超聲微霧抑塵技術在選煤廠除塵系統中的應用

汪學明 張立斌

【摘要】目前國內選煤廠都會產生嚴重的粉塵污染，特別是在對原煤進行加工過程中，粉塵不僅會污染環境，原料本身也會損耗，而工作人員長期在高濃度粉塵環境下作業，使得工作人員極易患上塵肺病，嚴重損害了人員的身體和身心健康，同時粉塵也會加快設備的磨損和老化，并使產品質量下降，減少使用壽命，當某種粉塵顆粒達到一定濃度時還會引起爆炸，如今年發生的“8.2”昆山粉塵爆炸事故等。本文針對目前選煤廠現有的除塵系統現狀，提出了一種新型的除塵方法——超聲微霧抑塵技術，采用該技術設計一套適用于選煤廠的超聲微霧除塵系統。

【關鍵詞】超聲微霧;抑塵;壓風;除塵系統;自動控制;選煤廠

1.引言

選煤廠帶式輸送機轉載、特別是破碎過程中會產生較大的粉塵。根據現場實測，在上述塵源點附近，室內空氣平均含塵濃度由幾十～幾百mg/m3，個別塵源點附近（如破碎機下部受料點）甚至達到幾千mg/m3，大大超過了國家規定的衛生標準值（10mg/m3）。大量的煤塵不僅直接危及到職工的身體健康，而且惡化現場的工作環境，致使運行人員難以監控設備，設備磨損嚴重，電氣絕緣水平下降;同時，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：輸煤系統除塵是在冷態氣流狀態下進行，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，使通風阻力增大，抽風量減小，控制不住含塵空氣外溢。并且，由于風速下降，通風管道內粉塵會沉降下來阻塞管道，使除塵系統失效。沖激式（濕式） 除塵器在使用過程中，也易發生以上問題。除此之外，在粉塵回收處理上，布袋（干式） 除塵器極易產生二次污染。而沖激式（濕式） 除塵器需要連續排放污水系統和隨后的污水處理系統。以上兩種方法，電氣設備、管路工程等投入大，多數工廠缺乏布置這些系統的場地，使用受到限制。

超聲微霧抑塵技術是一種新型的抑塵技術，也屬于噴霧降塵的方法的一種，該技術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塵點，同時，由于霧滴微細，耗水量很少，抑塵后物料的增濕僅在0.1%～0.5% 不會給工藝流程帶來影響。故具有以下優點：

1）可簡化除塵管理工作。傳統的抽風除塵系統一般除塵設備多、管理量大，各產塵點抽風，因管網龐大，各分風點風量調節復雜，很難達到預期效果，現場極少采用。如采用超聲霧化抑塵則無此弊病，只要將水、壓氣輸送至各產塵點，即可容易地實現整個除塵系統由一個中心控制室進行控制。

2）抑塵技術無需清灰，避免了二次污染，從而改善了除塵管理人員的工作條件。

3）抑塵系統占據空間很少，可節省廠房內有效空間，降低基建投資。

4）抑塵系統不需要風機、除塵器和通風管道，比一般除塵系統節省30%～50%的投資，安裝時間可減少70%。

5）與一般除塵器相比，抑塵技術可節省50%能耗，大幅度降低除塵運營成本。

6）超聲霧化抑塵系統結構簡單，可靠性好，維修量少，維修費用低。

2.超聲微霧抑塵技術

2.1 超聲微霧抑塵原理

超聲霧化抑塵技術是國際新型除塵技術。其原理是通過壓縮空氣沖擊共振腔產生超聲波，超聲波把水霧化成濃密的、直徑只有1～50/μm的微細霧滴，霧滴在局部密閉的產塵點內捕獲、凝聚微細粉塵，使粉塵迅速沉降下來實現就地抑塵。這種除塵技術對去除微細的呼吸性粉塵效果非常好，原因是運用了空氣動力學原理和云物理學原理。

（1）空氣動力學原理。當含塵粒的氣流繞過霧滴時，霧滴捕捉住氣流中塵粒的幾率與霧滴的直徑有關。霧滴大時，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，更易與塵粒相撞而捕捉住塵粒。超聲霧化正是應用這一原理產生50/μm以下，與微細的粉塵粒徑相近的霧滴來捕獲粉塵的。

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

2.2 超聲霧化抑塵技術的應用

超聲霧化抑塵技術適用于工業原料系統的破碎、篩分、帶式輸送機轉運點等粉塵細、揚塵大的產塵點。通常，這種產塵點是采取密閉抽風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。工業原料系統除塵一般是在冷態氣流狀態下進行，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，使通風阻力增大，抽風量減小，不能控制住含塵空氣外溢。并且，由于風速的下降，通風管道內粉塵會沉降下來阻塞管道，使除塵系統失效。低壓文丘里等濕式除塵器需要連續排放污水系統和隨后的污水處理系統，多數工廠缺乏布置這些系統的場地，使其應用受到限制。超聲霧化抑塵技術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塵點，避免了這些影響除塵效果的因素。同時，由于霧滴微細，耗水量很少，抑塵后物料的增濕僅在0.1%～0.5%，不會給工藝流程帶來影響。

3.選煤廠超聲微霧除塵系統的設計

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

抑塵主機：控制超聲霧化器的壓縮空氣、水輸入，使霧化器在規定的工況下工作。箱內附設壓縮空氣、水過濾和反沖洗系統，主機可以2種方式控制抑塵系統運行：一種方式與產塵設備連鎖，實現完全自動控制;另一種方式單獨操作運行，主機具有良好的人機界面，采用PLC控制器實現系統的自動控制。

圖1 超聲微霧除塵系統設計圖

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干霧抑塵噴嘴。在水輸入與氣輸入后加電磁閥與手動閥，實現電動、手動不同的開關。

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

空壓機和增壓裝置：主要為微霧抑塵系統提供壓縮氣源和水源。

伴熱帶：為防止在冬天時管路水的結冰現象，可在噴霧管路上敷設一套伴熱帶。

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.結語

本文除塵系統項目設施使用后，在煤塵較為集中的工作現場，對空氣中煤塵濃度進行了測定。發現煤塵基本可以下降到10mg/m3，達到了《選煤廠安全規程》的要求;同時，粉塵內游離SiO2含量大大降低，杜絕了煤塵外排。該系統的推廣可較好地改善了選煤廠的空氣質量和勞動環境，有效提高了工人的勞動生產率，保障了工人的身體健康，提高了設備運行質量，減少了粉塵爆炸事故發生，具有很好的經濟效益和社會效益。

基金項目：中煤科工集團常州研究院有限公司院級研發項目（項目編號：13SY011）。