高黨國，杜東峰

（陜西省機械研究院，陜西 咸陽712000）

掘進機在掘進時，刀具在破碎巖石的同時產(chǎn)生了大量粉塵，這是掘進機粉塵污染的根源。為了保證掘進機安全可靠地工作，必須將這些粉塵有效去除。目前盾構機的除塵主要采用一堵二疏的方法。一是在掘進機機頭刀盤支撐外側設有擋塵板，將粉塵堵在掘進機刀盤前部，不向機頭后溢出；二是沿刀盤四周設置噴嘴，其噴水可以形成環(huán)狀水霧，與較大顆粒粉塵結合沉降，可去除粉塵[1-4]。但對于小直徑掘進機特別是開挖直徑小于3 m的掘進機，由于空間狹小，濕式除塵容易引起電機以及電氣線路短路，干濕除塵設備體積龐大，不能安裝在掘進機機體內(nèi)，所以給小直徑掘進機除塵帶來很大的困擾[5，6]。

在1800型掘進機除塵系統(tǒng)的設計當中，根據(jù)整機的結構布局，結合國家有關法規(guī)、規(guī)范及標準，在滿足有關的工藝操作，在保證設備長期有效運行以及節(jié)約成本的情況下，對含塵氣體輸送管路+加壓軸流風機+濾筒式脈沖除塵器+高壓離心式引風機的方式工作過程中產(chǎn)生的煙塵進行捕集、輸送、過濾，最終再由引風機將處理后含塵氣體進行達標排放的設計方案，取得了良好的使用效果。

1 小型盾構機設計要求及技術參數(shù)

1.1 技術要求

（1）粉塵排放濃度≤30mg/m3.

（2）除塵效率高，排放濃度低。

（3）占地面積小，鋼材消耗量少，一次性投資省。

（4）過濾元件在凈氣室進行安裝，方便可靠。

（5）能保證長周期穩(wěn)定運行。

1.2 設計原則和技術要求

（1）依據(jù)煙氣的溫度，性質(zhì)，結合現(xiàn)有場地的尺寸，所需處理的煙氣量，入、出口濃度，過濾元件的材質(zhì)等因素作設計取舍，同時要考慮安全運行的雙保險。

（2）濾筒濾料采用過濾精度高、耐磨性能好的聚酯纖維無紡布制作。

（3）選擇先進的脈沖清灰技術，運動部件少，故障率低。

1.3 除塵器參數(shù)

由于設備距離施工現(xiàn)場太遠（最遠可達到5公里），通過計算可知，5 km的管路阻力將近24 kPa，而除塵器的阻力為1.2 kPa，故整個系統(tǒng)的阻力約為25 kPa.所以應在管路系統(tǒng)增加高壓軸流風機進行壓力補償，故除塵器選型及技術參數(shù)如下表1所列。

表1 除塵器型號及技術參數(shù)

（續(xù)下表）

（續(xù)上表）

2 小型盾構機除塵器設計方案

2.1 工作原理

除塵器主體采用濾筒式。隨著濾筒技術及材料不斷的研制，對除塵器的內(nèi)部結構和過濾濾芯進行優(yōu)化改進，目前，濾筒式除塵器已經(jīng)廣泛地應用于水泥、鋼鐵、電力、食品、冶金、化工等多個行業(yè)。隨著行業(yè)發(fā)展的需要，除塵器容量不斷增加，該項技術已經(jīng)成為過濾面積>2000 m2大型除塵器種類之一，為解決傳統(tǒng)除塵器對超細粉塵收集難、過濾風速高、清灰效果差、濾袋易磨損破漏、運行成本高等問題，提供了新的技術方案，與現(xiàn)有多種形式的濾袋式除塵相比，具有過濾面積大、壓差低、低排放、體積小、使用壽命長等特點，是解決空間小，粉塵處理量大的最佳選擇。該除塵器具有占地面積小，布置密度大，結構緊湊，安裝方便，成本低，維修工作量小、過濾面積大，阻力小等優(yōu)點。

