粉料撒布车除尘器设计

吴 鹏，李彦帅，李俊武

粉料撒布车除尘器设计

吴 鹏1，李彦帅2，李俊武2

(1.浙江美通筑路机械股份有限公司，浙江海宁 314423;2.中交西安筑路机械有限公司，陕西西安 710200)

为了控制粉料撒布车加料和撒布时的扬尘污染，对国内外同类产品的典型除尘方式的结构与原理进行了总结，并分析了各自的优缺点，提出了将脉冲喷吹滤筒式除尘器用于粉料撒布车除尘的解决方案，给出了除尘器主要参数的计算方法和关键设计要点;指出通过合理控制撒布辊转速和设计吸尘装置可以有效地控制撒布扬尘，并给出了吸尘装置的引风机流量的计算方法。实践证明，据此设计的粉料撒布车脉冲喷吹滤筒式除尘器的排放浓度满足环保要求。

机械工程;除尘器;脉冲喷吹;布袋

0 引言

粉料撒布车是用于撒布水泥、石灰、粉煤灰等粉粒物料的专用机械，主要应用于土壤改良或道路基层土壤稳定等施工场合。近年来，随着国内沥青路面就地冷再生工艺的推广，将其应用于就地冷再生的配套施工也越来越多［1］。

粉料撒布车上有用于存储粉料的料仓，加料时，由散装粉料运输车上配备的空压机产生压缩空气，运用气体流化原理将粉料输送至料仓内。由于粉料不断进入料仓，料仓内空气被排出，粉料在落入料仓时产生扬尘，含尘气体的粉尘浓度有时高达30 g·Nm－3，必须进行过滤方可排入大气，否则会造成严重污染［2］。此外，在粉料撒布车施工过程中，粉料从撒布机构上落到路面造成冲击，也会产生撒布扬尘。加料和撒布时的扬尘控制是该类产品研发时必须解决的问题。

目前，国内尚没有关于粉料撒布车除尘器设计方法的针对性研究成果，而国内外典型产品有布袋式和滤筒式2种除尘方式。本文对比2种除尘方式的优缺点，得出脉冲喷吹滤筒式除尘器特点;提出针对粉料撒布车工况的脉冲喷吹滤筒式除尘器的设计方法和关键点;对于撒布扬尘，通过控制撒布辊转速和设计吸尘装置抽吸除尘进行抑制;并将设计的除尘器在LMT5250TFSB型粉料撒布车上试验应用。

1 常见的除尘方式

国外生产粉料撒布车较知名的企业有德国Streumaster和 A-mag(原 Kalkstreumaster)、法国Rabaud、美国Stoltz等，国内如浙江美通、西安达刚及山东陆达等也有产品投放市场。这些主流机型均装备了除尘装置，根据除尘方式的不同，可分为布袋式除尘器和滤筒式除尘器2种。

1．1 布袋式除尘器

布袋除尘是指用除尘滤布制成滤袋过滤含尘气体中粉尘颗粒的除尘方式。常用的滤布材料有涤纶纤维、尼龙纤维、腈纶纤维及丙纶针刺毡等。美国Stoltz的机型在料仓顶部安装若干个除尘布袋，加料时含尘气体由内向外通过布袋，粉尘颗粒被阻隔在布袋内部，净化空气经由布袋上的微细孔排向外界，如图1所示。Stoltz生产的机型没有自动清灰装置，布袋堵塞后需由人工拍打清灰，否则过滤效果会急剧下降，使得排放浓度增大。

图1 采用仓顶布袋除尘的Stoltz粉料撒布车

国内西安达刚的机型也采用布袋除尘装置，但与Stoltz不同，它将单独的布袋式除尘器安装在料仓后部，并与料仓后壁相通，加料时含尘气体由内向外经由布袋过滤，且配备有振动式清灰装置，布袋阻塞后可开启振动器振动布袋实现清灰;其结构如图2所示。

图2 西安达刚粉料撒布车布袋除尘系统

布袋式除尘器由于成本低廉、结构简单，因而在较早期的产品上应用较多;但缺陷也很明显，单条布袋过滤面积较小，布袋刚性差，内部需设置钢制笼架，体积和重量较大，人工拍打或机械振动清灰不彻底，常常造成连续工作可靠性差，出现过滤效果不佳等问题。

