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摘要：为了滿足国家粉尘排放标准，解决混凝土搅拌站的环保问题，本文系统分析和总结了混凝土搅拌站粉尘的产生机理；在现有的除尘装置基础上设计了带有仓顶安全门的粉料仓袋式脉冲除尘系统和增设有运动滑块挡板机构的改进型袋式主动脉冲除尘器，既防止了爆仓，又解决了现有收尘装置易堵塞、资源浪费的问题，在工程应用中得到了较为理想的除尘效果。
关键词：搅拌站；粉尘；袋式除尘器；仓顶安全门
近年来，我国水利、铁路、城市基础设施建设进程步伐不断加快，预制混凝土行业进入了空前大发展阶段。现有的搅拌站生产现场“风起则黄沙漫飞水泥弥散、雨下则污水横流泥渣遍地、生产则噪音隆隆”等环保问题【1】与国家提倡的低碳环保经济大局格格不入，尤其在中国向全世界承诺量化减排，治理雾霾的大背景下，开展环保型混凝土搅拌站的研制工作，对于解决混凝土搅拌站粉尘污染的难题具有非常重要的工程实用价值。
1.混凝土搅拌站的粉尘分析
混凝土搅拌站是由搅拌主机、物料贮存系统、物料输送系统、物料称量系统和控制系统及其它附属设施所组成的建筑材料制造设备【2】，它以水泥为胶凝材料，将砂石骨料、粉煤灰、矿粉等原料按照一定的配比进行混合制作成混凝土。其生产过程中一般包括：物料输送、称量、拌合、搅拌等环节，产生粉尘的工艺过程主要有以下几个：
1.1物料输送过程产生粉尘
砂、石骨料由输送机从称量斗输送到骨料集料斗，在此过程中，由于输送机头部滚筒和集料斗之间落差较大，因此抛投骨料的过程将产生大量粉尘，而且斜皮带进入骨料待料斗和斜皮带头罩处无法做到完全封闭，产生的粉尘会从未封闭处溢出【3】。水泥、粉煤灰、矿粉等粉料在输送及加工过程中受到流动空气及设备运动部件所产生的诱导气流影响，会将粉粒体中的细微粉尘带出而产生扬尘。散装物料罐车在向粉料仓送料时，水泥、粉煤灰等物料以高压空气为动力输送，在输送过程中，储料仓内的压力大于大气压，压缩空气通过仓顶除尘器的滤芯向外释放时也产生少量扬尘【4】。尤其当储料仓顶除尘器发生故障，滤芯被堵死时，粉料仓内的压缩空气将通过安全卸压阀卸荷，大量粉尘将随着卸压的空气排放到大气中。
1.2搅拌主机投料过程产生粉尘
混凝土搅拌站搅拌主机部分产生粉尘主要有两个阶段：第一阶段为粉料称量时产生的粉尘；第二阶段为粉料和骨料投入搅拌主机时产生的粉尘【5】。第一阶段：螺旋输送机输送粉料到粉料计量斗中，实现粉料称重（投料口的蝶阀关闭），此时由粉料斗往主机进气，连接密封不可靠的地方和观察维修口等可拆卸部件，难以做到完全密闭，容易产生漏灰。第二阶段：当拌和料称量完毕后，粉料计量斗和骨料待料斗的投料口蝶阀都已打开，骨料和粉料被投入主机，骨料中粉尘随骨料一同进入主机，投入主机内的粉尘大部分参与搅拌，少部分扬起。拌和料进入主机时，主机形成正压，主机内的气体向外流动，部分气体由计量斗气道进入粉料斗中，另一部分气体由气道进入待料斗中，还有一部分气体由引风管进入收尘系统的过滤室，最后被风机抽出排入大气。
1.3搅拌主机搅拌过程产生粉尘
现行的混凝土搅拌站多使用双卧轴强制式搅拌机，对双卧轴强制式搅拌机而言，当搅拌机螺旋叶片绕水平轴旋转时产生对物料的向上翻动，轴向力的作用将物料沿水平轴推向中间和另一端，搅拌叶片会促使少部分粉料从空隙处飞出，产生扬尘。
1.4储料仓内负压产生粉尘