在掘進過程中，受回轉驅動，破碎的碴石在沉降時，產(chǎn)生大量粉塵，含塵氣體經(jīng)高壓軸流風機及管路進入處理裝置，氣流中部分粗大顆粒在分離后直接沉降；其余粉塵進入濾塵室后，通過濾筒過濾，使粉塵沉積在濾料表面上，凈化后的氣體由排氣管路經(jīng)引風機排出。

隨著濾筒除塵器的工況，濾筒表面積塵達到一定量時，阻力達到某一規(guī)定值時必須進行清灰。由清灰控制裝置，按設定程序，打開電磁脈沖閥噴吹。首先箱體進氣提升閥關閉，將含塵氣體與箱體濾料斷開，然后電磁脈沖閥開啟，壓縮空氣在短的時間內(nèi)迅速膨脹，進入濾筒，使濾筒膨脹發(fā)生變形，產(chǎn)生振動，附在濾筒外表面上的粉塵被分離，并落入灰斗中。清灰完畢后，電磁脈沖閥關閉，提升閥打開，箱體恢復過濾狀態(tài)。脫落的粉塵掉入灰斗內(nèi)，通過缷灰閥、螺旋輸送機排出。為防止氣流阻力過大，因此，必須周期性地開啟清灰裝置，對濾筒進行清灰。清灰并不是將濾筒上的灰層全部徹底清除，而是將濾筒表面，殘余少量的微塵粒組成布粉層，用于下次過濾較小粉塵。清灰裝置是采用脈沖氣流來實現(xiàn)清灰的目的，逐行進行清灰。

2.2 濾筒式除塵器的結構

濾筒式除塵器結構由管路、高壓軸流風機、箱體、清灰裝置、濾筒、氣源分配器、卸灰閥、螺旋輸送機、引風機及電控裝置組成。除塵器中濾筒的布置很關鍵，既可以傾斜布置，也可以垂直布置在箱體花板上。從清灰效果角度來說，垂直布置效果最佳?；ò逑虏繛檫^濾室，上部為氣箱脈沖室。此次設計采用垂直布置的方式，同時在入口處，加裝氣流分布板。

2.2.1 風道

風道由進出口管道、高壓軸流風機、密封件組成。由于在隧道施工時，管線長，氣壓損失大，為此，分段在管路上加裝高壓軸流風機，保持足夠的氣流壓力、風速，防止粉塵沉積，造成堵塞管路。

2.2.2 箱體

箱體分為上下結構。上下箱體中間由花板隔開，上箱體是凈氣室；下箱體安裝有濾筒組件，箱體包括了提升閥、噴吹系統(tǒng)、脈沖電磁閥、花板、分流板、濾筒組件。

噴吹系統(tǒng)由儀表、氣源、空氣管路、氣源分配器、電磁脈沖閥、噴吹管等組成。每排濾筒上均有一根噴吹管，通過電磁脈沖閥與氣源分配器相連。噴入濾筒的壓縮空氣，由氣源分配器的脈沖電磁閥開啟時間決定。氣壓系統(tǒng)的工作壓力應在0.2～0.4 MPa之間，壓力越低，對濾筒損傷越小，在保證清灰效果的前提下，應盡量將氣壓調(diào)至最小。采用在脈沖噴吹管路上安裝有導流裝置，使脈沖氣流充分進入濾筒，加速氣流的速度，優(yōu)點是耗氣量少，清灰效果顯著。

噴吹需瞬間完成，使用膜片閥來實現(xiàn)快速反應，箱內(nèi)的壓縮空氣壓迫觸發(fā)膜片和主膜片是電磁脈沖閥保持關閉狀態(tài)，在電磁閥的激勵下，在觸發(fā)膜片上產(chǎn)生壓差，膜片抬起，主膜片一側空氣泄出，主膜片在壓差作用下抬起，箱內(nèi)壓縮空氣進入噴吹管，在噴吹管的引導下沖入濾筒。

濾筒內(nèi)急速下沖的壓縮氣流，濾筒突然徑向變形膨脹，使濾筒外表面積聚的灰塵脫落分離。電磁脈沖閥在不激勵狀態(tài)時，空氣泄出處關閉，氣壓將膜片復位，電磁脈沖閥關閉，噴吹時應將提升閥關閉。