1．2 滤筒式除尘器

滤筒式除尘器是20世纪70年代以来发展起来的新型除尘装置，其特点是采用硬质滤料制成表面有波纹状褶皱的滤筒，内部无需设置笼架，与同体积的布袋相比，滤筒具备更大的过滤面积。由于新型滤料的采用和滤筒制造工艺的改进，滤筒过滤阻力小，除尘效率高，可捕集粒径大于0．3 μm的细小粉尘，除尘效率可达99.5%以上。滤筒高度低，安装方便，清灰彻底，维修工作量小，因而在除尘工程中得到广泛的运用［3-6］。德国Streumaster和A-mag、法国Rabaud以及浙江美通均采用滤筒式除尘器。图3是德国Streumaster粉料撒布车的滤筒式除尘器。

图3 Streumaster粉料撒布车的滤筒式除尘器

与布袋不同的是，滤筒对滤料刚性要求较大，目的是防止滤筒褶皱受外力后变形贴合在一起或发生损坏，影响过滤效果。因此，滤筒一般不采用布袋的织造类材料，而是采用聚酯覆膜热压滤料，其制成的滤筒具备一定刚性，抗变形能力好。

滤筒式除尘器工作时，含尘气体从外向内通过滤筒，粉尘颗粒黏附在滤筒外表面，净化后的空气从滤筒内部向上排入大气中。当滤筒表面黏附的粉尘厚度渐渐增大时，过滤阻力变大，除尘器的过滤效率下降，此时需要对滤筒进行清灰。滤筒式除尘器一般采用脉冲喷吹清灰，由脉冲控制仪控制脉冲阀，脉冲阀开启时，气包内的压缩空气进入喷吹管并通过喷吹管上的小孔，喷射出高速高压的引射气流进入滤筒内部，使滤筒内呈现瞬间正压，并发生膨胀和鼓动，滤筒表面沉积的粉尘颗粒脱落，进入除尘器下部灰斗内，达到清灰的目的，其结构如图4所示。

图4 滤筒式除尘器结构

由于滤筒式除尘器单个滤筒过滤面积大，安装方便，结构紧凑，因而适合于安装于移动设备上，配合脉冲喷吹进行清灰，可以保证清灰彻底，提高了除尘器工作的可靠性，将其应用于粉料撒布车上能达到较好的使用效果。

2 脉冲喷吹滤筒式除尘器

由于粉料撒布车的加料方式与搅拌站筒仓加料方式相同［7-8］，故国内厂商多套用筒仓的仓顶除尘器参数来设计除尘器;实际上粉料撒布车料仓容积较小(小于20 m3)，且高度较低，粉尘在料仓内部不能有效沉降，故除尘器入口的含尘浓度远高于筒仓仓顶除尘器入口的含尘浓度，因此造成除尘效果不佳，除尘器排放浓度大。设计粉料撒布车脉冲喷吹滤筒式除尘器时，需认真分析除尘器的实际工况，计算时也应有特殊考虑。

2．1 处理风量的确定

除尘器的处理风量决定了除尘器的工作能力。粉料撒布车的加料过程是一个动态过程，当散装粉料运输车罐内余料较多时，加料管内不含压缩空气，此时粉料撒布车的排气量与进入料仓内的粉料体积相等;但是，当散装粉料运输车罐内余料较少时，输送效率降低，加料管内混有较多的压缩空气，此时粉料撒布车的排气量为进入料仓内的粉料体积和进入料仓内的压缩空气体积之和。为了保险起见，设计除尘器时，应按粉料运输车配备空压机的排气量来作为除尘器的处理风量。国内散装粉料运输车常用的摆式空压机技术参数如表1所示。