当储料仓向搅拌主机卸料，储料仓内的气压得不到及时补充有时会形成仓内负压，仓内负压将部分物料扬起，当除尘系统中的过滤布袋或滤芯出现破损时，会产生粉尘外泄。
2.搅拌站除尘现状及除尘装置
目前，超过95%搅拌站是普通商品混凝土搅拌站【6】，粉尘污水排放、噪声治理等指标远不能达到环保要求。粉料仓的收尘多采用简陋的机械震打式收尘机，收尘面积小，除尘效率低，经常出现冒灰、甚至冒顶现象。在搅拌主楼内，很多搅拌站都简单的布置一个除尘袋，对粉尘源没有进行处理，同时管路连接不紧密，大量粉尘直接排放至主楼甚至场外。骨料料场也大多处于露天状态，装卸料时产生严重的扬尘。
基于环保的要求，新建的搅拌站开始逐步配备除尘装置。根据搅拌站粉尘的特点以及收尘效率方面的考虑，搅拌站除尘装置多选用袋式除尘器。袋式除尘器是一种干燥式过滤型除尘装置，它适用于过滤捕捉微小、含水比例很低、亚可见性粉尘。滤袋采用纺织而成的过滤布或直接成型的毡制成，利用滤袋的过滤作用对含尘气体进行除尘。当含尘气体进入该类除尘装置时，颗粒较大、比重较大的粉尘颗粒，由于重力作用落入灰斗，含有较细小粉尘的气体在通过滤料时，粉尘被阻留，气体得到净化。
袋式除尘器主要由灰尘清理系统、控制系统、检查维修系统、安全保护系统四大部分组成，其中灰尘清理系统是袋式除尘器的消化器官，袋式除尘器的除尘效果取决于灰尘清理机构及其控制系统。袋式除尘器清灰方法主要有以下三类：①气体清灰：气体清灰是运用高压气体或者外部大气反向喷吹滤袋，以清除滤袋上聚集的灰尘。常见的气体清灰方式有脉冲喷吹清灰、反吹风清灰和吸风清灰三种形式。②机械振打清灰：借助于机械运动装置周期性的轮流弹振各排滤袋，以清除滤袋上聚集的灰尘。③人工敲打：人工振打每个滤袋，以清除滤袋上聚集的灰尘【7】。
混凝土搅拌站的现场调研发现，现有的混凝土搅拌站除尘装置在使用过程中存在许多问题，主要包括：设备阻力损失较大；滤袋破损失效；花板积灰；二次扬尘；称量斗内负压；牢固性差等。以目前广泛使用的脉冲反吹袋式除尘器为例，脉冲反吹时，下部含尘气体仍然在持续进入袋室，这样进气气流与反向喷吹气流产生对流，引起除尘气室内的流场不稳，造成二次扬尘，影响除尘效率。
3.环保型混凝土搅拌站除尘装置设计
本文所设计的环保型混凝土搅拌站除尘装置由管路系统、控制系统、仓顶安全门系统和主动改进型主动脉冲除尘器四部分组成，具体结构如图1所示。 3.1帶仓顶安全门的粉料仓袋式脉冲除尘器
为了防止在风送上料时由于风送压力过大或满仓时而发生爆仓的重大安全质量事故，仓顶收尘装置收尘管道与收尘器之间设有仓顶安全门。仓顶安全门1选用重力升降式安全阀，在工作过程中，相应粉料仓中的压力达到设定值（如0.008Mpa）时，仓顶安全门自动升起泄压，含尘的仓内气流从仓顶安全门处进入收尘器8，经过收尘器的滤袋过滤后排除，被滤出的粉尘沉入收尘斗2内。收尘斗下部连接有卸灰管道4，卸灰管道将收尘斗与其中一个粉料仓连接，卸灰管道上设有气动卸灰阀门5，当收尘斗中的粉尘达到一定量时，开启卸灰阀门，收尘斗中的粉尘顺着卸灰管道流入到相应的粉料仓中，如图1所示。
在这种新型仓顶收尘装置的设计中，收尘器和粉料仓均位于粉料仓顶部，相对于地面上的收尘装置来说，可大大缩短收尘管道的长度，减少收尘管道的弯折点及弯折角度，解决了现有收尘装置易堵塞的问题；将仓顶安全门出口接入到收尘管道中，既防止爆仓，保证了粉料仓安全，同时又实现了粉料收集，达到环保要求；另外，收尘装置
