翻車機除塵方式的選定與治理

郭海峰

【摘 要】翻車機本體在運行中飛揚的粉塵不能抑制，造成設(shè)備及周邊積塵嚴(yán)重，嚴(yán)重影響著設(shè)備檢修作業(yè)的正常開展和工作人員的身體健康。針對設(shè)備現(xiàn)狀綜合國內(nèi)外所有除塵設(shè)備的應(yīng)用和調(diào)查，通過各種除塵設(shè)備的科學(xué)原理論證與實際效果比較，選定最優(yōu)除塵方式，使翻車機運行中的粉塵得以控制，改善現(xiàn)場的檢修環(huán)境。

【摘 要】翻車機；除塵；治理

0 前言

國華盤電輸煤設(shè)備采用C型翻車機，翻車機銑切機層長20米，寬9米，高3.1米，翻車時間周期為4分鐘。

翻車機作為一種大型、高效率的卸料機械，已廣泛應(yīng)用于我國工業(yè)生產(chǎn)中，它的作用是翻卸裝有物料的標(biāo)準(zhǔn)高度敞車。翻車機房是為生產(chǎn)線提供原材料的場所，車間的主要設(shè)備有列車、翻車機、料倉、皮帶給料機和帶式輸送機。電廠的煤主要是通過鐵路運輸至現(xiàn)場，卸料是由翻車機來完成的。其工藝過程是：原料經(jīng)過列車運至翻車機房，翻車機將車廂中的物料卸至料倉，料倉中的物料經(jīng)皮帶給料機送達(dá)帶式輸送機，再運至堆料場、中間倉。

在卸料過程中，由于物料是自由落體，速度較快，勢能轉(zhuǎn)化為動能，形成反彈上升的塵暴。因為動力較大所以很難控制。在翻車機區(qū)域，粉塵污染已相當(dāng)嚴(yán)重。卸料過程中產(chǎn)生的粉塵濃度高達(dá)上千毫克每立方米，危害著現(xiàn)場職工的身體健康（污染情況見圖1）。

電廠所用的是褐煤，它是一種介于泥炭與瀝青煤之間的棕黑色的低級煤，質(zhì)量指標(biāo)隨井下采面條件而變化，存在一定的不確定性。它的特點是內(nèi)水含量較高，一般在20%～30%，是目前起塵較大的一種煤。這在治理上也加大了難度。

1）翻車機房內(nèi)粉塵的擴散

由于任何粉塵都要經(jīng)過一定的傳播過程才能向空氣中擴散。這種使塵粒從靜止?fàn)顟B(tài)變成懸浮狀態(tài)的過程稱為“塵化”。根據(jù)現(xiàn)場的觀察和理論分析，翻車機房內(nèi)塵化的原因主要有以下三點：

（1）翻車機在傾卸物料時，粉塵與粉塵之間、粉塵與固體壁面之間均產(chǎn)生碰撞和擠壓，在半封閉空間中的空氣受到擾動，產(chǎn)生運動，引起粉塵塵化。

（2）物料在空氣中以一定的速度運動時，能帶動周圍空氣隨其一起流動，這部分空氣稱為誘導(dǎo)空氣。誘導(dǎo)空氣又會卷吸一部分粉塵隨空氣一起流動，這是發(fā)生誘導(dǎo)塵化原因。

（3）長方體的列車車廂在翻車過程中，會繞某一轉(zhuǎn)動軸隨翻車機一起轉(zhuǎn)動，車廂的兩個側(cè)面和地面好像三面扇子，繞軸做旋轉(zhuǎn)運動，因此會在車廂周圍產(chǎn)生一股旋轉(zhuǎn)氣流，這股氣流會攜帶下落過程中的粉塵一起運動，產(chǎn)生塵化。

上述幾種使塵粒由靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入空氣中浮游的塵化作用，稱為一次塵化作用，它的能量很小，只能造成局部污染。污染擴大的主要原因是二次氣流，它會把粉塵帶到整個棧橋形成更大的危害。

