冶金鍋爐內(nèi)運(yùn)行中揚(yáng)塵檢測及降塵裝置設(shè)計(jì)研究

張麗娜，袁宏亮，凌付平

（江蘇航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 教務(wù)處，江蘇 南通，226010）

在冶金生產(chǎn)中，冶金鍋爐是最常用的冶金設(shè)備。在工業(yè)發(fā)展時(shí)期冶金業(yè)蓬勃地發(fā)展起來，但鍋爐燃燒煤塊產(chǎn)生大量的煙和灰塵，飄散在空氣中形成大量的空氣污染。冶金鍋爐內(nèi)的揚(yáng)塵檢測非常有必要。在塵土飛揚(yáng)的區(qū)域進(jìn)行灑水降塵的方式可以迅速的減少空氣中的塵土含量，并且操作簡單成本較低，但灑水降塵的有效時(shí)間也很短，冶金鍋爐是長時(shí)間運(yùn)行[1]，一直進(jìn)行灑水降塵并不現(xiàn)實(shí)。所以要改進(jìn)這種降塵方式。本文設(shè)計(jì)一種揚(yáng)塵檢測的方法，檢測冶金鍋爐內(nèi)運(yùn)行所產(chǎn)生的塵土，并基于揚(yáng)塵特征設(shè)計(jì)降塵裝置，在密閉的冶金鍋爐內(nèi)，揚(yáng)塵檢測不受外部條件的干擾?？梢赃M(jìn)行不同時(shí)間段的重復(fù)檢測。檢測冶金鍋爐的塵埃含量，設(shè)計(jì)可以隨時(shí)降塵裝置，要求檢測方法操作簡單可以在一定時(shí)間內(nèi)反復(fù)使用，通過對比和分析發(fā)現(xiàn)，最適合的檢測方法是在密閉的裝置中進(jìn)行揚(yáng)塵檢測。

降塵裝置的設(shè)計(jì)原理是由灑水降塵中得到的設(shè)計(jì)靈感，利用噴霧中的水分子吸附灰塵的特性對冶金鍋爐周圍的環(huán)境進(jìn)行降塵。吸附灰塵的能力主要是基于水分子的低張力特性。噴霧降塵的方式原本就適用于在大面積的積塵空間中使用，粉塵是大部分燃煤工廠的主要污染物之一，污染物必然會(huì)危害所有近距離接觸的人的身體健康，粉塵屬于易燃易爆物質(zhì)[2]，在冶金鍋爐周圍長期堆積還是不小的消防隱患。工廠的生產(chǎn)環(huán)境通常比較惡劣，目前大部分需要除塵的工廠使用的除塵裝置的除塵力度是合格的，但是裝置只適合在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境中使用，精密儀器的連接過程太復(fù)雜不方便操作，精密儀器容易在惡劣環(huán)境中損壞，折算起來除塵的成本太高。因此本文設(shè)計(jì)降塵裝置的重點(diǎn)就是適應(yīng)工廠的環(huán)境并且組裝操作簡便。

1 冶金鍋爐內(nèi)運(yùn)行中揚(yáng)塵檢測

基于冶金廠房的生產(chǎn)地點(diǎn)限制和粉塵檢測本身的特點(diǎn)，在揚(yáng)塵檢測中選擇激光散射法粉塵測量儀，在進(jìn)行檢測之前首先對儀器進(jìn)行調(diào)試[3]，檢測冶金工廠空氣質(zhì)量，與正?？諝庵械臄?shù)據(jù)進(jìn)行比較，比值偏差在1%~4.23%之內(nèi)是正常的，否則是儀器測量值不準(zhǔn)?，F(xiàn)今的檢測粉塵方式都是在監(jiān)測地區(qū)的空氣中取樣，然后帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測，沒有專門用來實(shí)驗(yàn)的塵土，本文使用符合ISO 12103—1標(biāo)準(zhǔn)的塵土進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，塵土的直徑范圍在25μm -150μm，大部分的塵埃顆粒是直徑在75μm~100μm的中等顆粒，占?jí)m?？偭康?4%以上。中等顆粒比重符合研究標(biāo)準(zhǔn)，可以進(jìn)行下一步檢測。