位于粉料仓的顶部，即使是在粉料仓内存在一定的压力的情况下，积聚在收尘斗中的粉尘也能在重力的作用下顺利的落入至相应的粉料仓中，由此可见，所设计的仓顶收尘装置不仅解决了现有的用于粉料仓的收尘装置易堵塞、浪费资源的问题，还解决了现有的收尘装置排料不便的问题。
在该设计中，预加料斗上料时，产生的粉尘颗粒由内置脉冲除尘器进行收集，同时在砂石进口处采用了增加一个覆盖物的新设计方案，减轻了传送带上料口处粉尘的外泄，提高了其密闭性。
搅拌机处和预加料斗之间设计有一个连通管路，这样就减轻了因气路不通而产生搅拌机内气压增大的难题，含尘气流在气压的作用下进入被动振打除尘器滤袋内部，通过过滤，清洁气体排出搅拌站界外，粉尘被阻留在滤袋内部。
3.2改进型袋式主动脉冲除尘器
改进后的除尘器较传统袋式除尘器新增了运动滑块挡板机构，将传统的一个气室分为若干的小气室（如图2所示），稳定了出除尘器内部的流场。粉料仓上料时，因负压产生的扬尘由仓顶脉冲主动除尘器抽风机来抽取仓内含尘气体，粉尘被阻隔在除尘滤袋外表面。在一段时间之后喷吹系统开始工作，在脉冲阀的控制下，喷吹管依次进行反吹，在反吹过程中，运动滑块挡板机构阻隔该气室的含尘气体进口，防止二次扬尘的产生。
3.3搅拌站其他辅助除尘措施
本文将砂石料场置于地下，并且做密封处理。这样做杜绝了因翻运和上料时产生的粉尘逸出场外造成污染，同时避免了因日晒、淋、风化等造成的砂石料的损失。
为进一步控制搅拌站向大气中排放粉尘的数量，可在料场内设置水喷淋装置；同时搅拌站主体、配料和上料环节都采用全封闭外包结构。搅拌站主体二层及以上外包装用角钢搭建骨架模型，用夹心彩钢板包装整体主楼框架，以控制主楼内产生的粉尘进入周围环境的浓度。
4.工程应用效果
郑州三和水工机械有限公司在生产的HZS180-1Q3000型环保型混凝土搅拌站采用上述的除尘设备，并获得国家专利，产品经国家建筑城建机械质量监督检验中心检测，粉尘排放指标达到国家环保标准。
5.结论
本文主要解决了以下几个问题：
（1）研究了现有混凝土搅拌站除尘系统的结构，并对现有混凝土搅拌站的粉尘产生机理做了分析，找到了混凝土搅拌站粉尘的根源；
（2）重新对现有混凝土搅拌站的除尘系统进行设计，改进了现有除尘系统不合理的结构，达到了良好的工程实践效果；
（3）以现有的混凝土搅拌站除尘器为蓝本，重新改进和设计了除尘系统的核心部件——袋式脉冲主动除尘器。
参考文献：
[1]苏赣斌，曲鑫.环保型混凝土搅拌站（楼）[C].第四届中国水泥企业总工程师论坛暨全国水泥企业总工程师联合会年会论文集.2011：44-50.
[2]长沙建设机械研究院.GB/T10171-2005混凝土搅拌站（楼）[J].北京：中国国家标准化委员会，2005.
[3]倪小青，关保清，范书名等.混凝土搅拌站除尘系统设计探讨[J].工程机械，2011，42（10）：51-55.
[4]莫杏显，郑伟文，郭梓奎. 浅谈混凝土搅拌站粉尘治理方法[J].科技创新与应用，2014，20：215.
[5]袁明红.混凝土搅拌站除尘设计和设备选用[J].建筑机械（上半月），2006，（8）：80-82.
[6]余正保，李存进，王君雄.搅拌站粉尘危害与有效除尘方法[J].广东建材，2013，09：68-70.
[7]陈家庆.环保设备原理和设计[M].北京：中国石化出版社，2005.
