散货码头卸船机干、水雾抑尘系统设计及应用

邓如勇

(国家能源集团谏壁发电厂，江苏 镇江 212006)

0 引言

2016年，新的《中华人民共和国大气污染防治法》实施，扬尘污染防治要求：装卸物料时应当采取密闭或喷淋等方式来防治扬尘污染。粉尘污染是空气污染治理的重要内容之一，火力发电、冶金、港口码头等行业的散状原料在装卸、输送转运、堆放、加工等各个生产环节都会产生大量的粉尘[1]，这些粉尘不仅危害工人的身体健康，还会造成周围空气的严重污染，因此，对散货码头接卸粉尘无组织排放的治理显得十分紧迫和必要。

1 散货码头粉尘污染状况分析

国家能源集团谏壁发电厂(以下简称谏壁发电厂)地处长江沿岸，年耗煤650万t左右，主要依靠两座50 000 t级散货码头的卸船机从船舶将煤卸至输煤系统。卸船机原始设计采用水喷淋抑尘方式，即在料斗两侧挡风抑尘墙上安装两排螺旋喷嘴进行喷水抑尘。由于部分高粉尘燃煤接卸时会产生较大的诱导风，煤粉尘大量向上扩散，而水喷淋产生的水雾颗粒大且数量少，抑尘效果不理想[2]；同时，水喷淋抑尘系统耗水量大，严重影响燃煤发热量，无形中增加了企业成本。

近年来，随着各燃煤电厂高粉尘煤掺烧比例的增大，燃煤接卸过程中粉尘污染形势日益严峻，卸船机传统的水喷淋系统劣势越发凸显，抑尘效果已很难满足要求[3]。

2 卸船机接卸作业粉尘治理原理

2.1 卸船机抑尘方式选择

卸船机接卸燃煤时，抓斗在煤斗上方张开卸煤，煤在下落瞬间产生冲击气流诱导粉尘上扬[4]。对几种常见降尘设备进行考察了解后，结合谏壁发电厂来煤的实际情况，提出了干雾、水雾一体化抑尘系统，与单一的抑尘系统比，对粉尘的抑制更加全面。

图1 干、水雾抑尘系统结构Fig.1 Structure of dry and water mist dust suppression system

2.2 干雾抑尘系统工作原理

美国《煤炭时代杂志》曾经发表的《科罗拉多矿业学院解决可吸入尘埃的控制》一文中指出：水雾颗粒与尘埃颗粒大小相近时，吸附、过滤、凝结的几率最大。干雾抑尘系统的原理是：干雾抑尘系统所产生的汽雾80%以上粒径在5～15 μm范围内，让汽雾与空气中的粉尘颗粒结合，形成粉尘和汽雾的团聚物，团聚物增大后在重力作用下沉降。干雾抑尘系统产生的汽雾浓密，能第一时间抑制粉尘扬起，从而达到从源头抑尘的目的[5]。

3 卸船机干、水雾抑尘系统结构及特点

3.1 卸船机干、水雾抑尘系统的组成

干、水雾一体化抑尘系统将干雾抑尘系统和水喷淋抑尘系统融为一体，系统主要由水系统，压缩空气系统，控制系统和干、水雾喷嘴等组成，其结构如图1所示。

3.1.1 水系统

水系统主要为干、水雾抑尘系统提供满足压力要求的喷雾用水，经由水槽上水系统和高精度自清洁过滤器后，净化的干雾用水储存于不锈钢水箱，干雾喷嘴和水喷淋喷嘴用水经由增压水泵从水箱泵水。由于干雾喷嘴孔径小(1～4 mm)，故对水质要求极高，一般要求高精度自清洁过滤器的过滤精度为100 μm。

3.1.2 压缩空气系统

压缩空气系统主要为干雾抑尘系统提供合格的压缩空气，主要由空气压缩机、储气罐、压缩空气净化处理设备、气体管路等组成。空气压缩机根据现场干雾喷嘴的实际数量，经严格计算后选择合适的流量，同时考虑一定的冗余。同样由于干雾喷嘴孔径小，压缩空气应进行除油、除杂质等净化处理，储气罐也应优先考虑选择不锈钢材质。

