超重力技術在礦業除塵處理中應用淺談

祁才克(河北冀都環保科技有限公司 石家莊 050022)

寧艷英(北京市環境保護科學研究院 北京 100037)

前言[1]

超重力分離技術的核心部件為一高速旋轉的環狀轉子,轉子內由塔板或填料組成,形成了氣液相接觸的表面通道,液體從伸入轉子中心的靜止液體分布器引入,先經分布器預分布后噴向轉子內緣,在離心力作用下向外甩出,氣體由轉子的外緣進入轉子,依靠氣體壓力,由外向內與液體逆流接觸。氣、液兩相在轉子產生的極大離心力場中進行傳質交換,在離心力的作用下,液體形成的液膜很薄,表面更新極快,而且液體內的微元湍動程度加大,因此極大地強化了液相傳質系統。另外,由于離心力極大地提高了設備操作的液泛限,使氣液相的流率和填料比表面均比傳統塔器大大提高,因此體積傳質強度比傳統設備提高了兩個數量級。應用超重力機能很好地完成化工生產過程的分離,吸收等操作,并能很明顯地提高經濟效益。

一、國內外發展現狀

國外的精餾,吸收,對天然氣干燥、脫炭、脫硫,解吸,從受污染的地下水中吹出芳烴,化學熱泵(吸收解吸),旋轉電化學反應器及燃料電池(快速去除氣泡,降低超電壓),旋轉盤換熱器,蒸發器旋轉聚合反應器,選擇性吸收分離天然氣中的H2S與CO2,聚合物脫除揮發物(聚苯乙烯脫單體)等內容方面已進行了多年研究、開發和應用,有的已達商品化的程度[2]。

目前,我國利用超重力技術的成果主要還有:

1.油田注水脫氧。采用超重機技術,操作簡便,可節省23%的投資,節省25%的操作費用,節省80%的占地面積,尤其是對海上采油注水脫氧的處理,其經濟效益更為顯著[3]。

2.鍋爐水脫氧。脫氧指標高,指標穩定,易于操作,易于控制,且不需要加任何化學脫氧劑[4]。

3.含SO2煙氣脫硫。以國內硫酸生產排放的尾氣為例,通常含SO23000mg/kg,若達到100mg/kg的指標,則需串聯三臺填料塔。而有超重機進行回收,SO2排放指標可達到100mg/kg以下[5]。

4.除塵。用超重機替代常規的洗滌塔、電除塵器、電除霧氣等,用于酸、氨、堿、肥及石油化工等大型化工生產,可改變整個氣體序化過程裝置面貌及環境條件[6]。

二、超重力技術應用于礦業除塵可行性

1.礦業粉塵的危害[7]

粉塵問題是煤礦五大災害之一,給井下安全生產帶來極大的威脅,并嚴重地危害井下工人的身體健康，還降低作業場所的能見度引發危險,同時加速機械磨損,而且縮短精密儀器的壽命。因此對粉塵濃度實行嚴格控制,最大限度地降低作業人員的接塵量是減少礦井煤塵爆炸的有效途徑,尤其是減少呼吸性粉塵濃度。

2.在礦業粉塵處理應用領域

多年來,超化礦對煤塵治理進行了不斷的探索與實踐,應用了煤壁注水、采煤機內外噴霧、拉架噴霧、放煤噴霧及各轉載點轉載噴霧、進回風巷全斷面風流凈化裝置、定期沖洗巷道煤塵及通風降塵等綜合防塵技術研究。除塵器的選擇要考慮多種因素和條件，一般可按下面的原則選型。

（1）按處理氣體量選型：處理氣體量的多少是決定除塵器大小類型的決定性因素，

（2）按粉塵的分散度和密度選型：粉塵分散度對除塵器性能影響很大，因此，在選擇除塵器的形式時，首先要確切掌握粉塵的分散度。

（3）按氣體含塵濃度選型

除塵是由作為單元操作之一的氣固相分離操作發展起來的,是現代工業生產中一項不可缺少的環節.采用超重力旋轉床對發電廠燃煤飛灰的捕集效率達99%以上,壓降不大于3000 Pa,切割粒徑范圍與電除塵相當,但設備占地面積、價格及能耗方面遠優于電除塵法,是一種極有推廣前景的除塵技術及設備[9,10]。而在關鍵步驟進回風巷全斷面風流凈化裝置和通風除塵技術方面可以換用超重力除塵設備，再次使煤塵指標明顯下降,達到更好的除塵效果，降低粉塵濃度，凈化空氣，給作業工人創造更高的工作環境。

3.超重力除塵技術的特點[1]

