智能喷淋降尘系统在混凝土骨料加工场区研究与应用

刘春梅 （安徽省路港工程有限责任公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概况

耿楼复线船闸工程位于太和县耿楼村，耿楼枢纽左岸，工程的主要内容包括：闸首、闸室、引航道、导航及靠船建筑物、跨闸公路桥、闸阀门、启闭机械、电气控制设备和通讯、运行管理等生产、生活辅助建筑等建设。复线船闸闸室尺度为240×23×4m（长×宽×门槛水深）。上、下闸首底板顺水流向长均为30m，钢筋混凝土整体式结构，人字门型，上闸首底坎高程为24.00m，下闸首底坎高程为20.50m，闸首两侧设输水廊道。船闸闸室采用整体式钢筋混凝土倒“Π”型结构。上游引航道共设，靠船墩21个。本工程混凝土方量17万m3，骨料加工量较大，周期较长。

由于骨料级配种类多、用量大，在骨料进场、转运、破碎加工等施工过程中易产生粉尘。另外，由于地材储量有限及骨料加工场场地限制，只能采取项目部骨料自加工的方式进行施工，在向拌合站转运过程中，也容易产生扬尘，施工环境非常恶劣。

为了保证作业人员的职业健康以及现场施工的安全和进度,必须对骨料加工场区洒水降尘；而且在洒水降尘过程中，既要达到降尘效果，又要最大限度地避免在皮带传送带上形成积水，必须采用雾化装置，同时骨料加工周期较长，采用智能喷淋降尘系统可以实时对场区的降尘进行控制。

2 降尘措施

根据骨料加工场区的布置以及粉尘所产生的原因,降尘情况分为两种情况进行处理。

2.1 加工场区道路的降尘处理

场区内的扬尘来源主要有骨料运输车辆及铲运设备行走、加工大棚泄露的部分粉尘，道路清理过程中产生的粉尘。降尘处理方式采用洒水车循环降尘,配合利用场区道路两侧的供水管路向喷枪(嘴)供水,采用固定式淋喷高压喷枪进行洒水降尘。

2.2 工作面降尘处理

工作面上的施工作业主要有数台反击式破碎机、各式皮带传送机等。工作面上的降尘主要为破碎碎石、皮带机运输堆料、铲运机转运上料过程中产生的粉尘，其中机制砂加工仓扬尘较大。降尘处理方式采用智能喷雾降尘系统，针对灰尘产生的位置、浓度等，电脑实时监测现场粉尘浓度，并根据粉尘浓度自动启停喷雾系统，实现自动扬尘喷淋功能。

3 设备选型

3.1 降尘原理

场区智能喷淋系统由采用激光散射检测原理的粉尘浓度传感器感应现场粉尘产生情况。系统的主控制柜安装有嵌入式操作系统和应用软件，对应的软件算法根据现场粉尘浓度的大小及设定的粉尘超限数值判断雾化主机的启动与否，并发送控制信号给喷雾分站。软件算法需要滤除测量波动和瞬间干扰信息，避免高压水泵的频繁启停。为达到良好的抑尘效果，需要产生颗粒较小的精细雾滴，因此采用高压雾化主机对水源进行加压处理产生3～5MPa的高压水源，通过高压水管输送到各喷雾点，驱动不锈钢高压雾化喷嘴产生精细颗粒的水雾。水雾颗粒与粉尘粒子结合，使粉尘微粒加重凝结，最终沉降落地，达到抑制粉尘飘扬污染环境的效果。工艺原理见图1。

图1 工艺原理图

3.2 设备配置

降尘自动喷淋系统由主控制柜、喷雾喷站、雾化主机、补水控制、粉尘浓度监测、高压管路等部分组成。主控制柜为系统的指挥中心，通过通讯网络读取其它设备的数据并发送控制命令；喷雾分站根据监测到的粉尘浓度及接收到的主控制柜指令决定各区域的雾化主机开启与关闭；补水分站控制水泵自动给水塔供水，并监测水塔水位，确保水塔始终保持正常水位供高压雾化主机使用。

3.2.1 已安装主要设备

主要设备列表

3.2.2 主控制柜（系统控制总柜）

主控制柜是喷淋自动降尘系统的控制核心，内嵌工业PC机，安装有WINDOWS操作系统和智能喷雾系统应用软件，通过PC机的通讯接口接收喷雾分站和补水分站的数据，并发送相关的控制命令。主控系统可通过以太网和无线网络连接到互联网，进一步实现粉尘治理的网络化管理功能。

3.2.3 补水分站

补水分站是智能喷雾降尘系统中水源控制设备。补水分站通过水位传感器检测水塔中的水位，自动控制水泵的启停，保证水塔中的水位始终处于正常状态。补水分站通过通讯接口与主控系统连接，把水塔水位上传给主控系统，同时能够接收主控系统的设置命令。在主控系统操作界面上可设定补水分站的工作模式。工作于手动模式时，可通过按钮启动和停止水泵，方便系统调试。