2）粉塵的危害

（1）對人體的危害

當(dāng)粉塵經(jīng)呼吸系統(tǒng)被人體吸入后，在肺中沉積，尤其是粒徑小于2微米的粉塵顆粒，會引起纖維性病變，使肺部組織逐漸硬化，嚴(yán)重?fù)p害呼吸功能，導(dǎo)致塵肺職業(yè)病的發(fā)生。尤其在煤炭、火電、化工等行業(yè)，塵肺病的發(fā)病率極高。據(jù)悉，在2001年我國塵肺病累積發(fā)病人數(shù)為56.9萬例，今后每年呈遞增趨勢。嚴(yán)重危害了人體健康，已引起黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人的高度重視。

（2）對設(shè)備的危害

大量粉塵顆粒散落在皮帶轉(zhuǎn)動軸上，會加速轉(zhuǎn)動軸的磨損速度，引起機械的早期損壞、漏油等。粉塵落在電氣元件上，會使元件接觸不良，控制失靈。

（3）易爆炸

當(dāng)室內(nèi)粉塵量積累達(dá)到一定程度時，還會引起火災(zāi)。尤其是揮發(fā)份大于25%以上的煤種，在空氣中的濃度達(dá)到35g/m3以上時，即遇火爆炸。

為完成國家“十一五”節(jié)能減排目標(biāo)，構(gòu)建社會主義和諧社會，在實現(xiàn)安全文明生產(chǎn)的同時，還要注意保障工人們的身體不受損傷。為延長設(shè)備的使用壽命、提高勞動生產(chǎn)率，現(xiàn)有治理粉塵的裝置已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國家對環(huán)境保護、節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟及保護員工健康的要求，因此必須選擇一種高效率的抑塵方式對煤炭儲運系統(tǒng)粉塵進(jìn)行治理。

1 國內(nèi)外抑沉設(shè)施報調(diào)查

翻車機房內(nèi)的粉塵屬于半封閉式無組織排放污染源，所謂無組織排放是指大氣污染物不經(jīng)過排氣筒的無規(guī)則排放形式。其特點是不受人為控制，尤其是對于10微米以下粉塵顆粒，不易收集、難處理，在無形當(dāng)中增加了治理難度。

1.1 傳統(tǒng)的粉塵防治措施

1.1.1 除塵的常規(guī)處理方法及應(yīng)用

根據(jù)除塵方法的特點，除塵的裝置有：機械除塵器；電除塵器；濕式除塵器；過濾除塵器。

1）機械除塵

機械除塵通常指利用質(zhì)量力（重力、慣性力和離心力等）的作用使顆粒物與氣流分離的裝置、慣性除塵器和旋風(fēng)除塵器等。

（1）重力沉降室

重力沉降室是通過重力作用使塵粒從氣流中沉降分離的除塵裝置，其主要優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，投資少壓力損失少，維修管理太容易。但它的體積大，效率低，只能出去較大和較重的粒子，因此只能作為高效除塵的預(yù)塵裝置。

（2）慣性除塵器

為了改善沉降室的除塵效果，可在沉降室內(nèi)設(shè)置各種形式的擋板，使含塵氣流沖擊在擋板上，氣流方向發(fā)生急劇轉(zhuǎn)變，借助塵粒本身的慣性力的作用，使其與氣流分離。慣性除塵器一般用于凈化密度的粒徑較大的金屬或礦物性粉塵具有比較高的去塵效率。對粘結(jié)性和纖維性粉塵，則因易堵塞而不宜采用。其捕集的粉塵一般為粗粉塵，粒徑〉20μm的粗粉塵，對于呼吸性粉塵去除效率很一般。

（3）旋風(fēng)除塵器

旋風(fēng)除塵器是利用旋風(fēng)氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離的裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用廣泛、種類繁多等特點。影響旋風(fēng)除塵器的效率的因素有：二次效應(yīng)、比例尺寸、煙塵的物理性質(zhì)和操作變量。旋風(fēng)除塵器的最大缺點是：容易引起二次揚塵，特別是對于粒徑小的呼吸性粉塵，大大降低了除塵效率。