作者简介：
谭群燕，华北水利水电大学机械学院，教授，主要从事材料加工和机械设计及理论方面的研究。
本项目得到华北水利水电大学研究生教育创新计划基金资助，基金编号2014-09。
关键词：搅拌站；粉尘；袋式除尘器；仓顶安全门
近年来，我国水利、铁路、城市基础设施建设进程步伐不断加快，预制混凝土行业进入了空前大发展阶段。现有的搅拌站生产现场“风起则黄沙漫飞水泥弥散、雨下则污水横流泥渣遍地、生产则噪音隆隆”等环保问题【1】与国家提倡的低碳环保经济大局格格不入，尤其在中国向全世界承诺量化减排，治理雾霾的大背景下，开展环保型混凝土搅拌站的研制工作，对于解决混凝土搅拌站粉尘污染的难题具有非常重要的工程实用价值。
1.混凝土搅拌站的粉尘分析
混凝土搅拌站是由搅拌主机、物料贮存系统、物料输送系统、物料称量系统和控制系统及其它附属设施所组成的建筑材料制造设备【2】，它以水泥为胶凝材料，将砂石骨料、粉煤灰、矿粉等原料按照一定的配比进行混合制作成混凝土。其生产过程中一般包括：物料输送、称量、拌合、搅拌等环节，产生粉尘的工艺过程主要有以下几个：
1.1物料输送过程产生粉尘
砂、石骨料由输送机从称量斗输送到骨料集料斗，在此过程中，由于输送机头部滚筒和集料斗之间落差较大，因此抛投骨料的过程将产生大量粉尘，而且斜皮带进入骨料待料斗和斜皮带头罩处无法做到完全封闭，产生的粉尘会从未封闭处溢出【3】。水泥、粉煤灰、矿粉等粉料在输送及加工过程中受到流动空气及设备运动部件所产生的诱导气流影响，会将粉粒体中的细微粉尘带出而产生扬尘。散装物料罐车在向粉料仓送料时，水泥、粉煤灰等物料以高压空气为动力输送，在输送过程中，储料仓内的压力大于大气压，压缩空气通过仓顶除尘器的滤芯向外释放时也产生少量扬尘【4】。尤其当储料仓顶除尘器发生故障，滤芯被堵死时，粉料仓内的压缩空气将通过安全卸压阀卸荷，大量粉尘将随着卸压的空气排放到大气中。
1.2搅拌主机投料过程产生粉尘
混凝土搅拌站搅拌主机部分产生粉尘主要有两个阶段：第一阶段为粉料称量时产生的粉尘；第二阶段为粉料和骨料投入搅拌主机时产生的粉尘【5】。第一阶段：螺旋输送机输送粉料到粉料计量斗中，实现粉料称重（投料口的蝶阀关闭），此时由粉料斗往主机进气，连接密封不可靠的地方和观察维修口等可拆卸部件，难以做到完全密闭，容易产生漏灰。第二阶段：当拌和料称量完毕后，粉料计量斗和骨料待料斗的投料口蝶阀都已打开，骨料和粉料被投入主机，骨料中粉尘随骨料一同进入主机，投入主机内的粉尘大部分参与搅拌，少部分扬起。拌和料进入主机时，主机形成正压，主机内的气体向外流动，部分气体由计量斗气道进入粉料斗中，另一部分气体由气道进入待料斗中，还有一部分气体由引风管进入收尘系统的过滤室，最后被风机抽出排入大气。
1.3搅拌主机搅拌过程产生粉尘
现行的混凝土搅拌站多使用双卧轴强制式搅拌机，对双卧轴强制式搅拌机而言，当搅拌机螺旋叶片绕水平轴旋转时产生对物料的向上翻动，轴向力的作用将物料沿水平轴推向中间和另一端，搅拌叶片会促使少部分粉料从空隙处飞出，产生扬尘。
1.4储料仓内负压产生粉尘
当储料仓向搅拌主机卸料，储料仓内的气压得不到及时补充有时会形成仓内负压，仓内负压将部分物料扬起，当除尘系统中的过滤布袋或滤芯出现破损时，会产生粉尘外泄。
2.搅拌站除尘现状及除尘装置