氣流分流板針對氣流的上升和粉塵的下降，如果氣流分布不均，實踐證明，流速過低時，會大幅降低除塵效率。分流板的開孔率約為50%時，阻力系數(shù)較小，為此氣流速度控制在<0.8 m/s時，分流板布置完全滿足濾筒式除塵器的使用要求。

2.2.3 花板及濾筒>

花板用于固定濾筒，并可作為濾筒檢查平臺。濾筒組件從花板孔裝入。

濾筒由頂蓋、金屬框架、褶形濾料和底座等組成。濾筒按形狀分為圓形、扁形和錐形等。濾筒是用設計長度的濾料折疊成褶，首尾黏合成筒，筒的內(nèi)外用金屬框架支撐，上、下用頂蓋和底座固定。頂蓋用螺栓固定。針對濾筒上下端蓋及護網(wǎng)必須粘接牢固，不允許有脫膠、漏膠和流掛等缺陷；濾筒上的金屬件必須滿足防銹要求；濾筒外表面應無明顯傷痕、磕碰、拉毛和毛刺等缺陷；濾筒的噴吹清灰，按需要可配用誘導噴嘴或文氏里管等噴吹裝置，濾筒內(nèi)側加有防護網(wǎng)，采用圓形結構，直徑Φ320 mm，長度660 mm濾筒，配有文氏里管。見表2.

表2 聚酯纖維無紡布常用工況和保質(zhì)條款

脈沖氣流未經(jīng)過文丘里，直接噴吹進入濾筒內(nèi)部。進入濾筒的氣流在濾筒上部流速是最快的。隨這氣流不斷向下運動，并向四周擴散，因而使氣流速度不斷降低。由于氣流速度越快、壓力越低，因此在濾筒的上部形成了一個負壓，壓力分布從上到下不斷增加，這樣就使濾筒上部清灰不徹底，下部濾材容易破損。見圖1.

圖1 布袋抽風及反吹工作狀態(tài)圖

在脈沖噴吹管上安裝濾筒用文丘里噴嘴。噴吹壓力采用全濾筒高度正壓噴吹形式。脈沖噴吹時，噴吹氣流進入文氏管，隨著文氏管截面不斷減少，使氣流速不斷加快，壓力減小，形成負壓區(qū)，引導周圍氣體流入，形成二次氣流。使噴吹的氣流量大幅增加，通過文氏管進入濾筒后，使整個濾筒內(nèi)部的壓力分布很均勻，清灰效果大為改善，濾筒底部損壞率減少，噴吹耗氣量減少。噴吹氣流應干燥、不含油、無粉塵。脈沖閥無漏氣現(xiàn)象，且正常啟閉，工作可靠。脈沖控制儀噴吹時間與間隔均能調(diào)整。

2.2.4 出灰裝置及支腿

出灰裝置由灰斗、卸灰閥、螺旋輸送機等組成。灰斗出灰法蘭與卸灰閥連接。支腿是用于支撐除塵器本體、灰斗。

2.2.5 檢測、控制系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)允許全自動操作和手動操作。系統(tǒng)邏輯由可編程控制器提供。

2.2.6 濾筒設計根據(jù)總成要求要注意以下要素

（1）粉塵排放，要選擇具有過濾精度高、清灰容易、阻力小的多微孔薄膜復合的濾材。

（2）環(huán)境濕度，粉塵易吸潮或粉塵中含有油脂成份時，考慮選擇具有防油、防水、防污功能的濾材。

（3）內(nèi)骨架尺寸及強度的確定主要考慮通油小孔的大小不應影響過濾氣量，考慮濾筒承受的壓差要以骨架支撐，所以直徑越小強度越高。

（4）除塵器總高和進出口的距離。

（5）濾筒過濾能力。

（6）出氣口連接方式及尺寸。

（7）過濾精度等相關的性能要求。

3 結束語

針對此項目，綜合所述得出如下幾點：

（1）隧道在施工過程中，會產(chǎn)生大量的粉塵。通過對粉塵收集，大幅降低隧道粉塵對人體的危害。

（2）在掘進過程中配備一套干式除塵機，運行后將粉塵濃度降低至允許排放范圍以內(nèi)。

（3）除塵器與通風機并用，大幅降低了通風機的送風量，降低了生產(chǎn)成本。

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