冶金鍋爐附近的空氣環(huán)境一般以1km2內(nèi)的空氣監(jiān)測站給出的數(shù)值為準(zhǔn)，一般測試PM2.5和PM10兩個(gè)數(shù)據(jù)。但由于冶金工廠的空氣背景濃度和外部環(huán)境的空氣背景濃度肯定具有一定偏差，因此要在空氣監(jiān)測站的檢測數(shù)據(jù)上加上廠內(nèi)檢測濃度求平均值。

測量冶金鍋爐周圍環(huán)境的空氣背景濃度無法使用空氣監(jiān)測站的專業(yè)儀器[4]，只能使用其他辦法，首先用清水灑滿冶金廠房的地面，將地表的污水進(jìn)行取樣后吸干，自然通風(fēng)和熱光源輔助的方式讓廠房地面迅速恢復(fù)干燥的狀態(tài)。將測量儀放在廠房的中間，實(shí)驗(yàn)人員在廠房內(nèi)勻速的走動(dòng)，使用小推車在廠房內(nèi)勻速的走動(dòng)。使用檢測裝置以(20±2)km／h的速度在廠房內(nèi)移動(dòng)。進(jìn)行連續(xù)30 min的不間斷測量，測量空氣中的PM2.5和PM10數(shù)值，與空氣監(jiān)測站的數(shù)值相加求平均值，與標(biāo)準(zhǔn)的塵土殘留數(shù)量進(jìn)行對比，與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值接近。

按照上述步驟測量出來的空氣環(huán)境值布置實(shí)驗(yàn)環(huán)境，將測量儀放在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中再次測試實(shí)驗(yàn)環(huán)境是否符合標(biāo)準(zhǔn)。冶金鍋爐不停止運(yùn)轉(zhuǎn)，在此期間多次隨機(jī)進(jìn)行清水灑滿地面的方式進(jìn)行污水取樣[5]，只需要檢測污水取樣的數(shù)值并布置實(shí)驗(yàn)環(huán)境，直接檢測實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的空氣質(zhì)量即可，通過為期24h的檢測，最終得出冶金鍋爐內(nèi)運(yùn)行中揚(yáng)塵檢測結(jié)果。

2 冶金鍋爐內(nèi)運(yùn)行中降塵裝置設(shè)計(jì)

噴霧降塵裝置噴出的液體在阻力的作用下產(chǎn)生液膜，空氣中的非顆粒氣體與液膜不產(chǎn)生任何反應(yīng)。但粉塵顆粒會(huì)被液膜包裹增加本身的重量，降落到地面上，增加液體噴射的速度，就能捕捉到空氣中更多的粉塵，基于以上原理進(jìn)行降塵裝置設(shè)計(jì)。

2.1 降塵裝置整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于降塵裝置的設(shè)計(jì)原理，該裝置的核心裝置應(yīng)為高壓水泵、補(bǔ)水箱和檢測傳感器。裝置的結(jié)構(gòu)示意簡圖如圖1所示：

圖1 降塵裝置示意圖

由圖1可知，高壓噴霧器與水箱相連接，安裝在鍋爐周圍。噴霧器采取多噴嘴樣式，噴嘴環(huán)繞噴霧器一周，在進(jìn)行降塵噴水的時(shí)候會(huì)形成一面噴霧墻，環(huán)繞在冶金鍋爐周圍，保持一定的安全距離在起到除塵效果的同時(shí)不影響鍋爐的正常使用。

2.2 高壓水管組合設(shè)計(jì)