目前，超过95%搅拌站是普通商品混凝土搅拌站【6】，粉尘污水排放、噪声治理等指标远不能达到环保要求。粉料仓的收尘多采用简陋的机械震打式收尘机，收尘面积小，除尘效率低，经常出现冒灰、甚至冒顶现象。在搅拌主楼内，很多搅拌站都简单的布置一个除尘袋，对粉尘源没有进行处理，同时管路连接不紧密，大量粉尘直接排放至主楼甚至场外。骨料料场也大多处于露天状态，装卸料时产生严重的扬尘。
基于环保的要求，新建的搅拌站开始逐步配备除尘装置。根据搅拌站粉尘的特点以及收尘效率方面的考虑，搅拌站除尘装置多选用袋式除尘器。袋式除尘器是一种干燥式过滤型除尘装置，它适用于过滤捕捉微小、含水比例很低、亚可见性粉尘。滤袋采用纺织而成的过滤布或直接成型的毡制成，利用滤袋的过滤作用对含尘气体进行除尘。当含尘气体进入该类除尘装置时，颗粒较大、比重较大的粉尘颗粒，由于重力作用落入灰斗，含有较细小粉尘的气体在通过滤料时，粉尘被阻留，气体得到净化。
袋式除尘器主要由灰尘清理系统、控制系统、检查维修系统、安全保护系统四大部分组成，其中灰尘清理系统是袋式除尘器的消化器官，袋式除尘器的除尘效果取决于灰尘清理机构及其控制系统。袋式除尘器清灰方法主要有以下三类：①气体清灰：气体清灰是运用高压气体或者外部大气反向喷吹滤袋，以清除滤袋上聚集的灰尘。常见的气体清灰方式有脉冲喷吹清灰、反吹风清灰和吸风清灰三种形式。②机械振打清灰：借助于机械运动装置周期性的轮流弹振各排滤袋，以清除滤袋上聚集的灰尘。③人工敲打：人工振打每个滤袋，以清除滤袋上聚集的灰尘【7】。
混凝土搅拌站的现场调研发现，现有的混凝土搅拌站除尘装置在使用过程中存在许多问题，主要包括：设备阻力损失较大；滤袋破损失效；花板积灰；二次扬尘；称量斗内负压；牢固性差等。以目前广泛使用的脉冲反吹袋式除尘器为例，脉冲反吹时，下部含尘气体仍然在持续进入袋室，这样进气气流与反向喷吹气流产生对流，引起除尘气室内的流场不稳，造成二次扬尘，影响除尘效率。
3.环保型混凝土搅拌站除尘装置设计
本文所设计的环保型混凝土搅拌站除尘装置由管路系统、控制系统、仓顶安全门系统和主动改进型主动脉冲除尘器四部分组成，具体结构如图1所示。 3.1帶仓顶安全门的粉料仓袋式脉冲除尘器
为了防止在风送上料时由于风送压力过大或满仓时而发生爆仓的重大安全质量事故，仓顶收尘装置收尘管道与收尘器之间设有仓顶安全门。仓顶安全门1选用重力升降式安全阀，在工作过程中，相应粉料仓中的压力达到设定值（如0.008Mpa）时，仓顶安全门自动升起泄压，含尘的仓内气流从仓顶安全门处进入收尘器8，经过收尘器的滤袋过滤后排除，被滤出的粉尘沉入收尘斗2内。收尘斗下部连接有卸灰管道4，卸灰管道将收尘斗与其中一个粉料仓连接，卸灰管道上设有气动卸灰阀门5，当收尘斗中的粉尘达到一定量时，开启卸灰阀门，收尘斗中的粉尘顺着卸灰管道流入到相应的粉料仓中，如图1所示。
在这种新型仓顶收尘装置的设计中，收尘器和粉料仓均位于粉料仓顶部，相对于地面上的收尘装置来说，可大大缩短收尘管道的长度，减少收尘管道的弯折点及弯折角度，解决了现有收尘装置易堵塞的问题；将仓顶安全门出口接入到收尘管道中，既防止爆仓，保证了粉料仓安全，同时又实现了粉料收集，达到环保要求；另外，收尘装置
位于粉料仓的顶部，即使是在粉料仓内存在一定的压力的情况下，积聚在收尘斗中的粉尘也能在重力的作用下顺利的落入至相应的粉料仓中，由此可见，所设计的仓顶收尘装置不仅解决了现有的用于粉料仓的收尘装置易堵塞、浪费资源的问题，还解决了现有的收尘装置排料不便的问题。
