關于微米級超聲霧化干霧抑塵裝置的研究

鄭巍煒

(山西汾西礦業(集團)有限責任公司曙光煤礦洗煤廠，山西 孝義 032308)

引 言

煤炭在開采、運輸、洗選加工、儲存等各主要環節，均伴隨有大量粉塵產生，嚴重污染了環境，危害了人們的身心健康。一直以來，粉塵治理就是選煤廠安全生產中的重點和難點，因此，煤塵治理必須結合選煤廠生產工藝、入洗原煤的性質等實際情況，采取有效的防塵、降塵措施[1]。

近年來，選煤廠的粉塵治理已經引起設計、生產、研發制造部門的高度重視，一些除塵新技術、新工藝、新設備不斷涌現。

1 設備原理

當含塵氣體繞過霧滴時，結合空氣動力原理，受慣性影響的塵粒會在繞行的氣流中撞擊霧滴，從而被捕捉，且霧滴直徑決定著被捕捉的幾率。當塵粒直徑接近霧滴直徑時，霧滴更易被捕捉。研究發現，霧滴與塵粒直徑比例在0.5～2時，捕塵效果最佳。

根據“云物理學原理”，空氣中的部分細微霧滴會快速蒸發，由于補塵空間比較狹窄，以致空氣相對濕度很快飽和，并形成云，從而形成“雨”降落下來，干霧抑塵正是應用這種冷凝結核機理來實現抑塵目的[2]。

粉塵顆粒與水霧顆粒撞擊后，會凝結成團，在重力因素下下降，達到降塵的效果。

由以上原理得出，干霧抑塵霧滴顆粒在1 μm～10 μm時，對呼吸性粉塵(<5 μm)具有很好的抑塵效果。

2 干霧抑塵裝置

干霧抑塵裝置可以產生直徑在10 μm以下的微細水霧顆粒，黏結粉塵顆粒，并逐漸凝結增大，在重力影響下下沉。

通過水黏結作用增大粉塵，期間最細小的粉塵在加入化學劑或遇到很小水滴時，才可以減小水面張力從而凝結。噴霧抑塵機理，如圖1所示。當粉塵顆粒直徑小于水霧顆粒直徑時，隨著水霧顆粒的流動，粉塵也會運動。期間粉塵顆粒與水霧顆粒很少會接觸，無法達到預期的抑塵效果。當粉塵顆粒直徑與水霧顆粒相近時，隨著氣流運動，粉塵顆粒會撞擊水霧顆粒，黏結凝聚。且凝結幾率與水霧顆粒大小呈負相關，顆粒越小，凝結幾率越大。隨著粉塵的不斷增多，之后變會沉降。因此，粉塵的過濾作用由水霧決定[3]。

圖1 噴霧抑塵機理

微米干霧抑塵裝置屬于聲波振蕩器，遵循壓縮空氣原理，可以利用高頻聲波霧化水，并爆炸大量直徑為1 μm～10 μm大小的水霧顆粒，如第115頁圖2所示。通過噴頭共振室，壓縮空氣以較低速度噴射，凝聚粉塵發生點的粉塵，保證抑塵。

圖2 霧珠顆粒高速照片(小方格是2μm大小)

3 機器的總布置圖

微米級抑塵裝置工作流程，如圖3所示。抑塵設備運行時，同步或提前運行微米級干霧機，使水與氣體逐漸進入微米干霧機，保證噴霧效果。

圖3 干霧抑塵裝置流程

4 干霧抑塵系統的構成

干霧抑塵裝置包括水氣分配器、干霧抑塵主機、噴霧箱、空壓機、水氣連接管線、控制信號、電伴熱帶等部分組成。

4.1 微米級干霧抑塵主機組成

流量控制系統、多功能控制系統、電控系統等均屬于干霧抑塵機的組成部分，機體由碳鋼噴射，面板設置電控系統、氣水壓力以及指示燈等，為了保證自動控制，還應設定集成化編程電控模塊，防護等級為IP55標準[4]。

