超声微雾抑尘技术在选煤厂除尘系统中的应用

汪学明 张立斌

【摘要】目前国内选煤厂都会产生严重的粉尘污染，特别是在对原煤进行加工过程中，粉尘不仅会污染环境，原料本身也会损耗，而工作人员长期在高浓度粉尘环境下作业，使得工作人员极易患上尘肺病，严重损害了人员的身体和身心健康，同时粉尘也会加快设备的磨损和老化，并使产品质量下降，减少使用寿命，当某种粉尘颗粒达到一定浓度时还会引起爆炸，如今年发生的“8.2”昆山粉尘爆炸事故等。本文针对目前选煤厂现有的除尘系统现状，提出了一种新型的除尘方法——超声微雾抑尘技术，采用该技术设计一套适用于选煤厂的超声微雾除尘系统。

【关键词】超聲微雾;抑尘;压风;除尘系统;自动控制;选煤厂

1.引言

选煤厂带式输送机转载、特别是破碎过程中会产生较大的粉尘。根据现场实测，在上述尘源点附近，室内空气平均含尘浓度由几十～几百mg/m3，个别尘源点附近（如破碎机下部受料点）甚至达到几千mg/m3，大大超过了国家规定的卫生标准值（10mg/m3）。大量的煤尘不仅直接危及到职工的身体健康，而且恶化现场的工作环境，致使运行人员难以监控设备，设备磨损严重，电气绝缘水平下降;同时，由于该煤尘具有易燃、易爆的特性，大量的积尘很容易引起煤尘爆炸，给安全生产带来极大危害。

目前解决选煤厂粉尘的方法主要分为密闭抽风和密闭喷雾降尘法，如采用布袋（干式） 除尘器或冲激式（湿式）除尘器等，但是，这些除尘方法在使用中均存在一些问题：输煤系统除尘是在冷态气流状态下进行，在除尘过程中布袋除尘器极容易吸收空气中的水分造成粘袋，使通风阻力增大，抽风量减小，控制不住含尘空气外溢。并且，由于风速下降，通风管道内粉尘会沉降下来阻塞管道，使除尘系统失效。冲激式（湿式） 除尘器在使用过程中，也易发生以上问题。除此之外，在粉尘回收处理上，布袋（干式） 除尘器极易产生二次污染。而冲激式（湿式） 除尘器需要连续排放污水系统和随后的污水处理系统。以上两种方法，电气设备、管路工程等投入大，多数工厂缺乏布置这些系统的场地，使用受到限制。

超声微雾抑尘技术是一种新型的抑尘技术，也属于喷雾降尘的方法的一种，该技术不需要将含尘气流抽出后再加以处理，而是直接将尘抑制在产尘点，同时，由于雾滴微细，耗水量很少，抑尘后物料的增湿仅在0.1%～0.5% 不会给工艺流程带来影响。故具有以下优点：

1）可简化除尘管理工作。传统的抽风除尘系统一般除尘设备多、管理量大，各产尘点抽风，因管网庞大，各分风点风量调节复杂，很难达到预期效果，现场极少采用。如采用超声雾化抑尘则无此弊病，只要将水、压气输送至各产尘点，即可容易地实现整个除尘系统由一个中心控制室进行控制。

2）抑尘技术无需清灰，避免了二次污染，从而改善了除尘管理人员的工作条件。

3）抑尘系统占据空间很少，可节省厂房内有效空间，降低基建投资。

4）抑尘系统不需要风机、除尘器和通风管道，比一般除尘系统节省30%～50%的投资，安装时间可减少70%。

5）与一般除尘器相比，抑尘技术可节省50%能耗，大幅度降低除尘运营成本。

6）超声雾化抑尘系统结构简单，可靠性好，维修量少，维修费用低。

2.超声微雾抑尘技术

2.1 超声微雾抑尘原理

超声雾化抑尘技术是国际新型除尘技术。其原理是通过压缩空气冲击共振腔产生超声波，超声波把水雾化成浓密的、直径只有1～50/μm的微细雾滴，雾滴在局部密闭的产尘点内捕获、凝聚微细粉尘，使粉尘迅速沉降下来实现就地抑尘。这种除尘技术对去除微细的呼吸性粉尘效果非常好，原因是运用了空气动力学原理和云物理学原理。

