單流體與雙流體綜合除塵系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用

蘇雁，曹曉東

（中交一航局安裝工程有限公司，天津 300457）

1 概述

近年來(lái)國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視程度越來(lái)越高，制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范約束不同污染物的排放。煤炭港口領(lǐng)域在物料轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中通常采用靜電除塵、布袋除塵等方式去除粉塵。近年來(lái)出現(xiàn)干霧抑塵[1]，即使用氣水混合的方式除塵，但其在氣水比例調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)、冬季防凍、自動(dòng)控制等方面均存在問(wèn)題。

美國(guó)科羅拉多學(xué)院在1976年發(fā)表研究理論：“水霧顆粒與塵埃顆粒大小相近時(shí)吸附、過(guò)濾、凝結(jié)的機(jī)率最大”[2]。基于此理論開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的單流體與雙流體綜合除塵系統(tǒng)，雙流體系統(tǒng)能夠產(chǎn)生直徑1～30μm的水霧顆粒，對(duì)懸浮在空氣中的粉塵，特別是對(duì)直徑在5μm以下的可吸入粉塵顆粒能夠有效地吸附、沉降去除[3]。單流體系統(tǒng)能夠產(chǎn)生直徑30～50μm的水霧，用于處理大顆粒粉塵。

2 傳統(tǒng)除塵方式

2.1 傳統(tǒng)除塵方式的比較

為了去除散貨煤碼頭粉塵，工程中經(jīng)常用到以下除塵方式，但均存在投資成本高，運(yùn)行維護(hù)不便，不能很好地收集無(wú)組織排放粉塵等弊端。

1） 靜電除塵

利用靜電場(chǎng)使氣體電離從而使塵粒帶電吸附到電極上的收塵方法。在強(qiáng)電場(chǎng)中空氣分子被電離為正離子和電子，電子奔向正極過(guò)程中遇到塵粒，使塵粒帶負(fù)電吸附到正極被收集[4]。

弊端：運(yùn)行成本高，在處理無(wú)組織排放粉塵方面效果較差。

2） 布袋除塵

布袋除塵器是一種干式除塵裝置。當(dāng)含塵氣體進(jìn)入布袋除塵器，顆粒大、比重大的粉塵，沉降落入灰斗，含有較細(xì)小粉塵的氣體在通過(guò)濾料時(shí)，粉塵被阻留，使氣體得到凈化。

弊端：投資成本高，運(yùn)行維護(hù)不便，不能很好地收集無(wú)組織排放粉塵。

3） 干霧抑塵

干霧抑塵裝置是由壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的聲波震蕩器，通過(guò)高頻聲波將水高度霧化，形成1～10μm直徑的水霧顆粒。壓縮氣流通過(guò)噴嘴共振室將水霧顆粒以柔軟低速的霧狀方式噴射到粉塵發(fā)生點(diǎn)，粉塵聚結(jié)而墜落，達(dá)到抑塵目的[5]。

弊端：此系統(tǒng)噴霧形式單一，水霧粒徑主要集中在 1～10μm，很難沉降直徑在10μm以上的無(wú)組織排放粉塵。

2.2 市場(chǎng)調(diào)研

靜電除塵、布袋除塵、干霧抑塵在黃驊港二期擴(kuò)容、黃驊三期、神華珠海一期項(xiàng)目中均有應(yīng)用。根據(jù)業(yè)主反饋的信息并實(shí)地考察得出：靜電除塵、布袋除塵方式存在較多的弊端，不能很好地發(fā)揮作用。干霧抑塵系統(tǒng)可節(jié)能省水，但其在氣水比例調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)、冬季防凍等方面均存在問(wèn)題。

鑒于以上結(jié)果，散貨煤碼頭環(huán)保領(lǐng)域亟需一種投資小、運(yùn)行維護(hù)成本低、除塵效率高的新型產(chǎn)品。單流體與雙流體綜合除塵系統(tǒng)的研發(fā)解決了以上問(wèn)題。

3 系統(tǒng)原理

1）空氣動(dòng)力學(xué)原理

根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)理論，含塵氣流繞過(guò)霧滴時(shí)，塵粒由于慣性會(huì)從繞流的氣體中偏離而與霧滴相撞被捕捉，其被捕捉的幾率與霧滴直徑有關(guān)，當(dāng)霧滴直徑與塵粒直徑相近時(shí)，霧滴更易捕捉到塵。研究表明，霧滴直徑與塵粒直徑之比k的范圍在1.25＜k＜5 內(nèi)時(shí)，捕塵效果最佳[6]。

2）云物理學(xué)原理

20μm以下的微細(xì)霧滴會(huì)部分在空氣中迅速蒸發(fā)，使得局部密閉的捕塵空間中空氣的相對(duì)濕度很快飽和，飽和后的水汽以塵粒為核凝聚，形成“雨”降落下來(lái)，這對(duì)抑制亞微米級(jí)的超微細(xì)粉塵特別有效[7]。

3）“斯蒂芬流”輸送機(jī)理

在噴霧區(qū)內(nèi)液滴迅速蒸發(fā)時(shí)，必然會(huì)在液滴附近區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生蒸汽組分的濃度梯度，形成由液滴向外流動(dòng)擴(kuò)散的斯蒂芬流。同樣當(dāng)蒸汽在某一核上凝結(jié)時(shí)也會(huì)造成核周圍蒸汽濃度的不斷降低，形成由周圍向凝結(jié)核運(yùn)動(dòng)的斯蒂芬流。因此，懸浮于噴霧區(qū)中的呼吸性粉塵顆粒必然會(huì)在斯蒂芬流的輸送作用下運(yùn)動(dòng)，最后接觸并粘附在凝結(jié)液滴上被濕潤(rùn)捕集。即：當(dāng)某一區(qū)域的粉塵被干霧捕集沉降后，其它高濃度區(qū)域的粉塵會(huì)在斯蒂芬流的輸送作用下運(yùn)動(dòng)過(guò)來(lái)，進(jìn)而持續(xù)與干霧接觸碰撞，直至完成整個(gè)捕集過(guò)程[7]。