4.2 水氣分配器

水氣分配器應有效連接水、氣、萬向節噴霧箱以及電控管線等，根據現場情況引入PLC技術，保證萬向節噴霧箱的分別噴霧。

4.3 萬向節噴霧器總成

固定座、萬向節接頭、噴頭、固定螺釘、防護套管以及進氣管等均屬于萬向節的基本組件，如圖4所示。將鋁合金殼體設置于噴嘴周圍，并連接水氣管線，連接為萬向節噴霧器。噴霧方向的調節由球形鋁合金保護殼控制，避免運輸物料期間撞擊噴嘴。

圖4 萬向節噴霧器

4.4 噴霧箱

噴頭固定座、噴頭、氣分配管、水分配管、保溫材料等均屬于噴霧箱組件的組成部分。如圖5所示，噴霧箱由鋁合金構建，設置多個噴嘴，將水、氣、電伴熱帶等接口設置于箱體兩側，連通主管道與軟管。

圖5 噴霧箱

4.5 水氣連接管線

噴霧器與干霧抑塵器利用水氣連接管連接。

4.6 電伴熱帶

電伴熱帶具備冬季保溫防凍的效果，可以將暖板或電伴熱帶設置于所有水、氣管道等各個系統中，需要做好冬季防凍工作。

4.7 控制信號線

干霧抑塵控制系統應用信號線。

5 超聲霧化干霧抑塵系統特點

在產塵源頭進行粉塵治理，粉塵自動沉降，無物料損失，無需清理，無二次污染；抑塵效率高，總除塵效率在95%以上；霧滴顆粒直徑1 μm～10 μm，對呼吸性粉塵可實現有效吸附并沉降治理，杜絕受到矽肺的危害；用水量較低，物料濕度增加重量比小于0.05%，避免損失物料熱值；密閉或半密閉空間中可以使用，適用于無組織排放；系統設備面積較小，操作流程簡單可行，采用全自動控制模式，切換操作便捷，遠程效果良好；設備維護費用較少，運行靈便；自帶電伴熱裝置，可實現超低溫環境下的穩定運行；增加使用空間濕度，降低粉塵爆炸幾率，減少消防設備的投入；配套設備均有煤安、防爆證書，滿足選煤廠粉塵控制區域的防爆要求。

6 與傳統除塵方式的比較分析

過濾式除塵：是含塵氣體通過織物或填料層進行過濾分離的裝置。我廠部分崗位使用的是布袋式除塵器，此裝置可以更好的使用粉塵氣流的變化情況，提高了固體污染物的處理效率。但袋式除塵器需要較多的維護費用，占地面積多，且投資金額較大，無法有效完成清灰處理，且無法經受腐蝕性粉塵的侵襲，能耗較大，會產生二次粉塵污染。

過濾式除塵運營成本：過濾式布袋除塵一次投資約20萬元～40萬元，占用土地約15 m2，耗電量約1.5 kW～4 kW，消耗費用為2 700元/a～7 200元/a(1 800 h/a，計算)，二次排放污染。

干霧抑塵運營成本：抑塵一次性投資低，需占用土地約1.0 m2，耗電量約小于1.5 kW，消耗費用為2 700元/a(2 700 h/a，計算),單個干霧噴嘴的水耗7 L/h～10 L/h,干霧系統總體物料含水量增加值小于0.05%,無二次排放污染。

7 結語

與傳統的除塵器進行比較干霧抑塵具有系統投資小、占地面積小、運行費用低、操作維護方便、冬天亦可以正常使用、除塵效率高，可以完全治理無組織排放粉塵等優勢；更重要的是干霧抑塵系統可以很好的治理10 μm以下的粉塵，系統維護費用低,大約半年維護一次。

針對以上結論可知，超聲霧化干霧抑塵裝置是洗煤廠粉塵的首選除塵設備，值得推廣。