表1 散装粉料运输仓摆式空压机性能参数

2．2 过滤面积的计算

确定了除尘器的处理风量后，过滤面积可按如下公式计算。

式中:S为过滤面积(m2);Q为处理风量(m3·h－1);vF为过滤速度(m·min－1)。

粉尘种类为水泥、石灰、粉煤灰等时，过滤速度可按0．6 ～1．2 m·min－1选择。过滤速度越大，对应的过滤面积越小，由于粉料撒布车料仓容积较小，沉降

式中:n为滤筒数目;Sd为单个滤筒过滤面积(m2)。

2．3 脉冲喷吹系统设计

脉冲喷吹系统在除尘器设计中至关重要，其性作用有限，故在粉料撒布车除尘器设计中，较低的过滤速度和较大的过滤面积有利于粉尘充分过滤。

确定过滤面积后，可根据除尘器内部空间大小选择合适直径和长度的滤筒［9-10］，计算出所需的滤筒数目能直接影响滤筒清灰是否彻底，关系到除尘器的过滤效率和使用寿命。

设计脉冲喷吹系统时，需要确定清灰方式、喷吹压力、脉冲阀规格、脉冲喷吹周期和气包容量等关键参数。

脉冲喷吹清灰有在线清灰和离线清灰之分［11-12］，在线清灰是指含尘气体通过滤筒过滤的同时开启脉冲阀对滤筒进行喷吹清灰，而离线清灰是指清灰时没有含尘气体通过滤筒，滤筒处于暂停过滤的状态。由于粉料撒布车上布置空间有限，一般采用在线清灰的方式，在清灰周期和其他参数不变的情况下，在线清灰要克服过滤气流的阻力，因此需要提高喷吹气流动能，才能获得与离线清灰同样的清灰效果，故喷吹压力不宜选择过小，以0.4～0.7 MPa为宜。

脉冲阀规格可根据所选择的单个滤筒面积进行确定［13］，一般脉冲阀厂家样本均标注出了单个脉冲阀的喷吹面积和单次喷吹耗气量，根据计算所得的过滤面积选择对应的脉冲阀规格，并确定单个脉冲阀喷吹的滤筒个数。脉冲喷吹周期选择0.1～0.2 s较为合适。

气包也称分气箱，给脉冲阀提供足够的压缩空气用于喷吹［14-15］。气包容量过小，脉冲阀喷吹时气量不够，滤筒清灰不彻底;气包容量过大，则体积庞大，耗用钢材较多。气包容积［16］

式中:V为气包容积(m3);q为单个脉冲阀单次喷吹耗气量(m3);P1为喷吹前气包内压力(MPa);T1为喷吹前气包内气体绝对温度(K);P2为喷吹后气包内压力(MPa);T2为喷吹后气包内气体绝对温度(K)。

一般要求喷吹后气包内压降不超过原来储存压力的 30% ，即 P2≥0．7P1。

常见的喷吹管为开有喷吹孔的无缝管，喷吹管位于滤筒上方，喷吹孔圆心正对滤筒中心，同一喷吹管上喷吹孔的截面积之和与脉冲阀出口截面积之比为50%～65%，由此可确定喷吹孔的直径。如果选用长径比较大的滤筒，喷吹时容易出现滤筒上端靠近喷吹孔的部分出现负压而滤筒下部承受正压的情形，造成滤筒上下两端清灰受力不同，影响使用寿命。此时应该在喷吹管上安装诱导喷嘴，其二次引流作用可以诱导2～4倍于喷吹气量的边缘空气进入滤筒内部，使得滤筒内部受到全高度的正压喷吹，这样可以保证清灰均匀，有利于延长滤筒寿命，如图5所示。

图5 安装于喷吹管上的诱导喷嘴及其工作原理

2．4 除尘器结构设计要点

粉料撒布车的脉冲喷吹除尘器与大型除尘设备不同，一般没有引风装置，且除尘器工作在正压状态下，因此对于除尘器箱体的密封性要求较高。如果焊缝有渗漏，或滤筒与花板的贴合面不密封，除尘器跑冒滴漏就在所难免，造成除尘效率降低，除尘器排放浓度增大，设计、制作时均要特别注意。此外，除尘器的灰斗设计也很关键，灰斗一般为倒四棱台结构，建议每个棱边与水平面的夹角不小于65°，否则滤筒清灰后落下的粉尘流动不畅，易造成积聚。除尘器的排灰装置可选用标准规格的星型卸灰阀，也可自行设计翻板落灰阀排出灰斗内的粉尘。