4 系統(tǒng)組成

1）空壓機(jī)及儲(chǔ)氣罐

空壓機(jī)產(chǎn)生壓縮空氣，通過(guò)儲(chǔ)氣罐的緩沖作用，使輸出空氣壓力平穩(wěn)，同時(shí)降低壓縮空氣溫度，除去水、灰塵、雜質(zhì)。

2）智能噴霧主機(jī)

智能噴霧主機(jī)主要起到控制水氣輸出流量及壓力的作用。主機(jī)內(nèi)部集成有自動(dòng)過(guò)濾系統(tǒng)、恒壓供水系統(tǒng)、斷水保護(hù)系統(tǒng)、自動(dòng)供水系統(tǒng)、排污系統(tǒng)、自動(dòng)吹掃系統(tǒng)、自動(dòng)供氣系統(tǒng)等。主機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性好，自動(dòng)化程度高。

3）噴嘴

單流體噴嘴產(chǎn)生直徑30～50μm的水霧；雙流體噴嘴采用氣水混合方式，產(chǎn)生直徑1～30μm的水霧。水霧與粉塵顆粒相互接觸、碰撞、凝聚變大，并在自身重力作用下沉降，完成整個(gè)抑塵過(guò)程。

根據(jù)物料轉(zhuǎn)接與裝卸起塵情況，將單流體噴嘴與雙流體噴嘴組合布置。在拓寬噴霧粒徑范圍的基礎(chǔ)上，通過(guò)多樣化的噴霧形式，實(shí)現(xiàn)高效快速抑塵。常用噴嘴噴霧類型見(jiàn)圖1。

4）系統(tǒng)工藝流程圖

系統(tǒng)工藝流程圖見(jiàn)圖2。

圖1 噴嘴噴霧類型Fig.1 Nozzle spray pattern

圖2 工藝流程圖Fig.2 Processflow diagram

5 系統(tǒng)應(yīng)用

5.1 皮帶機(jī)轉(zhuǎn)接點(diǎn)

在煤炭運(yùn)輸過(guò)程中，物料在上部皮帶機(jī)沿溜槽下落至下部皮帶機(jī)時(shí)，因勢(shì)能和動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生了很大的沖擊力，使卸料漏斗與導(dǎo)料槽內(nèi)的粉塵在短時(shí)間內(nèi)聚集增加進(jìn)而向周圍環(huán)境擴(kuò)散，污染作業(yè)場(chǎng)所的空氣，危害作業(yè)人員的健康。

在皮帶機(jī)物料轉(zhuǎn)接點(diǎn)安裝單流體與雙流體綜合除塵系統(tǒng)可有效解決以上問(wèn)題（見(jiàn)圖3）。

圖3 導(dǎo)料槽噴霧噴嘴布置圖Fig.3 Layout of thenozzlespray of guidematerial groove

該系統(tǒng)由可編程邏輯控制器（PLC）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況自動(dòng)控制。當(dāng)皮帶機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，單流體抑塵系統(tǒng)開(kāi)啟，水霧顆粒打濕皮帶帶面抑制因振動(dòng)產(chǎn)生的皮帶揚(yáng)塵。當(dāng)皮帶機(jī)轉(zhuǎn)接點(diǎn)開(kāi)始卸料時(shí)，卸料漏斗及導(dǎo)料槽內(nèi)會(huì)充斥著不同顆粒直徑的煤塵，單流體錐形噴嘴、雙流體錐形噴嘴分別產(chǎn)生直徑為30～50μm、10～30μm的水霧顆粒，迅速沉降與之直徑大小相當(dāng)?shù)拿悍蹓m顆粒。雙流體扇形噴嘴產(chǎn)生直徑1～10μm的水霧顆粒，形成扇形水霧保護(hù)層，防止小顆粒煤粉塵逸出，最終實(shí)現(xiàn)高效快速抑塵。

5.2 翻車機(jī)系統(tǒng)

翻車機(jī)系統(tǒng)翻卸作業(yè)會(huì)產(chǎn)生大量煤塵。最底層為落料底點(diǎn)，粉塵顆粒較大，除塵所需霧化顆粒較大，適合采用單流體噴嘴來(lái)抑塵；落料起點(diǎn)處為小顆粒粉塵聚集處，粉塵顆粒一般在1～10 μm之間，適合采用雙流體噴嘴來(lái)抑塵。

由于水霧顆粒和塵埃粒徑相似或者相同，粉塵顆粒受霧化顆粒吸附而逐漸聚結(jié)成粉塵顆粒團(tuán)。粉塵顆粒團(tuán)由于自身的重力作用而沉降，達(dá)到除塵目的，同時(shí)起到封塵作用。翻車機(jī)除塵布置方式見(jiàn)圖4。

6 結(jié)語(yǔ)

自行研發(fā)的單流體與雙流體綜合除塵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝，用水量小，運(yùn)行費(fèi)用低，能夠有效解決散貨煤碼頭物料轉(zhuǎn)接作業(yè)點(diǎn)除塵存在的技術(shù)難題，大幅提高了除塵效率。該系統(tǒng)可以延伸應(yīng)用至鋼鐵、電力、礦業(yè)等行業(yè)。