高壓水管與普通的輸水水管不同，由三部分共同組成，金屬質(zhì)地的水管材質(zhì)更加堅(jiān)硬，裝置位置更靠近鍋爐。與可變形水管相連接中間安放高壓水泵，但在可變形水管和噴霧機(jī)之間還需要連接一段可撓動(dòng)金屬高壓管，金屬水管的質(zhì)地雖然堅(jiān)硬但靈活性也更差，基本固定之后就不能隨意移動(dòng)，無法根據(jù)需求進(jìn)行形變[6]。可撓動(dòng)金屬高壓管可以隨著噴霧機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，靈活性很高。不會(huì)在裝置運(yùn)作的時(shí)候發(fā)生水管斷裂的現(xiàn)象導(dǎo)致噴霧器失去水源供給。三個(gè)高壓管外加上高壓水泵形成密閉的流水管道?？蓳蟿?dòng)金屬高壓管將水流輸送到高壓噴霧器中時(shí)，高壓水泵給予合適的水壓，高壓迫使水流流動(dòng)到噴嘴處噴射而出，無數(shù)噴嘴中噴射出來的水霧連接在一起。形成一道可視的屏障。

2.3 補(bǔ)水水箱優(yōu)化設(shè)計(jì)

高壓噴霧器中的水來自于水箱，但水箱的容積有限，與水箱連接的補(bǔ)水水箱才是最終的補(bǔ)水水源。進(jìn)水管與工程的自來水管相連接，進(jìn)水管上安裝進(jìn)水開關(guān)，需要補(bǔ)水的時(shí)候打開開關(guān)自來水就自動(dòng)被抽進(jìn)水箱當(dāng)中，水箱快滿了的時(shí)候開關(guān)自動(dòng)關(guān)閉，停止水箱進(jìn)水。進(jìn)水管上的開關(guān)下連接水箱均水感應(yīng)器，保持水箱永遠(yuǎn)是滿水狀態(tài)，水箱中有過濾罩和污染阻擋板，蓄水和出水勢必會(huì)造成液體波動(dòng)。巨大而持久的波動(dòng)不利于水箱的穩(wěn)定性，均水感應(yīng)器處理隨時(shí)進(jìn)行蓄水之外還有平穩(wěn)水箱內(nèi)液體的職責(zé)，保證無論是進(jìn)水時(shí)水量大量增加，還是降塵裝置工作時(shí)水量大量減少，液面都不會(huì)產(chǎn)生太大波動(dòng)。

高壓噴霧器中如果使用純凈水不僅浪費(fèi)水資源還會(huì)提高降塵成本，但廠區(qū)的地下水未必像居民區(qū)的地下水一樣干凈，可能會(huì)含有泥沙等顆粒狀物質(zhì)，本身含有泥沙的水降塵能力會(huì)削弱，因此在補(bǔ)水箱中設(shè)有污染阻擋板將水中的固體污染物進(jìn)行過濾將大顆粒泥沙過濾出去之后，過濾罩在過濾直徑下的雜質(zhì)[7]，避免小顆粒雜質(zhì)在噴嘴處堆積造成噴嘴堵塞。

2.4 粉塵感應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

高壓噴霧器并不是毫無目標(biāo)的進(jìn)行降塵處理，在進(jìn)水口一端安裝粉塵傳感器。傳感器需要和變頻電進(jìn)行連接，和高壓水泵共用一個(gè)電源即可，傳感器的主要作用是在冶金鍋爐運(yùn)行期間檢測廠區(qū)內(nèi)的粉塵濃度是否需要進(jìn)行降塵，變頻控制器連接在粉塵傳感器上，粉塵的含量超過標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的時(shí)候開始進(jìn)行降塵處理，在開始降塵的10min內(nèi)，高壓水泵提供的壓力是最足的，經(jīng)過一段時(shí)間的降塵，空氣中的粉塵含量降低，傳感器反饋給變頻控制器的粉塵含量減少，高壓水泵降低壓力輸出，將降塵系數(shù)調(diào)低，擺正降塵功效的同時(shí)降低能源浪費(fèi)。

