干霧抑塵技術在防治煤塵爆炸中的應用

閆妍++謝新宇++李紅杰

摘 要：煤塵爆炸具有嚴重危害性。與傳統防爆技術相比，應用干霧抑塵技術抑制煤塵的同時，還可以防治在封閉或半封閉場所中發生的爆炸行為；整個過程可實現全自動運行，無需人員現場操作；有效的降低能源消耗，體現出一定的優越性。

關鍵詞：干霧抑塵；封閉場所；煤塵爆炸

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.051

1 煤塵的來源及危害

煤塵是指在煤炭開采、運輸、儲存和加工過程中產生的飛逸到大氣的固體顆粒。目前，煤塵主要產生在以下場所：（1）燃煤發電廠：煤炭從進廠到進入鍋爐燃燒之前，要經過一系列運輸和加工過程，輸煤系統在卸煤、碎煤及運轉過程中產生大量的生產性煤塵[1]。（2）鋼鐵工業：以煤為原料，在煉焦、燒結、球團、煉鐵、煉鋼、軋鋼等生產過程中產生。（3）港口、煤碼頭：據調查，港口煤碼頭在對煤的裝卸運輸過程中，煤的起塵量占整個煤運量的0.1%，而煤的逸散量則占整個煤運量的0.02%[2]。煤塵的危害主要有兩個方面：一方面是引起職業病——煤肺病和煤矽肺；另一方面是煤塵爆炸。煤塵爆炸時，氣溫驟升，壓力增大，產生強烈的沖擊波和火焰，同時會產生大量的一氧化碳和二氧化碳，這也是造成人員大量傷亡的重要原因。2014年以來已經發生過5起重大粉塵爆炸事件，如：江蘇昆山鋁粉塵爆炸、哈爾濱亞麻廠亞麻塵爆炸事故都造成了較大人員傷亡。所以做好防治工作非常重要。

2 煤塵爆炸的發生條件

研究表明，煤塵爆炸必須具備三個條件：煤塵本身具有爆炸性；煤塵必須懸浮在空氣中；存在能引燃煤塵爆炸的高溫熱源[3]。

（1）煤塵特性。煤炭是多孔化合物，當演變為細小的煤塵以后，其比表面積顯著增加。因此，吸附氧和被氧化的能力有所增強。煤塵爆炸主要是在塵粒分解的可燃氣體（揮發分）中進行的，因此煤的揮發分高低和揮發氣體質量是影響煤塵爆炸的最重要因素。一般來說，煤塵的可燃揮發分含量越高，爆炸性越強，即煤化作用程度低的煤其煤塵爆炸性強，隨煤化作用程度的增高而爆炸性減弱。

（2）煤塵在封閉或半封閉環境中的濃度。懸浮于空氣中的煤塵，其濃度必須在一定范圍內才會爆炸，單位體積空氣中能夠發生爆炸的最低濃度叫爆炸下限，能爆炸的最高濃度稱為爆炸上限。根據煤塵在空氣中完全燃燒的反應式和空氣中含氧量可以推算理論上爆炸威力最大的濃度值為112g/m3，據實驗測定空氣中煤塵含量為300g/m3 ～ 400g/m3， 爆炸威力最強。

（3）周圍環境溫度。煤塵的引燃溫度變化范圍較大，它隨著煤塵特性、濃度及試驗條件的不同而變化。我國煤塵爆炸的引燃溫度在610℃～1050℃之間，一般為700℃～800℃。幾乎一切火源（如爆破火焰、電氣火花、機械摩擦火花、瓦斯燃燒或爆炸、井下火災）等均可達到這樣的溫度條件。

3 傳統防爆技術的弊端

減少生產中煤塵的發生量和浮塵量是控制煤塵爆炸的防范措施之一。然而傳統的除塵方法中，重力降塵室除塵法、慣性除塵法、靜電除塵法、布袋除塵法、旋風除塵法等干式的除塵方法往往存在能耗大、需要二次處理問題；噴淋塔、沖擊式除塵法、文丘里洗滌法、泡沫除塵法、水膜除塵法等濕式除塵方法則存在治理效果差，耗水量大的弊端。

4 干霧抑塵技術在防治煤塵爆炸中的優越性

所謂干霧，是指直徑為1～10?m的水霧顆粒。干霧抑塵技術屬于濕式除塵的一種，是無組織排放的密閉及半密閉環境中較為先進的抑塵技術，其優越性在防爆領域表現在如下方面。

（1）抑制煤塵過程中防治爆炸。干霧抑塵技術是由壓縮空氣驅動聲波震蕩器，通過高頻聲波的音爆作用在噴頭共振室處將水高度霧化，所產生的干霧噴向起塵點。相關理論表明，水霧顆粒與粉塵顆粒大小接近時，二者相互碰撞、粘結、聚結機率越大，隨著聚結的粉塵團不斷變大加重，在自身重力作用下沉降下來。

引發煤塵爆炸的顆粒直徑主要集中在75?m以下這個范圍。當與比自身粒徑小很多的干霧發生碰撞時，霧滴的表面張力減小，粒子之間的黏力就會越來越大，所以，以煤塵粒子為核的“微細粉塵顆粒——微細干霧顆粒”二相流中，粒子與粒子之間很容易結合在一起，干霧對煤塵的“捕捉”作用就形成了。

干霧抑塵為濕式除塵方法中的一種類型，該技術可以增加煤塵周圍環境的水分含量。水分能降低煤塵的爆炸性，因為水的吸熱能力大，能促使細微塵粒聚結為較大的顆粒，減少塵粒的總表面積，同時還能降低落塵的飛揚能力。

在提高空氣濕度的同時，能夠降低環境溫度。例如，人體最適宜的空氣相對濕度為40%-50%，當環境溫度為30℃，如使用干霧抑塵技術對該環境進行噴霧，致使空氣濕度提高到90%，則此時環境溫度可降低10-15℃[4]，此種方式也大大降低了粉塵的爆炸幾率。

（2）控制方便。干霧抑塵技術在操作過程上可實現全自動控制模式。系統的可編程邏輯控制器（PLC）根據現場煤塵濃度自動控制，當空間區域的煤塵濃度超過系統設計上線時，干霧抑塵系統可自動開啟運行，經過一段時間的噴霧，煤塵濃度下降到系統設計的下線值時，干霧抑塵系統自動停止噴霧。此種控制方式可減少現場操作工人勞動強度，實現管理的智能化。

（3）節約能耗、降低成本。干霧抑塵裝置無需向外運灰，無污水的二次污染，沒有二次清理費用。因此，它具有初始投入費用較低，運行維護費用小的優勢。最關鍵的是干霧抑塵技術的用水量小，僅為傳統水噴淋的1/20-1/30，大大節約能源。

綜上所述，干霧抑塵技術對于防治封閉場所煤塵爆炸具有一定的優越性，為建立科學合理的防塵管理機制、實現文明生產奠定了基本保證。

參考文獻：

[1]謝震.發電廠輸煤系統的粉塵污染分析與治理[J].循環經濟研究，2008（11）：65.

[2]王有清，劉鐵英.港口煤碼頭大氣防塵與總量控制[J].交通環保，2002，23（05）：11-13.

[3]趙益芳.礦井防塵理論與技術[M].北京：煤炭工業出版社，1995.

[4]李昭仁.化學工程手冊[M].臺灣：高立圖書有限公司，1984.