散煤轉運裝備除塵技術*

張文超 申 俊 匡枝俏

湖南機電職業技術學院

1 引言

我國作為煤炭生產和消費大國，數量巨大的煤炭需要在生產和消費的各個環節之間進行轉運流通。轉運裝備作為散煤連續輸送的關鍵設備，可實現多方向水平、合理傾角范圍內散煤轉運，可單機獨立轉運，也可多臺聯合轉運，以滿足多線路、多方向等不同布置形式工作線的需要。

散煤轉運裝備的總體發展趨勢主要體現在智能化和環?；?，針對散煤轉運裝備的環保問題，闡述除塵技術在散煤轉運裝備上的應用。

2 轉運過程的粉塵產生機理

散煤轉運流通過程中，煤粉產生的機理見圖1。散煤經過送料皮帶轉運至接料皮帶過程中，散煤之間相互撞擊以及散煤與落煤管壁的碰撞，使部分散煤破碎產生大量粉塵顆粒。同時，由于落料的高度差，在落煤管內部伴隨著散煤下落引發誘導風，粉塵獲得巨大動能沖出導料槽彌散到空氣中，對現場環境造成嚴重污染[1]。

圖1 煤粉產生機理

粉塵不僅污染環境，同時也容易造成設備磨損、老化，甚至造成電氣線纜短路，從而引發火災。另外，當粉塵達到一定的濃度時，存在著爆炸的安全隱患，同時10 μm以下粉塵顆粒易被人體吸入，粉塵在人體肺部集聚容易引發肺矽病，嚴重危害人體健康[2]。

3 散煤轉運裝備除塵技術研究

3.1 緩沖式降塵研究

散煤轉運是通過設備運行中獲得的動能、相對于后工序設備位置高度上的勢能來實現。沖擊作用下，散煤的紊流引起大量粉塵，造成環境污染。緩沖裝置如鎖氣器和緩沖床能夠減小散煤沖擊，有效抑制粉塵的產生。緩沖鎖氣器的擋板可以柔性地接受物料的沖擊，鎖氣作用使得粉塵受到阻隔，限制在一定的區域內，實現粉塵的自降[3]。新型高耐磨復合材料制成的緩沖床既可有效吸收散煤的沖擊，又可減少輸送帶的上下波浪運行，減少粉塵的逃逸。

除緩沖裝置外，還可以通過控制物料速度實現緩沖式降塵。Robert基于連續性模型，推導弧形段理論公式計算散煤沖擊速度，在不同的圓弧半徑和切入角下設計了緩沖式轉運料斗[4]。Peter Wypych等利用顆粒離散元方法，建立料斗轉運的顆粒仿真模型，同時在散煤的性能測試和參數標定方面做了大量的基礎研究，如安息角、摩擦角對比測定，散煤拋料軌跡的對比驗證，通過DEM仿真分析結合實驗標定，直觀計算出散煤沖擊速度，優化設計轉運裝備，從而實現緩沖式降塵[5-7]。國內學者在這方面也做了一定的研究，宋偉剛等實驗比較降低剪切模量和增大顆粒粒度等方法對DEM計算時間和實驗結果的影響，為工程實踐提供應用基礎[8]。

緩沖式降塵技術在散煤轉運裝備的應用，能夠有效降低轉運過程中產生的沖擊性粉塵，但仍有部分粉塵逸出，污染現場的作業環境。

3.2 動力式除塵研究

動力式除塵通過負壓抽風的形式，將帶有粉塵的空氣吸入除塵器，經過處理進行氣固分離，最終將不含粉塵的氣體排出。除塵器主要包括沖擊式除塵器、靜電除塵器和布袋除塵器等。

沖擊式除塵器將一定動能的含塵氣體由進風口進入設備后，大面粗顆粒的粉塵被擋灰板阻擋下落，含塵氣流經送風管以較高的速度從噴口處噴出，撞擊液面激起大量的泡沫和水滴，從而達到凈化除塵的目的。趙鐵生等提出了具有自動上水、運行、排污及反清洗的智能化沖擊式除塵器，避免了排風管和排污管的堵塞[9]，但其比較適合不與水發生反應的粉塵。

靜電除塵器具有高效低阻的特點，適應高溫環境的同時能夠較好地去除較小的粉塵顆粒，因而得到廣泛應用。其工作原理為，利用施加在收塵極板與放電極線間的高電壓電離氣體，當含塵氣體從入口進入極板間時，自由移動電子與含塵顆粒碰撞后下沉荷電顆粒，荷電顆粒在靜電場力的驅動下運動至收塵極板，最終在收塵極板表面進行沉積(見圖2)。在粉塵累積到一定程度后，采用振打電極的方式使粉塵與陰陽極電極分離，從而達到除塵的目的[10]。

圖2 靜電除塵工作原理

袋式除塵器是通過過濾材料(布袋)來過濾粉塵氣流從而達到降塵目的的設備。當濾料表面的粉塵層形成后，便能夠有效地對剩余粉塵進行捕集。毛銳等在布袋除塵器內部設置一種新型的混合式導流板，能夠有效解決布袋除塵器內部流場分布不均勻、布袋局部煙氣速度過高問題[11]。

動力除塵需要動力產生負壓，因此動力式除塵高耗能、高耗材，同時也易產生二次污染。

3.3 微霧式除塵研究

微霧式除塵包含單流體和雙流體抑塵。除塵原理為，當霧滴直徑大于粉塵顆粒時，粉塵僅跟隨霧滴周圍的氣流運動，霧滴和粉塵顆粒接觸很少或根本沒有接觸而達不到抑塵的作用。當二者直徑接近時，粉塵顆粒隨氣流運動時與霧滴顆粒碰撞、接觸而粘結在一起，因此霧滴顆粒越小，聚結的可能性越大，隨著聚結的粉塵團變大加重，從而實現微霧式除塵(見圖3)。單流體除塵產生水霧粒徑一般在10～20 μm，霧粒第一時間與粉塵顆粒進行粘附，逐漸增大，達到一定重量后開始沉降。廖榮福等采用高能微霧單流體方式實現翻車轉運除塵[12]，然而單流體抑塵對壓力要求比較高，一般需要達到7～10 MPa。Jon等采用DPM分析模型驗證在橫風影響高能微霧抑塵特點，為后期單流體微霧抑塵應用研究打下基礎[13]。

圖3 微霧式除塵工作原理

微霧式除塵效果明顯，除塵設備的用水量少于沖擊式除塵器，同時耗電量少于靜電除塵器，燃煤熱值損耗低，具有很好的經濟效益。由于液體易受溫度影響，低溫工作需要輔助加熱管路。

4 結語

綜上所述，緩沖式除塵可減少散煤的沖擊，從根源上減少粉塵產生。微霧式除塵耗水量少，可減輕對散煤料性的影響。緩沖式除塵和微霧式除塵結合應用，不僅能夠消除散煤轉運過程中的堵料和灑料，而且能更有效的實現對粉塵的控制。