超聲微霧抑塵技術(shù)在選煤廠除塵系統(tǒng)中的應(yīng)用

汪學(xué)明 張立斌

【摘要】目前國內(nèi)選煤廠都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的粉塵污染，特別是在對(duì)原煤進(jìn)行加工過程中，粉塵不僅會(huì)污染環(huán)境，原料本身也會(huì)損耗，而工作人員長期在高濃度粉塵環(huán)境下作業(yè)，使得工作人員極易患上塵肺病，嚴(yán)重?fù)p害了人員的身體和身心健康，同時(shí)粉塵也會(huì)加快設(shè)備的磨損和老化，并使產(chǎn)品質(zhì)量下降，減少使用壽命，當(dāng)某種粉塵顆粒達(dá)到一定濃度時(shí)還會(huì)引起爆炸，如今年發(fā)生的“8.2”昆山粉塵爆炸事故等。本文針對(duì)目前選煤廠現(xiàn)有的除塵系統(tǒng)現(xiàn)狀，提出了一種新型的除塵方法——超聲微霧抑塵技術(shù)，采用該技術(shù)設(shè)計(jì)一套適用于選煤廠的超聲微霧除塵系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】超聲微霧;抑塵;壓風(fēng);除塵系統(tǒng);自動(dòng)控制;選煤廠

1.引言

選煤廠帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載、特別是破碎過程中會(huì)產(chǎn)生較大的粉塵。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測(cè)，在上述塵源點(diǎn)附近，室內(nèi)空氣平均含塵濃度由幾十～幾百mg/m3，個(gè)別塵源點(diǎn)附近（如破碎機(jī)下部受料點(diǎn)）甚至達(dá)到幾千mg/m3，大大超過了國家規(guī)定的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)值（10mg/m3）。大量的煤塵不僅直接危及到職工的身體健康，而且惡化現(xiàn)場的工作環(huán)境，致使運(yùn)行人員難以監(jiān)控設(shè)備，設(shè)備磨損嚴(yán)重，電氣絕緣水平下降;同時(shí)，由于該煤塵具有易燃、易爆的特性，大量的積塵很容易引起煤塵爆炸，給安全生產(chǎn)帶來極大危害。

目前解決選煤廠粉塵的方法主要分為密閉抽風(fēng)和密閉噴霧降塵法，如采用布袋（干式） 除塵器或沖激式（濕式）除塵器等，但是，這些除塵方法在使用中均存在一些問題：輸煤系統(tǒng)除塵是在冷態(tài)氣流狀態(tài)下進(jìn)行，在除塵過程中布袋除塵器極容易吸收空氣中的水分造成粘袋，使通風(fēng)阻力增大，抽風(fēng)量減小，控制不住含塵空氣外溢。并且，由于風(fēng)速下降，通風(fēng)管道內(nèi)粉塵會(huì)沉降下來阻塞管道，使除塵系統(tǒng)失效。沖激式（濕式） 除塵器在使用過程中，也易發(fā)生以上問題。除此之外，在粉塵回收處理上，布袋（干式） 除塵器極易產(chǎn)生二次污染。而沖激式（濕式） 除塵器需要連續(xù)排放污水系統(tǒng)和隨后的污水處理系統(tǒng)。以上兩種方法，電氣設(shè)備、管路工程等投入大，多數(shù)工廠缺乏布置這些系統(tǒng)的場地，使用受到限制。