（1）空气动力学原理。当含尘粒的气流绕过雾滴时，雾滴捕捉住气流中尘粒的几率与雾滴的直径有关。雾滴大时，尘粒仅仅是随气流绕过雾滴而未被捕捉。雾滴与尘粒径相近时，更易与尘粒相撞而捕捉住尘粒。超声雾化正是应用这一原理产生50/μm以下，与微细的粉尘粒径相近的雾滴来捕获粉尘的。

（2）云物理学原理。由于雾滴微细，部分雾滴会在空气中迅速蒸发，使局部密闭空间中的相对湿度迅速饱和。过饱和后的水汽会以尘粒为核凝聚，使尘粒径不断增大，直至落下，形成从“云”变成“雨”的过程。

2.2 超声雾化抑尘技术的应用

超声雾化抑尘技术适用于工业原料系统的破碎、筛分、带式输送机转运点等粉尘细、扬尘大的产尘点。通常，这种产尘点是采取密闭抽风除尘的方法加以解决。常用的除尘器有布袋（干式）除尘器和冲激式（湿式）除尘器，但是，这2种除尘器在使用过程中均存在问题。工业原料系统除尘一般是在冷态气流状态下进行，在除尘过程中布袋除尘器极容易吸收空气中的水分造成粘袋，使通风阻力增大，抽风量减小，不能控制住含尘空气外溢。并且，由于风速的下降，通风管道内粉尘会沉降下来阻塞管道，使除尘系统失效。低压文丘里等湿式除尘器需要连续排放污水系统和随后的污水处理系统，多数工厂缺乏布置这些系统的场地，使其应用受到限制。超声雾化抑尘技术不需要将含尘气流抽出后再加以处理，而是直接将煤尘抑制在产尘点，避免了这些影响除尘效果的因素。同时，由于雾滴微细，耗水量很少，抑尘后物料的增湿仅在0.1%～0.5%，不会给工艺流程带来影响。

3.选煤厂超声微雾除尘系统的设计

超声微雾除尘系统主要由：增压装置、空压机、储气罐、超声雾化器（喷头）、气水分配器、抑尘主机、伴热带和抑尘罩等部分组成。

抑尘主机：控制超声雾化器的压缩空气、水输入，使雾化器在规定的工况下工作。箱内附设压缩空气、水过滤和反冲洗系统，主机可以2种方式控制抑尘系统运行：一种方式与产尘设备连锁，实现完全自动控制;另一种方式单独操作运行，主机具有良好的人机界面，采用PLC控制器实现系统的自动控制。

图1 超声微雾除尘系统设计图

气水分配器：将水和气分别按照比例分成最多10路输出。一路水输入，一路气输入，10路可分别控制的水气组合输出。每组水气组合输出配接一个干雾抑尘喷嘴。在水输入与气输入后加电磁阀与手动阀，实现电动、手动不同的开关。

超声雾化器（喷头）：采用304不锈钢材质制造。有2个连接口，1个连接压缩空气，1个连接水路，超声雾化器技术参数：超声雾化器工作时的压缩空气压力为0.3～0.4MPa，水压力为0.1～0.15MPa。每个雾化器耗气量0.08～0.1m3/min，耗水量0.3～0.5L/min。

空压机和增压装置：主要为微雾抑尘系统提供压缩气源和水源。

伴热带：为防止在冬天时管路水的结冰现象，可在喷雾管路上敷设一套伴热带。

抑尘罩：为防止煤尘在雾捕捉之前逃逸;造成罩内湿度过饱和;缓解落料激起的反冲气流，使煤尘能在较低的气流速度下沉降。

4.结语

本文除尘系统项目设施使用后，在煤尘较为集中的工作现场，对空气中煤尘浓度进行了测定。发现煤尘基本可以下降到10mg/m3，达到了《选煤厂安全规程》的要求;同时，粉尘内游离SiO2含量大大降低，杜绝了煤尘外排。该系统的推广可较好地改善了选煤厂的空气质量和劳动环境，有效提高了工人的劳动生产率，保障了工人的身体健康，提高了设备运行质量，减少了粉尘爆炸事故发生，具有很好的经济效益和社会效益。

基金项目：中煤科工集团常州研究院有限公司院级研发项目（项目编号：13SY011）。