2）電除塵

電除塵是含塵氣體在通過高壓電廠進(jìn)行電離的過程中，使塵粒荷電，并在電場力的作用下使塵粒沉積在集塵極上，將塵粒從含塵氣體中分離出來的一種除塵設(shè)備。電除塵過程中與其他除塵過程的根本區(qū)別在于，分離力（主要是靜電力）直接作用在粒子上，而不是作用在整個氣流上，這就決定了它具有分離粒子耗能小、氣流阻力也小的特點。在電除塵器中，為保證其在高效率下運行，必須使粒子荷電，并有效地完成粒子搜集和清灰等過程。

3）濕式除塵

濕式除塵是使含塵氣體與液體（一般為水）密切接觸，利用水滴和顆粒的慣性碰撞及其他作用搜集顆?；蚴诡w粒徑增大的裝置。實施除塵器可以有效地將直徑為0.1-20μm的液態(tài)粒子從氣流中出去，同時，也能脫除部分氣態(tài)污染物。它具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低、占地面積小、操作及維修方便和凈化效率高的特點，能處理高溫、高濕的氣流，將著火、爆炸的可能降至最低。但采用實施除塵器時也要特別注意設(shè)備和管道腐蝕以及污水和污泥的處理等問題。濕式除塵過程也不利于副產(chǎn)品的回收。如果設(shè)備在室外，還必須考慮在冬天設(shè)備可能凍結(jié)的問題。再則去除微細(xì)顆粒的效率也較高，則需要使液相更好地分散，但能好增大。

4）過濾式除塵器

過濾式除塵器，又稱空氣過濾器，是使含塵氣流通過過濾材料將粉塵分離捕集的裝置，采用慮子或玻璃纖維等填充層作濾料的空氣過濾器，主要用于通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)方面的氣體凈化。采用廉價的砂、碩、焦炭等顆粒物作為濾料的顆粒層除塵器。采用纖維織物做濾料的袋式除塵器，在工業(yè)尾氣的除塵方面應(yīng)用較廣泛。袋式除塵氣的除塵效率一般可達(dá)到99%以上。雖然它是最古老的除塵方法之一，但由于它效率高，性能穩(wěn)定可靠、操作簡單，因而獲得越來越廣泛的應(yīng)用。同時，在結(jié)構(gòu)形式、濾料、清灰方式和運行方式等方面也得到不斷地發(fā)展、濾袋形狀上為圓形，后來出現(xiàn)了扁袋，在相同過濾面積體積小而顯示較大的生命力。

5）微米級干霧抑塵裝置技術(shù)

微米級干霧是采用超聲波技術(shù)使水霧變成超細(xì)的水滴，微米級干霧粒徑小，其粒徑<10μm。與空氣接觸面積大，蒸發(fā)效率高能使含塵區(qū)水蒸汽迅速達(dá)到飽和，不僅能滿足改善呼吸性粉塵濕潤性所需要的條件，還能通過云物理學(xué)、空氣動力學(xué)、斯蒂芬流的輸送等多種機理實現(xiàn)“呼吸性粉塵”的搜集。此技術(shù)除塵效率高，特別是對于微細(xì)粒徑的呼吸性粉塵，除具傳統(tǒng)濕式除塵器優(yōu)點之外，更主要的優(yōu)點是：其霧化水顆粒粒徑特別小，容易與粉塵顆粒結(jié)合而凝聚沉降下來，故其用水量比濕法除塵大大減少，只需傳統(tǒng)濕式除塵用水量的千分之一，甚至更小。沉降下來的粉塵以類似“泥餅”形式存在，故而后續(xù)處理設(shè)備簡單，運行費用低。