超聲微霧抑塵技術(shù)是一種新型的抑塵技術(shù)，也屬于噴霧降塵的方法的一種，該技術(shù)不需要將含塵氣流抽出后再加以處理，而是直接將塵抑制在產(chǎn)塵點(diǎn)，同時(shí)，由于霧滴微細(xì)，耗水量很少，抑塵后物料的增濕僅在0.1%～0.5% 不會(huì)給工藝流程帶來影響。故具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）可簡化除塵管理工作。傳統(tǒng)的抽風(fēng)除塵系統(tǒng)一般除塵設(shè)備多、管理量大，各產(chǎn)塵點(diǎn)抽風(fēng)，因管網(wǎng)龐大，各分風(fēng)點(diǎn)風(fēng)量調(diào)節(jié)復(fù)雜，很難達(dá)到預(yù)期效果，現(xiàn)場極少采用。如采用超聲霧化抑塵則無此弊病，只要將水、壓氣輸送至各產(chǎn)塵點(diǎn)，即可容易地實(shí)現(xiàn)整個(gè)除塵系統(tǒng)由一個(gè)中心控制室進(jìn)行控制。

2）抑塵技術(shù)無需清灰，避免了二次污染，從而改善了除塵管理人員的工作條件。

3）抑塵系統(tǒng)占據(jù)空間很少，可節(jié)省廠房內(nèi)有效空間，降低基建投資。

4）抑塵系統(tǒng)不需要風(fēng)機(jī)、除塵器和通風(fēng)管道，比一般除塵系統(tǒng)節(jié)省30%～50%的投資，安裝時(shí)間可減少70%。

5）與一般除塵器相比，抑塵技術(shù)可節(jié)省50%能耗，大幅度降低除塵運(yùn)營成本。

6）超聲霧化抑塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，維修量少，維修費(fèi)用低。

2.超聲微霧抑塵技術(shù)

2.1 超聲微霧抑塵原理

超聲霧化抑塵技術(shù)是國際新型除塵技術(shù)。其原理是通過壓縮空氣沖擊共振腔產(chǎn)生超聲波，超聲波把水霧化成濃密的、直徑只有1～50/μm的微細(xì)霧滴，霧滴在局部密閉的產(chǎn)塵點(diǎn)內(nèi)捕獲、凝聚微細(xì)粉塵，使粉塵迅速沉降下來實(shí)現(xiàn)就地抑塵。這種除塵技術(shù)對(duì)去除微細(xì)的呼吸性粉塵效果非常好，原因是運(yùn)用了空氣動(dòng)力學(xué)原理和云物理學(xué)原理。

（1）空氣動(dòng)力學(xué)原理。當(dāng)含塵粒的氣流繞過霧滴時(shí)，霧滴捕捉住氣流中塵粒的幾率與霧滴的直徑有關(guān)。霧滴大時(shí)，塵粒僅僅是隨氣流繞過霧滴而未被捕捉。霧滴與塵粒徑相近時(shí)，更易與塵粒相撞而捕捉住塵粒。超聲霧化正是應(yīng)用這一原理產(chǎn)生50/μm以下，與微細(xì)的粉塵粒徑相近的霧滴來捕獲粉塵的。

（2）云物理學(xué)原理。由于霧滴微細(xì)，部分霧滴會(huì)在空氣中迅速蒸發(fā)，使局部密閉空間中的相對(duì)濕度迅速飽和。過飽和后的水汽會(huì)以塵粒為核凝聚，使塵粒徑不斷增大，直至落下，形成從“云”變成“雨”的過程。