通過參考國內在超重力技術方面的研究工作，發現超重力除塵技術及設備作為一種濕法除塵技術及設備與現有傳統除塵技術及設備相比存在的明顯優勢：

1.除塵效率高：對電廠燃煤飛灰的捕集率高達99.9%，對3μm以上粒子的捕集率高達100%。

2.切割粒徑小：超重力除塵設備的切割粒徑范圍在0.02～0.3μm。

3.出口氣體含塵量低：超重力除塵設備的出口氣體含塵量低于100mg/m3,完全符合國家標準要求。

4.設備體積小：不論與何種工業設備相比，超重力除塵設備的體積都要小得多，相應其設備投資及占地面積也就小很多。

5.設備適應性好：超重力除塵設備對粒子的物性（如有機、無機、親水、憎水等）、濃度變化、粒子的粒度范圍大小均有良好的適應性。

6.設備操作彈性大：超重力除塵設備對處理氣量的變化不敏感，對在設計氣量50%～120%范圍內的變化均能良好適應，可以保證正常操作。這是一般濕式除塵設備所無法比擬的。

7.壓降小：超重力除塵設備的壓降一般均在200～300mmH2O,比文丘里洗滌器、濕式填料除塵塔的壓降（500～1000 mmH2O，1 mmH2O=9.80665Pa）低得多，也低于一般沖擊式洗滌設備的壓降。

8.氣液比小：超重力除塵設備的氣液比一般在800～1000。因此配套液體循環及處理設備將比一般濕式除塵要小，因此該部分設備投資及操作費用將減少。

9.操作維修方便：作為低速（300～500r/min左右）轉動設備而言，其操作維修與一般工業泵及離心機相當。

從實驗數據來看，選轉床設備的除塵效率達到了99%以上，出口含塵濃度一般小于100mg/m3，達到了工業除塵裝置的氣體排放標準。超重力旋轉床可以看成是旋風洗滌器與濕式纖維層除塵器的串聯組合，因而在除塵效率上比傳統的旋風洗滌器和填料塔優越。由于高速旋轉地作用，旋轉床的液泛點明顯高于填料塔、板式塔，也高于常用的實施洗滌設備，因而處理氣量更大，更能適應氣-液參數的波動所可能帶來的操作上的不穩定性。在旋轉床中，液體由轉子中間噴入，由填料的高速旋轉提供巨大的離心力后以高速通過填料層，對填料層起到了沖刷作用，為集塵被纖維或液膜捕集后能夠迅速脫離有效分離區域。使粉塵能夠始終保持與更新的液膜和纖維表面進行接觸，提高了捕集效率。實驗中發現，即使在100g/m3的進口含塵濃度下，旋轉床設備也完全不會因為粉塵堆積過多而堵塞，從而避免了普通纖維層除塵器機械振動或法槌流程的麻煩。

結束語

超重力機的具有如下特點：極大地縮小了設備尺寸與重量；極大地強化了傳遞過程；物料在設備內停留時間極短（100ms～1s）；易于停開車，維護與檢修方便；快速而均勻的微觀混合等等。基于以上特點，超重力技術應用于礦業粉塵處理方面具有廣闊的工業前景。

[1]陳建峰,等[M].《超重力技術及應用》化學工業出版社,2003年1月.

[2]趙曉曦,鄧先知,等.超重力技術及其在環保中的應用[J].化工環保,2002年6月.

[3]周緒美,郭鍇,等.超重力場技術用于油田注水脫氧的工業研究[J].石油化工,1994年12期.

[4]超重力鍋爐水脫氧技術及設備[J].化工科技市場,2003年03期.

[5]潘朝群,鄧先知,等.雙堿法多級霧化超重力旋轉床煙氣脫硫研究[J].環境污染治理技術與設備,2002年10期.

[6]張艷輝,柳來栓,等.超重力旋轉床用于煙氣除塵的實驗研究,環境工程,2003年06期.

[7]陳東春,徐培銘,李燃.煤礦粉塵現狀及綜合防治技術探討，礦業工程，2010年6月.

[8]鄭 偉,李曉民,張團部,管盼君.礦井粉塵治理的創新與應用，中州煤炭，2010年第7期.

[9]Chen Jianfeng(陳建峰).High Gravity Technology and Appli?cation)A New Generation of React ion an d Separation.Technology(超重力技術及應用)))新一代反應與分離技術).Beijing:Chemical Industry Press,2003.

[10]Song Yunhua(宋云華),Chen Jianming(陳建銘),Fu Jiwen(付紀文),Chen Jianfeng(陳建峰).Research on particle removal effi?ciency of the rotating packed bed.Chemical Industry and Engineer?ing Progress(化工進展),2003,22(5):4992502.