1.1.2 微米級干霧抑塵裝置的意義

微米級干霧抑塵裝置有以下幾方面的優(yōu)點：

1）微米級干霧捕塵技術(shù)無需清灰，除塵用水量少，需處理的出水量也少，不會二次污染，從而改善了工作人員的工作條件。

2）如若采用微米級干霧捕塵則不會造成二次污染，只要將水、壓氣輸送至各自產(chǎn)塵點，即可容易實現(xiàn)整個除塵系統(tǒng)由一個中心控制進(jìn)行控制，大大方便除塵管理工作。

3）除塵系統(tǒng)占地空間小，可節(jié)省廠房內(nèi)的有效空間，降低基建投資。

4）與一般除塵器相比，此捕塵技術(shù)可節(jié)約二分之一能耗，大幅度降低除塵運營成本，節(jié)省投資，安裝成本低，捕塵性能可靠性能好，維修量小，維修費用低。

綜上所述，微米級干霧抑塵是一種實用性強、應(yīng)用范圍廣的除塵方法，其具有除塵效率高，除塵裝置簡單，處理成本低廉，運行維護容易，產(chǎn)生二次污染的可能性小等傳統(tǒng)方法不可以擬的優(yōu)越性和安全性，因此，微米級干霧抑塵裝置在工業(yè)除塵上具有良好的發(fā)展前景，已成為國內(nèi)外除塵方法的趨勢。

1.2 國內(nèi)外解決方案

1.2.1 國外解決方案

20世紀(jì)70年代末，美國的Colorado礦業(yè)學(xué)校的斯考溫德和布朗在一份研究報告中提出，采用微細(xì)水霧鋪塵能解決呼吸性粉塵的除塵問題。報告指出，人們早就意識到，一般的噴霧對除去呼吸性粉塵的效果不理想，其原因是水霧的粒徑太大（粒徑200-600μm）。從空氣動力學(xué)原理來說，粉塵顆粒越小，與粉塵粒徑相近的水霧更能有效地從氣流中除去粉塵。因此，人們不斷改進(jìn)噴霧器的結(jié)構(gòu)，以使水霧噴得更細(xì)，接近甚至小于呼吸性粉塵顆粒的粒徑。然而，隨著水霧越來越細(xì)，擔(dān)心水霧在捕捉到粉塵之前就會在相對濕度不到100%的空間迅速蒸發(fā)掉，從而阻止了人們對噴霧器的進(jìn)一步研究。后來，斯考溫德和布朗經(jīng)研究后提出了新見解，認(rèn)為當(dāng)水霧蒸發(fā)為水蒸氣后就進(jìn)入了云物理學(xué)范疇，這是另一種機理——冷凝核化的機理將起重要作用，這就是水霧不斷蒸發(fā)，使空氣中的水蒸氣迅速飽和，飽和后的水蒸氣會直接在粉塵上凝聚，使粒徑不斷增大。雖然增大的速度與粉塵的親水性、溫度、電荷等因素有關(guān)，但是，令人鼓舞的是這種增大不需要太多，只要到10-20μm就會落下或輕易地被一般水霧除去，顯現(xiàn)出對控制微細(xì)的呼吸性粉塵的良好效果。

在上述理論的指導(dǎo)下，美國率先開發(fā)出一種能噴微細(xì)水霧的干霧抑塵裝置。這種干霧抑塵裝置由壓縮空氣驅(qū)動，當(dāng)高速流沖擊共振腔時，在出口與腔之間由于聚能而產(chǎn)生超聲場，當(dāng)泵入水時水迅速被霧化成濃密的微細(xì)水霧，水霧的粒徑通過調(diào)節(jié)壓力可在1-50μm之間變化。STAR LIGHT集團把這種干霧抑塵裝置用在煤的破碎、篩選、皮帶轉(zhuǎn)運站的除塵中，方法是在落料罩及受料皮帶上噴細(xì)霧，將揚起的粉塵直接抑制在產(chǎn)塵點上，取得了很好的效果。因為這種水霧的直徑比普通的水霧小10倍以上，由于霧粒體積與直徑三次方成正比，超聲霧化效率提高了1000倍以上，所以僅用少量的水就可以獲得極高的除塵效率，被譽為干霧抑塵裝置。這種細(xì)霧冬季不會使煤凍結(jié)，抑塵時煤的濕度增加很少，不會降低煤燃燒的熱效率，因此，首先在美國發(fā)電廠的除塵系統(tǒng)中全面推廣使用。