2.2 超聲霧化抑塵技術(shù)的應(yīng)用

超聲霧化抑塵技術(shù)適用于工業(yè)原料系統(tǒng)的破碎、篩分、帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)等粉塵細(xì)、揚(yáng)塵大的產(chǎn)塵點(diǎn)。通常，這種產(chǎn)塵點(diǎn)是采取密閉抽風(fēng)除塵的方法加以解決。常用的除塵器有布袋（干式）除塵器和沖激式（濕式）除塵器，但是，這2種除塵器在使用過程中均存在問題。工業(yè)原料系統(tǒng)除塵一般是在冷態(tài)氣流狀態(tài)下進(jìn)行，在除塵過程中布袋除塵器極容易吸收空氣中的水分造成粘袋，使通風(fēng)阻力增大，抽風(fēng)量減小，不能控制住含塵空氣外溢。并且，由于風(fēng)速的下降，通風(fēng)管道內(nèi)粉塵會(huì)沉降下來阻塞管道，使除塵系統(tǒng)失效。低壓文丘里等濕式除塵器需要連續(xù)排放污水系統(tǒng)和隨后的污水處理系統(tǒng)，多數(shù)工廠缺乏布置這些系統(tǒng)的場地，使其應(yīng)用受到限制。超聲霧化抑塵技術(shù)不需要將含塵氣流抽出后再加以處理，而是直接將煤塵抑制在產(chǎn)塵點(diǎn)，避免了這些影響除塵效果的因素。同時(shí)，由于霧滴微細(xì)，耗水量很少，抑塵后物料的增濕僅在0.1%～0.5%，不會(huì)給工藝流程帶來影響。

3.選煤廠超聲微霧除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

超聲微霧除塵系統(tǒng)主要由：增壓裝置、空壓機(jī)、儲(chǔ)氣罐、超聲霧化器（噴頭）、氣水分配器、抑塵主機(jī)、伴熱帶和抑塵罩等部分組成。

抑塵主機(jī)：控制超聲霧化器的壓縮空氣、水輸入，使霧化器在規(guī)定的工況下工作。箱內(nèi)附設(shè)壓縮空氣、水過濾和反沖洗系統(tǒng)，主機(jī)可以2種方式控制抑塵系統(tǒng)運(yùn)行：一種方式與產(chǎn)塵設(shè)備連鎖，實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)控制;另一種方式單獨(dú)操作運(yùn)行，主機(jī)具有良好的人機(jī)界面，采用PLC控制器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

圖1 超聲微霧除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

氣水分配器：將水和氣分別按照比例分成最多10路輸出。一路水輸入，一路氣輸入，10路可分別控制的水氣組合輸出。每組水氣組合輸出配接一個(gè)干霧抑塵噴嘴。在水輸入與氣輸入后加電磁閥與手動(dòng)閥，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)、手動(dòng)不同的開關(guān)。

超聲霧化器（噴頭）：采用304不銹鋼材質(zhì)制造。有2個(gè)連接口，1個(gè)連接壓縮空氣，1個(gè)連接水路，超聲霧化器技術(shù)參數(shù)：超聲霧化器工作時(shí)的壓縮空氣壓力為0.3～0.4MPa，水壓力為0.1～0.15MPa。每個(gè)霧化器耗氣量0.08～0.1m3/min，耗水量0.3～0.5L/min。

空壓機(jī)和增壓裝置：主要為微霧抑塵系統(tǒng)提供壓縮氣源和水源。

伴熱帶：為防止在冬天時(shí)管路水的結(jié)冰現(xiàn)象，可在噴霧管路上敷設(shè)一套伴熱帶。

抑塵罩：為防止煤塵在霧捕捉之前逃逸;造成罩內(nèi)濕度過飽和;緩解落料激起的反沖氣流，使煤塵能在較低的氣流速度下沉降。

4.結(jié)語

本文除塵系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)施使用后，在煤塵較為集中的工作現(xiàn)場，對(duì)空氣中煤塵濃度進(jìn)行了測(cè)定。發(fā)現(xiàn)煤塵基本可以下降到10mg/m3，達(dá)到了《選煤廠安全規(guī)程》的要求;同時(shí)，粉塵內(nèi)游離SiO2含量大大降低，杜絕了煤塵外排。該系統(tǒng)的推廣可較好地改善了選煤廠的空氣質(zhì)量和勞動(dòng)環(huán)境，有效提高了工人的勞動(dòng)生產(chǎn)率，保障了工人的身體健康，提高了設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量，減少了粉塵爆炸事故發(fā)生，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

基金項(xiàng)目：中煤科工集團(tuán)常州研究院有限公司院級(jí)研發(fā)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：13SY011）。