宜处理有回收价值的细小颗粒物，结构比较简单，运行也比较稳定。
2、脉冲式除尘设备工作原理
脉冲式除尘器主要由上箱体、中箱体、灰斗、进风均流管、支架滤袋及喷吹装置、卸灰装置等组成。含尘气体由敞开式法兰进入过滤室，较粗颗粒直接落入灰仓，含尘气体经滤袋过滤，粉尘阻留于袋表，净气经袋口到净气室，由风机排入大气。当滤袋表面的粉尘不断增加，程控仪开始工作，逐个开启脉冲阀，使压缩空气通过喷口对滤袋进行喷吹清灰，使滤袋突然膨胀，在反向气流的作用下，附着于袋表的粉尘迅速脱离滤袋落入灰仓，粉尘由卸灰阀排出。
脉冲除尘器由箱体、灰斗、滤袋支架、滤袋、喷吹装置，脉冲控制器等组成。脉冲除尘器的工作原理是是当含尘气体由进风口进入除尘器，首先碰到进风口中间的斜板和挡板，气流便转向流入灰斗，同时气流速度放慢，由于惯性作用，使气体中粗颗粒粉尘直接流入灰斗，起预收尘的作用，进入灰斗的气流随后折而向上通过内部装有金属骨架的滤袋粉尘被捕集在滤袋的外表面，净化后的气体进入滤袋室上部清洁室，汇集到出风口排除。含尘气体通过滤袋净化的过程中，随着时间的增加而积附在滤袋上的粉尘越来越多，增加滤袋阻力，致使处理风量逐渐减少，为正常工作，要控制阻力在一定范围内（140-170毫米汞柱），一旦超过范围必须对滤袋进行清灰，清灰时由脉冲控制仪顺序触发各控制阀开启脉冲阀，汽包内的压缩空气由喷吹管各孔喷射到各相应的滤袋，内滤袋瞬间急剧膨胀，使积附在滤袋表面的粉尘脱落，滤袋恢复初始状态。清下来的粉尘落入灰斗，经排灰系统排出机体。由此使积附在滤袋上的粉尘周期性的脉冲喷吹清灰，使净化气体正常通过，保证除尘系统持续有效进行。
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图2 脉冲式除尘器滤芯
四、二级除尘设备理念以及设计原理
1、拌合站除尘系统升级改造
由于水泥打入水泥罐产生的灰尘首先经过振动式除尘器，之后通过管道经过针刺毡材料进行二次除尘，最后经过脉冲式设备，脉冲式设备下为材料的收集口，对水泥进行二次收集。
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图3 改造图
2、二级除尘设备水密性试验
为了保证设计系统封闭良好性，系统组装完成后利用水密性试验对系统的密闭性能进行检测，具体检测步骤如下：在导管两端安装水密性良好的封闭装置，封闭装置采用既有试压套。试压封闭两端安装有进出水孔。进水孔位于管道的正下方，出水孔位于管道的正上方，注水时，待看到出水孔有水溢出方可停止注水（这是为了将管道内的空气排空），并将封堵进出水15分钟。检查导管接头处溢水情况，对溢水处做好记录，试压将导管翻滚180°，再次加压，保持压力15分钟，检查情况做好记录。安装水管向导管内注水，注水至管道另一端出水时停止，并应保证导管内充水达70%以上，方可停止。将一端注水孔密封，另一端与空气压力机连接，检查导管连接处封闭端安装情况，检查合格后压风机充压0.6MPa时，保持压力15分钟。检查导管接头处溢水情况，对溢水处做好记录，试压将导管翻滚180°，再次加压，保持压力15分钟，检查情况做好记录
3、二级除尘设备材料设计
（1）常见的除尘材料
目前常见的除尘材料主要有以下几种：
一、普通涤纶纤维除尘材料，如：涤纶针刺毡除尘材料，常使用于矿山、食品、制药、建筑等行业，但效果显著。涤纶针刺毡一般制作分为：涤纶长丝纤维和涤纶短纤维，由于涤纶针刺毡的品种较多使用广泛。
二、混纺除尘材料：除尘布袋的原料添加不同的高温原料织造，以适应某些特殊工况的使用，一般这种除尘布袋要提前定制。
三、亚克力除尘材料：亚克力除尘布袋利用新型原料加工制成，采用针刺毡覆膜工艺，外表运用烧毛轧光，除尘效果更佳。
四、丙纶除尘布袋：丙纶除尘布袋的适应性要根据不同的场合选取，否则会使除尘布袋寿命降低，从而对丙纶滤料的除尘布袋产品会产生不同的看法，而错误的理解为丙纶的除尘布袋不耐用，其实丙纶除尘布袋是常温除尘布袋中的重要的一类。
5.3.2除尘材料的选择
普通涤纶纤维除尘材料、混纺除尘材料、亚克力除尘材料等这几种材料均在除尘材料中比较常见，也能够达到有效的除尘效果，但是由于材料使用过程中经常发生静电，造成了一定的危险，为此对材料进行了特殊的设计。
一、水泥粉尘爆炸相关研究
