粉尘检测技术在装船机的研究与应用

赵海龙 秦皇岛港股份有限公司

一、项目背景

随着工业的高速发展，工业排放的废气、废物越来越多，对环境的破坏日益严重。空气中的粉尘是众多污染物中的一种，随着其对环境的危害日益严重，粉尘污染逐渐引起越来越多的人的重视。自2018年以来，我省秋冬季大气环境质量形势严峻，完成全年和秋冬季环境保护工作目标面临巨大压力。

为此，秦港股份第九港务分公司欲进一步加强对工业粉尘的管控，对作业全过程的起尘情况进行监测，视不同的起尘情况灵活投用抑尘措施，实现精细化管理。为了达到上述目标还需要做很多工作，其中最重要的环节就是需要判断当前作业流程是否起尘，此前判断流程起尘的依据来源于相关作业人员的现场判断结果，但来自现场人员的判断结果主观性强、实效性差，已逐渐无法满足我公司对环境治理的需求，因此考虑在各作业流程的皮带沿线或单机的合理位置安装粉尘浓度检测仪，对整个作业过程中的起尘情况进行实时检测，再通过电气控制系统将起尘数据上传至操作界面，供相关人员参考，最终将粉尘浓度数据应用于洒水系统中，实现精准洒水。

二、整体设计

目前市场上的粉尘浓度检测仪产品主要采用光散射法、光吸收法和摩擦静电法进行粉尘浓度在线监测。本项目选择使用了光散射原理的粉尘检测仪，主要检测空气中颗粒型粉尘浓度，粉尘测量范围0.001～40.0mg/m³，误差≤3%，4-20mA电流输出。

在实际应用中，现有的粉尘浓度在线检测仪放置在恶劣环境下长期使用时，会出现严重的零点漂移，造成测量不灵敏，精度开始下降等问题。因此，测量过程中需要工作人员频繁进行校正。校正次数相应增加，毫无疑问的在测量过程中增加了测量者的工作量，同时也影响检测结果的精确性。同时，在装船作业时，皮带机会使装船机尾车斗内形成较大气流。受到气流的影响，原粉尘浓度检测仪的设计无法将样本空气吸入到检测传感器内，因此需要对粉尘浓度检测仪进行自主设计，来满足现场的使用环境。

设计1：将粉尘浓度检测仪模块化，把仪表内部的粉尘浓度检测传感器移出到外置模块。这种改进极大的缩短了样本气体的泵吸路径，解决了大气流造成的气体无法进入传感器的问题；同时对出气口气道进行优化，气道采用连续曲面结构设计避免粉尘局部堆积。

设计2：装船机位于码头前端，水汽、雾气较大。针对这种情况，在传感器内部加入了加热装置，防止传感器内部结露冷凝。

设计3：在传感器底部加装集尘槽，延长传感器的保养周期，降低维保频次。

自主设计的粉尘浓度在线检测仪，采用了模块化的结构，将传感器外置于采样模块中，这样不仅解决了大气流对泵吸装置的影响，模块化设计易于查错和更改，有利于扩充系统功能。这种设计结构，有效降低了维护量，提高了检测结果的精确度，同时提高了恶劣环境下传感器的使用寿命。发生故障时，可随时更换模块，有效避免了设备故障和老化造成的影响。

设备调试：

该仪表内部配有4-20mA的输出信号，通过一根信号缆接入装船机模拟量输入模块中。

通过编程软件读取模拟量信号数值，该模拟量模块的分度值为1/32768，结合仪表量程，那么粉尘浓度计算公式为：

数据分析（见图1）：

图1 较干煤种装卸过程的粉尘浓度趋势图

图1为 装 船 机 在 某 日20：00至 次 日20：00的粉尘浓度趋势图，装卸煤种特性较干，属于易起尘煤种。其中曲线部分代表粉尘浓度，方波代表皮带机启动信号（高电平代表皮带机启动，低电平代表皮带机停止）。从该趋势图中可以看出，粉尘浓度曲线随BM皮带机启停信号变化明显，当皮带机停止后，粉尘浓度基本处于较低水平；当皮带机运行时，粉尘浓度随之升高，且在启动初期有较为明显的波动，平均粉尘浓度为3.97mg/m³。再从数据库中随机选择湿粘煤种作业的历史数据，平均粉尘浓度为1.34 mg/m³。说明易起尘和湿粘煤种作业时粉尘浓度数据存在一定的差异，符合煤种特性和预期效果。

三、实施效果

经过长时间观察发现装船机粉尘浓度数据与现场情况吻合度较高，且运行稳定。目前我公司四台装船机的粉尘浓度均已参与流程的洒水作业控制。该项目的研究为港口装卸设备的作业起尘情况提供了客观依据，将其应用于洒水系统后，大大降低湿粘煤种依然投用湿式除尘的概率，进一步提升了货运服务质量。同时不再需要相关人员去频繁查看作业起尘情况，降低了人工劳动成本。