卸粮坑卸粮粉尘外溢原因及解决办法研究

◎ 秦 锋，孙慧男，梁国珍，高杨杨，罗 栋，王 蓉

（郑州中粮科研设计院有限公司，河南 郑州 450001）

基于粮食绿色仓储提升行动，建设高标准粮仓是粮食储备设施的重要任务。需要明确高标准粮仓建设的总体要求、仓房建筑、接发与储粮工艺、电气与自控、信息化系统与综合布线等内容；重点提升仓房建筑、进出仓工艺、绿色储粮工艺、信息管理系统等技术要求。散粮装卸作业作为进出仓工艺环节中的重要节点之一，其中针对粮库仓储作业扬尘问题，装卸、输送、清理等采取防尘措施，优化接发和清理工艺，提升设备性能，推动环保高效作业变得非常重要。此外，国家也越来越重视环保生产和作业，各地政府对污染型生产型企业基本保持零容忍的态度。对于粮食仓储企业，粮食装卸过程中产生的粉尘污染尤为严重，因此企业非常重视粉尘外溢问题。但是目前卸粮坑卸粮过程中产生的粉尘外溢仍未能得到很好的解决。本文结合实际生产和现场作业情况进行分析，设计开发一种专用吸尘罩，可快速处理不同卸粮点的粉尘，有效控制粉尘外溢，改善卸粮工作环境。

1 卸粮粉尘扩散研究现状

玉米、小麦、大豆等农作物在收获、加工、运输过程中，由于粮食破碎和气流剪切作用会产生大量不同粒径的粉尘颗粒[1-2]。随着我国粮食行业机械化程度的提高，高浓度粮食粉尘污染严重威胁着作业人员的健康，可对人体呼吸系统、皮肤、眼睛等造成损害。此外，粮食粉尘会加剧生产仪器机械部件的磨损，影响生产效率和安全。卸粮坑作为粮食仓储物流中的主要接卸形式，因其结构和配套的车运散粮接卸设施，在粮食接卸过程中会产生大量的粮食粉尘，若不采取除尘措施，最大瞬时粉尘浓度可达1 000 mg·m-3。目前，卸料坑除尘方法主要为密闭吸风法，但由于除尘系统设置不合理、现场卸料环境复杂等原因，导致除尘效果不佳。因此，研究卸粮坑粮食粉尘的产生机理及扩散规律对建立安全有效的除尘系统具有重要的现实意义。

国内外学者针对工业过程产生粉尘的性质及其产生机理和扩散规律进行了一系列的研究[2]。李恩科等[3]、李新宇等[4]、周乃如等[5]对常见粮食粉尘的粒度、堆积密度、真实密度等物理特性进行了一系列的实验研究，结果表明粮食粉尘粒径分布广泛，且符合正态分布规律。此外，粮食粉尘具有较大的空隙率，其真实密度为堆积密度的2～4 倍。李妍妍等[6]认为，饲料卸料坑粉尘的产生主要与物料下落速度、物料排出气流、除尘吸风量有关。卸料坑内物料下落速度越快，产生的粉尘就越多。李小川等[7-8]认为诱导气流是影响散料运输过程中粉尘产生的关键因素之一，诱导气流量大小同溜槽尺寸、倾角等密切相关。通过减小输送过程中散体物料的分散度和物料与空气的接触面积，可有效降低诱导气流量，从而减少粉尘的产生。COOPER 等[2]、SHEN 等[9]通过实验对散料自由下落过程中产生的诱导气流、速度分布、粉尘扩散规律等进行研究，分析诱导气流量与物料下落速度、质量流量、颗粒密度和大小的关系，得到这些重要参数与诱导气流之间的量化关系。在工程应用方面，王磊等[10]、陈芳[11]、尹文婧等[12]通过CFD，对工业过程中粉尘污染的扩散机制进行仿真模拟研究，构建气固两相流模型。在不同进风风速和抽尘风量的情况下，对粉尘扩散机制、粉尘分布规律、作业内流场变化进行分析解释，得出安全、高效的除尘抑尘办法。

2 卸粮坑卸粮及粉尘扩散机理

卸粮坑主体结构位于地面下，地面以上仅有格栅、除尘风管、除尘器及除尘风机。散粮车行驶至格栅正上方后，采用后卸和侧卸2 种方式自动卸料，通过倒楔形结构，粮食进入卸粮坑下方的输送设备内。由于卸粮时粮食流动速度快，瞬间卸下车的粮食受设备产量和卸粮坑格栅下粮速度的限制，卸粮坑上部的粮堆不能及时落入下方的输送设备内。由于受到车的扰动、风的搅动、落料时气流反作用，粉尘迅速扩散，大量粉尘滞留在地面以上格栅处，难以被地下的负压除尘风口收集，造成粉尘四溢，工作环境粉尘浓度大，严重影响操作人员的健康及周边环境。

3 卸粮坑卸粮粉尘外溢原因分析

3.1 敞开式的作业方式

由于散粮车卸粮作业流程和模式的限制，很多粮食仓储企业卸粮时采用敞开式的作业方式，散粮车前后无有效围挡，使卸粮坑上的粉尘受到风的扰动导致粉尘外溢。且卸粮时多采用高效快速的卸粮方式，直接导致地面以下的吸风口无法捕捉地面以上形成的扬尘，因此外溢粉尘无法进行集中处理，造成大量粉尘四溢，卸粮现场见图1。

图1 卸粮现场照片图

3.2 除尘方式设计不合理

目前使用较多的除尘方式为沉入式吸尘方式。卸粮时，一部分粉尘在粮流自流作用下经卸粮格栅下部的除尘风网被吸入除尘器内，另一部分粉尘在卸粮过程中粮流的冲击反弹作用下，滞留在格栅上部，这部分粉尘容易受外界气流的扰动，导致粉尘不易集中，易扩散，污染周边环境。格栅上部除尘风网多位于两侧墙体上，卸粮坑跨度过大容易导致卸料点距离除尘风网吸尘点较远，风量和风速不足以达到吸尘的作用，造成部分粉尘不易收集。布袋是除尘器的核心部件，由于企业维护不当，造成布袋堵塞，除尘能力下降，导致处理粉尘效果不佳。

4 卸粮坑卸粮粉尘外溢控制方法

卸粮坑粉尘外溢的主要原因是格栅以上的粉尘扩散。针对散粮车卸粮时的实际情况和卸粮方式，提出抑制粉尘扩散的办法。根据卸粮时粉尘的扩散路径特点，开发研究一种适合卸粮坑卸粮的专用吸尘装置——移动式可调节风量和风向的卸粮坑吸尘罩（图2）。在不影响卸粮作业的同时，又能有效控制格栅上部粉尘的溢散，起到降尘的作用。

图2 移动式可调节风量和风向的卸粮坑吸尘罩图

该装置配合原有的除尘风网使用，主要用于收集后卸式散粮车尾部粉尘。卸粮时可放于后卸车的尾部，待散粮车到达卸粮坑指定区域后，将该吸尘罩移动至散粮车卸料点，将布袋除尘器吸风软管连接至吸尘罩尾部，开启布袋除尘器，调节吸尘罩尾部调节风量装置及吸尘罩头部导流装置，根据现场实际情况调节至最佳除尘状态，完成除尘作业。

5 结语

本文研发的吸尘罩基于原有的除尘风网，在原有风网的基础上分出一段支网与吸尘罩端部的吸风软管连接，吸尘罩前端正对后卸式散粮车尾部，除尘系统风力大，效率高，粉尘收集效果好，装置成本低、投入小、易维护检修。