图2 主控制柜

3.2.4 喷雾分站

喷雾分站是智能喷雾降尘系统中的喷雾控制设备。喷雾分站通过读取粉尘浓度传感器数据，判断环境中粉尘浓度是否超标，当粉尘浓度超标后向雾化主机发送高压泵启动命令，进行喷雾降尘；粉尘浓度降低到正常范围后，喷雾分站再次向雾化主机发送高压泵停止命令。喷雾分站能够把喷雾主机的工作状态、工作时间、粉尘浓度数据通过通讯接口传送给主控系统。喷雾分站设置有手动和自动模式切换按钮，手动模式下可人为控制雾化主机的启停；自动模式下，既可由主控系统上的按钮控制，又可根据检测到的粉尘浓度自动控制雾化主机的启停。

3.2.5 雾化主机

雾化主机是智能喷雾降尘系统中的高压水源产生设备。雾化主机具有工作压力高，出水流量大的特点，可同时给多个喷嘴提供高压水源。雾化主机内部具有漏电保护、电机保护等功能部件，保证长期稳定的工作。雾化主机的高压泵启停由喷雾分站控制。

3.2.6 粉尘浓度传感器

粉尘浓度传感器采用激光散射原理检测粉尘浓度，机芯采用合理的机械设计，能够有效防止光学元件被污染，可长期在线工作。传感器可输出标准的频率或电流信号及485通讯信号，可以和其它控制器联机使用。

3.2.7 水塔供水泵

水塔供水泵为单相高压自吸水泵，功率2.2kW,扬程150m，流量3.6t/h。该水泵由补水分站控制自动启停，实时向水塔供水。

3.2.8 水塔

选用3t不锈钢水塔，确保雾化主机水源的稳定性。水塔上部具有密封盖，防止现场灰尘异物落入。水塔的沉淀过滤作用，能够滤除水源中较大的沙石杂物。

4 降尘系统安装施工流程及操作要点

4.1 安装工艺流程

施工前准备→现场勘测→制定管路喷头及设备布置方案→设备选型→施工方案→技术交底→管路及喷头布置→水路气密性检查→电路布线→设备安装→电气连接检查→系统试运行→验收并运行

4.2 安装操作要点

现场勘测：综合人工目测和专用粉尘采样仪器检测对现场粉尘浓度大小及分布区域进行勘测，并记录相关数据；对现场电源、水源及电路水路布置路径进行勘测，绘制布线拓补图。

技术准备：一种混凝土骨料加工场区智能喷淋系统设计方案、管路喷头布置、设备安装位置的施工技术方案等需经外部专家评审，并得到工程师批复，进行技术交底。

设备选型：根据现场勘测的粉尘浓度和分布区域情况，选择合适量程的粉尘浓度传感器；根据现场电源、水源、线路布置区域情况确定需要的补水分站、喷雾分站、雾化主机等设备的数量。

材料准备：一种混凝土骨料加工场区智能喷淋系统控制设备，管路、喷头、电缆电线。

机械设备：状态良好，处于待施工状态。

5 降尘系统运行情况

5.1 补水分站运行情况

经过一年左右的运行观察，补水水泵和补水分站能够正常工作，水塔中水位能够始终保持在正常状态，补水分站能够正常检测水位状态，自动控制水泵启停。

5.2 粉尘浓度监测和数据上传

粉尘浓度传感器显示现场粉尘浓度在0.1～800mg/m3范围，振动筛开启后粉尘浓度显著上升，停止生产后粉尘浓度逐步下降，粉尘浓度监测数据正常。该数据经过485总线传送给喷雾分站，并经过喷雾粉尘处理后上传给主控制柜，能够在主控制柜对应的分站界面下显示。粉尘浓度传感器的超限值可通过遥控器设置，灵敏度已根据现场调整到合适数值。

5.3 工作模式

系统可以设定为手动模式和自动模式。手动模式下，可通过主控系统触摸屏按钮人工控制喷雾，而不受外界粉尘情况的影响；自动模式下，主控系统根据粉尘浓度传感器的测量数据，判断是否启动雾化主机进行喷雾降尘。经现场实际使用验证，主控系统在手动模式和自动模式下均能正常运行。

4.5 喷雾降尘效果

针对各区域内粉尘产生的位置和大小不同、运输皮带等部位喷湿后容易打滑等具体情况，采取特定的喷头安装位置及有区别的喷头分布密度的方案，重点对振动筛落尘点进行高密度喷雾，达到既能有效降低粉尘浓度，又能避免影响生产的有益效果。实际喷雾效果如图3所示。

图3 现场智能喷淋实物运行图

6 结语

耿楼船闸工程骨料加工场的智能喷淋降尘系统有效降低生产现场粉尘浓度,极大地改善了施工环境，而且最大限度地避免了在皮带传送带形成积水，维持了输送稳定，同时也对骨料的含水量予以了保证，大大减少了对周边环境的影响，有效地保护了生态环境，避免了因生产施工带来的环境投诉。良好的工作环境能够减少尘肺病的发生，保护一线生产工人身体健康，可以全面推广到各工程建设中，也大大提升了公司在水运行业的核心竞争力。