1.2.2 國內(nèi)解決方案

在國內(nèi)，現(xiàn)已成功研發(fā)出微米級干霧抑塵裝置。該裝置可廣泛應(yīng)用于港口、火電、鋼鐵、礦場、化工等無組織排放場所固定污染源密閉或半密閉空間，具有超乎想象的抑塵能力，在翻車機房、篩分塔、皮帶傳送機轉(zhuǎn)接塔的抑塵效率均達(dá)到90%以上，尤其是捕捉大小約5微米可吸入浮塵方面具有其它抑塵設(shè)備無法比擬的優(yōu)勢。

1.3 裝置原理

實踐證明，最細(xì)小的粉塵顆粒只有當(dāng)水滴很小或加入化學(xué)制劑以減小水的表面張力時才會凝結(jié)成團。當(dāng)水霧顆粒直徑大于粉塵顆粒，那么粉塵只是跟隨水霧顆粒周圍的氣流運動，水霧顆粒與粉塵顆粒接觸很少或者根本沒有接觸，達(dá)不到抑塵的作用；當(dāng)水霧顆粒和粉塵顆粒直徑大小接近時，粉塵顆粒隨氣流運動時與水霧顆粒碰撞、接觸而凝結(jié)在一起。從而實現(xiàn)了水霧對粉塵的“過濾”作用，此技術(shù)在日本已被廣泛使用，特別是在2010年上海世博會上，日本館就采用干霧降溫技術(shù)降溫、除塵，得到了廣泛的好評。

1.3.1 干霧顆粒

微米級干霧抑塵裝置能夠噴射出不同直徑的水霧，其范圍在1-10微米之間。下圖是采用特殊儀器檢測出的“態(tài)達(dá)”牌微米級干霧抑塵裝置噴射出的水霧粒徑圖（圖2）。

1.3.2 “云”物理學(xué)原理

“云”物理學(xué)原理，微細(xì)水霧噴向含塵空間時，能在很短時間內(nèi)蒸發(fā)，使噴霧區(qū)水蒸氣迅速飽和，過飽和水蒸氣凝結(jié)在含塵區(qū)內(nèi)懸浮的大量粉塵粒子上，此后就開始了凝聚和并合的微物理過程。這主要是由于水的相變和云滴形成所導(dǎo)致的溫度、濃度變化，加之噴霧霧流引起的含塵空氣運動，使攜帶著粉塵粒子的云滴和其他水霧粒子相互碰撞、凝并進(jìn)而增重下沉，形成“雨”降落下來。另外由于水蒸氣在呼吸性粉塵表面的凝結(jié)，不僅改善了粉塵的親水性能，而且也增大了粉塵的體積與重量，這都對粉塵捕集起著促進(jìn)作用。這種機理對抑制亞微米及微米級的粉塵特別有效。

1.3.3 抑塵效果

這些水霧能夠充分的與粉塵顆粒凝結(jié)，起到抑制粉塵上揚的作用。經(jīng)國家科學(xué)技術(shù)委員會科技成果鑒定，凈化效果可達(dá)97.7%以上，大大優(yōu)于各種傳統(tǒng)抑塵設(shè)備。尤其是對粒徑在10微米的飄塵，效果尤為顯著（圖3）。

如圖所示，當(dāng)上揚的粉塵顆粒遇到水霧時，由于粒徑大小相似而相互凝結(jié)。隨著數(shù)量的增多，逐漸凝聚成顆粒團，在重力的作用下沉降下來，進(jìn)而達(dá)到了抑塵的目的。