1、粉尘爆炸，指粉尘在爆炸极限范围内，遇到热源（在本项目研究中主要是静电），火焰瞬间传播于整个混合粉尘空间，化学反应速度极快，同时释放大量的热，形成很高的温度和很大的压力，系统的能量转化为机械功以及光和热的辐射，具有很强的破坏力。
2、水泥粉尘爆炸的原理：
粉尘的严格定义是指悬浮在空气中的固体微粒。习惯上对粉尘有许多名称，如灰尘、尘埃、粉末等，这些名词没有明显的界限。国际标准化组织规定，粒径小于75μm的固体悬浮物定义为粉尘。粉尘的表面积与同量的块状物质相比要大得多，故容易着火。如果它悬浮在空气中，并达到一定的浓度，便形成爆炸性混合物。一旦遇到火星，就可能引起燃烧。燃烧时，气压和气压上升率越高，其爆炸率也就越大。
根据科学试验测定，粉尘爆炸的条件有三：一是烧料，干燥的微细粉尘、浮游粉尘的浓度每立方米达到30-40克，；二是氧气，空气中的氧气含量达到21%；三是热能，40毫焦尔的火源。
3、除尘材料防静电的设计。
在除尘器密闭空间中主要控制两个方面：1、粉尘的浓度。水泥经过振动式除尘器的目的就是初步降低粉尘的含量，使其不会直接进入管道，产生过高的浓度。2、控制热能。在除尘器中主要的热源是除尘材料的静电作用。
经项目研究组研究，并通过咨询相关专家，在生产针刺毡的基布的经纱中并入导电纤维纱等导电材料，具有极好的防静电性能，用于除尘设备。
4.二生产试验过程中试验探索、调整、完善
（1）除尘材料试验
试验让同一浓度粉尘分别经过三个风口，三个风口位置分别设置涤纶针刺毡除尘材料、混纺除尘材料、丙纶除尘材料进行对比试验，分别在出风口处测试粉尘含量，分析他们除尘效果，从而得出最佳的除尘材料。
（2）材料的耐久性试验
试验采用鼓风机分别模拟除尘设备，让不同浓度粉尘通过针刺毡材料，每天鼓风六次，每次1个小时，在最后一次通风时测量粉尘浓度。
（3）改进后与传统除尘设备在除尘效果、使用性等方面的对比分析。
经过对比试验表明。二级除尘设备灰尘含量为振动式除尘器1/8，为脉冲式除尘器的1/5。
5.二级除尘设备技术优势
1、该除尘设备有效的将振动式除尘器与脉冲式除尘器原理进行了有效的组合，创新性提出了二级除尘概念。
2、二级除尘中管道风速利用负压推动，大大增加了脉冲式除尘器工作效率。
3、在两个除尘器之间设置了针刺毡材料，材料加入了导电性纤维，减少了静电产生尘爆可能。
4、方便拆装，可以循环利用，减少了清理灰尘安全隐患。
5、二级除尘的方式可以延长仓顶除尘器滤芯的使用寿命，做到物尽其用
（2）该项目运行时的注意事项
1、设备运行时，应设专人进行管理，并做好运行记录
2、管理人员应熟悉除尘器原理、性能、使用条件，并掌握运行参数的调整和设备维修方法
3、定期对设备商需润滑部位补充润滑油
4、经常检查除尘器脉冲清灰系统是否正常喷吹，如不正常则着重检查脉冲阀膜片、电磁阀有无失灵或损坏，并应及时维修或更换。
5、脉冲阀如发生故障，应及时排除，如内部有杂质、水分等异物，应及时清理，膜片损坏应及时更换。
6、定期检查气缸及各法兰连接面情况，如发现漏气，应及时更换密封圈。
7、检修门上的密封条，如有老化，应及时更换。
8、定期测定工艺参数，如排放指标、排气量等，如发现异常，应查找原因并及时处理。
9、滤袋为易损件，使用过程中应定期检查滤袋破损情况并根据损坏程度及时更换。
10、及时检查压缩空气系统中油水分离器积水情况，及时排放油水分离器中的积水。
11、在上料过程技术后，应保持除尘器继续工作一段时间，以除去设备中的潮气和粉尘，对脉冲除尘器收集的粉料及时进行清理再利用，避免浪费，物尽其用。
五、项目成果推广意义
二级除尘设备有着很多优点，例如其效率高、环保等，本报告对二级除尘设备应用进行了分析研究，相信随着科学技术的进步，以及相关工作人员的不断努力，更多完善的、高效的除尘设备的出现，从而也促使其应用的更加广泛。
在如今国家对环境的日益重视下，此成果能够应用于类似拌合站拌合设备，既有利于企业能够正常运行，又有利于保护环境响应国家号召。
论文作者:李紫辉,李丽
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/7
标签：粉尘论文; 除尘器论文; 设备论文; 脉冲论文; 材料论文; 滤袋论文; 气体论文; 《基层建设》2019年第32期论文;