3 撒布扬尘的控制

除了加料时的扬尘以外，粉料撒布车在撒布时粉料落地产生的飞溅也是扬尘污染的来源之一。控制撒布扬尘污染要从多方面入手:首先要降低粉料撒布时的落地速度，减小其动能，从而减少落地时的飞溅，根据实践可知，撒布辊转速控制在10～30 r·min－1时，粉料落地速度较低，不会大量扬起;其次可以设计吸尘装置，将落地后产生的扬尘收集起来集中处理，避免其扩散。图6是德国A-mag公司产品上设计的撒布吸尘装置，其原理是用高压离心风机将飞溅扬尘抽吸到除尘器内部再进行过滤，较好地抑制了撒布扬尘。

图6 A-mag粉料撒布机的撒布吸尘装置

浙江美通在最新的LMT5250TFSB型粉料撒布车上也设计了撒布吸尘装置。在撒布机构的后方安装了配备四组电动吸尘风机的收尘罩，车辆施工时，粉料落地后产生的扬尘被风机吸入到除尘器内进行过滤，起到遏制撒布扬尘的作用，如图7所示。

图7 美通粉料撒布车的撒布吸尘装置

吸尘装置的设计中需要确定引风机的流量，由于收尘罩为顶吸风，其引风机的流量可类比除尘器集气罩引风量的计算公式来确定。

式中:QF为引风机流量(m3·h－1);K为安全系数，取1．4;a为收尘罩长边长度(m);b为收尘罩短边长度(m);h为收尘罩下口至地面距离(m);Vo为粉尘落地速度(m·s－1)。

4 结语

由于粉料撒布车的撒布介质特殊，在加料、撒布过程中极易产生扬尘污染，科学合理地设计除尘装置可有效降低粉尘排放浓度，实现环保施工。脉冲喷吹滤筒式除尘器与传统布袋式除尘器相比，具备结构紧凑、清灰彻底、除尘效率高、滤筒寿命长等特点，适合在移动设备上推广应用。本文针对粉料撒布车料仓容积小、内部沉降空间不足的特点，提出了针对性的脉冲喷吹滤筒式除尘器的设计和计算方法，并指出合理控制撒布辊转速和额外设计吸尘装置可以有效抑制撒布扬尘，据此设计的脉冲喷吹滤筒式除尘器在LMT5250TFSB型粉料撒布车上进行了应用，加料和撒布时除尘器排放浓度小于20 mg·Nm－3，滤筒寿命为1年以上，达到了良好的效果，后续如果对吸尘装置内部风道进行进一步的优化设计，可以将撒布扬尘降到更少。

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Design of Dust Filter for Binding Agent Spreader

WU Peng1，LI Yan-shuai2，LI Jun-wu2
(1．Zhejiang Metong Road Machinery Co．，Ltd．，Haining 314423，Zhejiang，China;2．CCCC Xi'an Road Construction Machinery Co．，Ltd．，Xi'an 710200，Shaanxi，China)

In order to control the fugitive dust pollution produced by binding agent spreader during the material feeding and spreading process，the dust filtering schemes used on foreign and domestic binding agent spreaders were summarized，and the advantages and disadvantages of these schemes were analyzed．The pulse-jet pleated element filter for binding agent spreader was introduced，and the calculation methods for main design parameters and key design points of the pulse-jet pleated element filter were presented．It was pointed out that regulating the spreading roller to a reasonable speed and designing a dust arresting device were effective to decrease the dust pollution during the spreading process．The calculation method for the air flow of induced fan used on the dust arresting device was given．The practice shows that the dust concentration in the exhaust channel of the pulse-jet pleated element filter used on binding agent spreader can meet the environmental requirements．

mechanical engineering;dust filter;pulse-jet;filter bag

U418．3

B

1000-033X(2017)10-0111-05

2017-03-28

浙江省科学技术厅科技项目(2015D60SA430600)

吴 鹏(1985-)，男，安徽宣城人，工程师，硕士，从事筑养路机械产品的设计研发。

［责任编辑:杜卫华］