1.3.4 顯著優(yōu)勢

微米級干霧抑塵裝置不僅抑塵效率好，而且前期投入費用少，后期運行維護費用低，能夠達(dá)到節(jié)能減排的目的。其最大優(yōu)勢就是一年四季均可使用，這主要是因為干霧抑塵裝置采用先進(jìn)的技術(shù)，在裝置中配有伴熱帶，噴出的干霧在冬季不會結(jié)成小冰滴。從而不會影響冬季抑塵效果。

2 翻車機配置抑塵設(shè)施方案

由于翻車機房內(nèi)兩套一翻翻車機系統(tǒng)，翻車周期為4min，現(xiàn)設(shè)計噴霧時間為30秒。兩套一翻翻車機系統(tǒng)及輸煤系統(tǒng)共設(shè)計安裝2套干霧抑塵系統(tǒng)（分別為Ⅰ號干霧抑塵系統(tǒng)和Ⅱ號干霧抑塵系統(tǒng)）。Ⅰ號干霧抑塵系統(tǒng)由1臺SLT-2C的干霧抑塵機、1套8m3的儲氣罐、2套SLB-6B噴霧箱噴霧器總成、18套SLB-8B噴霧箱噴霧器總成、20套WA-K控制器、水氣連接管、控制系統(tǒng)和電伴熱系統(tǒng)組成。

2.1 干霧抑塵系統(tǒng)安裝位置

Ⅰ號干霧抑塵系統(tǒng)的干霧抑塵機設(shè)計安裝在干霧機操作室內(nèi)。儲氣罐設(shè)計安裝在干霧機操作室的外面。噴霧箱噴霧器總成設(shè)計安裝在翻車機料倉的四周，翻車機的前側(cè)（傾卸物料側(cè)）設(shè)計安裝9套SLB-8B噴霧箱噴霧器總成；翻車機的后側(cè)設(shè)計安裝9套SLB-8B噴霧箱噴霧器總成；翻車機進(jìn)出火車的兩端各設(shè)計安裝1套SLB-6B噴霧箱噴霧器總成，兩端共設(shè)計安裝2套SLB-6B噴霧箱噴霧器總成。在每個噴霧箱噴霧器總成的前端各設(shè)計安裝1套WA-K控制器。噴霧箱噴霧器總成與干霧抑塵機由水氣連接管連接。在整套的干霧抑塵系統(tǒng)中所有的水氣管道都設(shè)計安裝電伴熱系統(tǒng)，保證環(huán)境溫度低于﹢5℃時可以正常使用。翻車機前側(cè)的噴霧箱噴霧器總成由A號控制線進(jìn)行控制；翻車機后側(cè)的噴霧箱噴霧器總成由B號控制線進(jìn)行控制。Ⅱ號干霧抑塵系統(tǒng)與Ⅰ號干霧抑塵系統(tǒng)的設(shè)計配置一樣。其平面解剖圖見圖4、圖5。

微米級干霧抑塵裝置不僅抑塵效率好，而且前期投入費用少，后期運行維護費用低，能夠達(dá)到節(jié)能減排的目的。其最大優(yōu)勢就是一年四季均可使用，這主要是因為干霧抑塵裝置采用先進(jìn)的技術(shù)，在裝置中配有伴熱帶，噴出的干霧在冬季不會結(jié)成小冰滴。從而不會影響冬季抑塵效果。

3 結(jié)論

通過對各種除塵設(shè)施的原理分析和現(xiàn)場使用效果測評， 干霧抑沉設(shè)施是綜合性能最好的選擇，根據(jù)我廠翻車機現(xiàn)場的實際布置特性更適于安裝干霧除塵設(shè)備。

【參考文獻(xiàn)】

[1]防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求[Z].

[2]電力安全工作規(guī)程[Z].

[3]除塵設(shè)備原理大全[Z].

[責(zé)任編輯：楊玉潔]