3.1.3 控制系统

卸船机干、水雾抑尘系统工作方式分为手动和自动，在卸船机操作司机室设置选择开关，根据燃煤接卸时粉尘的污染情况，选择投用干雾抑尘系统或干、水雾抑尘系统同时投用。自动方式下，当卸船机工作时，根据事先设定的抓斗上升距离位置信号，启动干雾控制箱内水、气电磁阀组，将压力水和压缩空气送至各个干雾喷嘴，浓密的干雾与飞扬的煤尘碰撞、凝聚、捕捉、凝结、沉降，从而抑制粉尘扩散。当卸船机停止工作时，控制系统设有延时信号，现场粉尘得到彻底清除后自动停机。

3.1.4 干、水雾喷嘴

干雾喷嘴是产生微细而浓密汽雾的关键元件，喷嘴将干雾抑尘系统的气、水混合并且将其转化为直径为5～20 μm的汽雾颗粒喷向尘源点。当粉尘颗粒与汽雾相互接触、相互碰撞时，粉尘颗粒之间相互黏结而不断凝聚变大，并在凝聚团的重力作用下沉降，从而实现粉尘抑制的目的。当粉尘污染严重时，同时投入水喷雾喷嘴进行降尘。水喷雾喷嘴选择口径小、雾化效果更好的K系列扇形喷嘴，如图2所示。在卸船机煤斗上，干、水雾喷嘴布置如图3所示。

图2 K系列扇形喷嘴Fig.2 K series fan-shaped nozzle

图3 卸船机煤斗干、水雾喷嘴布置示意Fig.3 Schematic layout of the coal hopper and water mist nozzle of the ship unloader

3.2 干、水雾抑尘系统特点

3.2.1 适用范围特殊

干、水雾一体化抑尘系统特别适用于密闭或半密闭空间下无组织排放粉尘的治理，无二次污染，可根据实际情况有选择地投用两种抑尘方式。

3.2.2 抑尘效果明显

干雾抑尘系统将压力水和压缩空气融合，产生5～20 μm与人体可吸入粉尘粒径相近的汽雾，浓密的汽雾在密闭或半密闭空间形成汽雾池，从而有效地抑制了粉尘外溢，尤其是对可吸入性粉尘的抑制效果突出。如遇接卸粉尘量大的燃煤，同时投用水喷雾系统效果更佳。

3.2.3 耗水少、节能效果明显

实验研究表明，燃煤中每增加1 000 g的水，锅炉燃烧会损失近0.25 MJ热量。传统螺旋喷嘴水喷淋抑尘系统因喷水量大，致使燃煤含水量过高，不可避免地增加了企业成本；干雾抑尘耗水量小，燃煤热值损失小，节能效果明显[6]。

3.2.4 可靠性高，维护方便

沿海、沿江码头水系统在冬季低温时易冻结，致使传统水喷淋抑尘系统无法正常使用。而干、水雾抑尘系统不仅设置了可靠的保温和电伴热装置，还增加了水管道余水吹扫功能，确保停机后管道无残留水，有效保证了冬季的正常使用。干、水雾抑尘系统中，常规维护主要是空气压缩机的机油、机滤日常更换，其他部件维护工作很少。

3.3 使用效果比对

以前在卸船机接卸燃煤时，煤斗周围粉尘污染严重，平台栏杆等积粉严重；而干、水雾一体化抑尘系统投用后，煤斗周围仅有少量水汽飞扬，基本无粉尘溢出。水喷淋系统单独使用效果如图4所示，干雾抑尘系统单独使用效果如图5所示，干、水雾抑尘系统同时使用效果如图6所示。

图4 水喷淋系统单独使用效果Fig.4 Effect of water mist suppression system

图5 干雾抑尘系统单独使用效果Fig.5 Effect of dry mist suppression system

图6 干、水雾抑尘系统同时使用效果Fig.6 Effect of operating dry and water mist suppression system at the same time

4 结束语

粉尘治理应以简单、投资低、高效、检修维护便利为原则，各电厂应结合自身输煤系统的实际情况采取针对性的治理方式。谏壁发电厂将卸船机原水喷淋抑尘系统改造为干、水雾一体化抑尘系统，将干雾或水喷淋两套抑尘系统融为一体，使用时根据实际情况选择性投入干雾或水喷淋抑尘系统。现场使用表明：干雾抑尘系统起到了很好的抑尘效果，特别是易被人体吸入的50μm以下的细小粉尘；当接卸粉尘量较大的印尼煤时，同时投用干、水雾抑尘系统，对粉尘的抑制效果特别明显，不仅有利于职工身心健康和现场安全文明生产，还消除了生产现场煤粉积聚造成的火灾隐患，设备安全可靠性得到提高，具有极好的社会效益和经济效益。