在该设计中，预加料斗上料时，产生的粉尘颗粒由内置脉冲除尘器进行收集，同时在砂石进口处采用了增加一个覆盖物的新设计方案，减轻了传送带上料口处粉尘的外泄，提高了其密闭性。
搅拌机处和预加料斗之间设计有一个连通管路，这样就减轻了因气路不通而产生搅拌机内气压增大的难题，含尘气流在气压的作用下进入被动振打除尘器滤袋内部，通过过滤，清洁气体排出搅拌站界外，粉尘被阻留在滤袋内部。
3.2改进型袋式主动脉冲除尘器
改进后的除尘器较传统袋式除尘器新增了运动滑块挡板机构，将传统的一个气室分为若干的小气室（如图2所示），稳定了出除尘器内部的流场。粉料仓上料时，因负压产生的扬尘由仓顶脉冲主动除尘器抽风机来抽取仓内含尘气体，粉尘被阻隔在除尘滤袋外表面。在一段时间之后喷吹系统开始工作，在脉冲阀的控制下，喷吹管依次进行反吹，在反吹过程中，运动滑块挡板机构阻隔该气室的含尘气体进口，防止二次扬尘的产生。
3.3搅拌站其他辅助除尘措施
本文将砂石料场置于地下，并且做密封处理。这样做杜绝了因翻运和上料时产生的粉尘逸出场外造成污染，同时避免了因日晒、淋、风化等造成的砂石料的损失。
为进一步控制搅拌站向大气中排放粉尘的数量，可在料场内设置水喷淋装置；同时搅拌站主体、配料和上料环节都采用全封闭外包结构。搅拌站主体二层及以上外包装用角钢搭建骨架模型，用夹心彩钢板包装整体主楼框架，以控制主楼内产生的粉尘进入周围环境的浓度。
4.工程应用效果
郑州三和水工机械有限公司在生产的HZS180-1Q3000型环保型混凝土搅拌站采用上述的除尘设备，并获得国家专利，产品经国家建筑城建机械质量监督检验中心检测，粉尘排放指标达到国家环保标准。
5.结论
本文主要解决了以下几个问题：
（1）研究了现有混凝土搅拌站除尘系统的结构，并对现有混凝土搅拌站的粉尘产生机理做了分析，找到了混凝土搅拌站粉尘的根源；
（2）重新对现有混凝土搅拌站的除尘系统进行设计，改进了现有除尘系统不合理的结构，达到了良好的工程实践效果；
（3）以现有的混凝土搅拌站除尘器为蓝本，重新改进和设计了除尘系统的核心部件——袋式脉冲主动除尘器。
参考文献：
[1]苏赣斌，曲鑫.环保型混凝土搅拌站（楼）[C].第四届中国水泥企业总工程师论坛暨全国水泥企业总工程师联合会年会论文集.2011：44-50.
[2]长沙建设机械研究院.GB/T10171-2005混凝土搅拌站（楼）[J].北京：中国国家标准化委员会，2005.
[3]倪小青，关保清，范书名等.混凝土搅拌站除尘系统设计探讨[J].工程机械，2011，42（10）：51-55.
[4]莫杏显，郑伟文，郭梓奎. 浅谈混凝土搅拌站粉尘治理方法[J].科技创新与应用，2014，20：215.
[5]袁明红.混凝土搅拌站除尘设计和设备选用[J].建筑机械（上半月），2006，（8）：80-82.
[6]余正保，李存进，王君雄.搅拌站粉尘危害与有效除尘方法[J].广东建材，2013，09：68-70.
[7]陈家庆.环保设备原理和设计[M].北京：中国石化出版社，2005.
作者简介：
谭群燕，华北水利水电大学机械学院，教授，主要从事材料加工和机械设计及理论方面的研究。
本项目得到华北水利水电大学研究生教育创新计划基金资助，基金编号2014-09。