3 實(shí)例分析

針對降塵裝置能否勝任降塵工作的問題，將該降塵裝置運(yùn)用在某冶金公司的生產(chǎn)車間中，檢測無降塵設(shè)備時(shí)候的粉塵含量，和運(yùn)用降塵裝置之后，空氣中的粉塵含量，進(jìn)行降塵率的對比，證明本文設(shè)計(jì)的裝置的實(shí)用性。

3.1 項(xiàng)目概況

A冶金工廠使用的冶金設(shè)備為MG13900/742WQ的三代冶金設(shè)備。冶金鍋爐型號(hào)為FZ4000/125/774，使用的冶金能源為煤炭，煤炭的硬度為0.74，廠房內(nèi)采取自然通風(fēng)的方式，測得當(dāng)?shù)叵募镜钠骄L(fēng)量為1642m3/min，使用的煤炭的含水量為1.5%，在煤炭含水量算比較適度。在煤炭燃燒的過程中容易產(chǎn)生粉塵，冶金工廠主要采取物理除塵技術(shù)，既在煤塊上灑水，但灑水量過大煤塊就不容易點(diǎn)燃，影響正常的鍋爐燃燒工作，必須保證煤塊在注水之后的含水量不能超過2%，否則影響正常使用。在鍋爐燃燒的過程中在廠區(qū)噴水除塵，除塵有效時(shí)間為30min，想要保持24h的除塵效果需要每隔半個(gè)小時(shí)就進(jìn)行一次噴水，浪費(fèi)大量的水資源，也影響正常的冶金工作，噴水頻率只能控制在4h一次才不影響正常生產(chǎn)，但除塵效果大打折扣。A冶金廠內(nèi)鍋爐附近的粉塵濃度在500mg/m3以上，嚴(yán)重超過國家制定的健康標(biāo)準(zhǔn)，廠房內(nèi)的其他地方的粉塵濃度也在300mg/m3以上。危害員工的身體健康。粉塵濃度達(dá)到一定程度甚至?xí)a(chǎn)生遮擋視線的影響，一定要及時(shí)進(jìn)行降塵改造。

3.2 應(yīng)用分析

使用本文設(shè)計(jì)的降塵裝置進(jìn)行降塵處理，并設(shè)置檢測點(diǎn)，在揚(yáng)塵檢測的環(huán)境中進(jìn)行全程的降塵檢測。分析本文設(shè)計(jì)的降塵方式的降塵效果。在上風(fēng)向地區(qū)、下風(fēng)向地區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，得出的檢測結(jié)果如表1。

表1 應(yīng)用前后粉塵檢測對比結(jié)果

降塵效果如表1所示，降塵之后5個(gè)檢測點(diǎn)檢測的數(shù)據(jù)顯示，無論是逆風(fēng)情況還是順風(fēng)情況，空氣中全塵和呼吸性粉塵的含量都下降了，將五個(gè)檢測點(diǎn)的下降含量進(jìn)行計(jì)算并取平均值，帶入粉塵濃度下降的公式：

公式中的X為粉塵濃度下降率，an為順風(fēng)的平均全塵量，am為逆風(fēng)的平均全塵量。bm為應(yīng)用后的順風(fēng)的平均全塵量，bn為應(yīng)用后的逆風(fēng)的平均全塵量。將數(shù)值帶入公式得到全塵的粉塵濃度下降率為87.35%，同理將公式中的全塵數(shù)據(jù)都替換成表格對應(yīng)的呼吸性粉塵數(shù)據(jù)，就可以求出呼吸性粉塵的下降率為89.24%。除塵效果非常明顯。

4 結(jié)語

本文基于傳統(tǒng)冶金鍋爐技術(shù)的特點(diǎn)，優(yōu)化了原本的除塵裝置，提高了冶金工廠的除塵效率，除塵過程避免派遣額外的人員工作，實(shí)現(xiàn)了工程自動(dòng)化除塵。裝置安裝操作簡單，組成部件中沒有精密易損的儀器適用于工廠除塵，本文的除塵裝置的除塵效果很好，保證了工人的健康安全和冶金廠房附近居民的生存環(huán)境不被粉塵污染。