干雾抑尘技术在防治煤尘爆炸中的应用

闫妍++谢新宇++李红杰

摘 要：煤尘爆炸具有严重危害性。与传统防爆技术相比，应用干雾抑尘技术抑制煤尘的同时，还可以防治在封闭或半封闭场所中发生的爆炸行为；整个过程可实现全自动运行，无需人员现场操作；有效的降低能源消耗，体现出一定的优越性。

关键词：干雾抑尘；封闭场所；煤尘爆炸

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

1 煤尘的来源及危害

煤尘是指在煤炭开采、运输、储存和加工过程中产生的飞逸到大气的固体颗粒。目前，煤尘主要产生在以下场所：（1）燃煤发电厂：煤炭从进厂到进入锅炉燃烧之前，要经过一系列运输和加工过程，输煤系统在卸煤、碎煤及运转过程中产生大量的生产性煤尘[1]。（2）钢铁工业：以煤为原料，在炼焦、烧结、球团、炼铁、炼钢、轧钢等生产过程中产生。（3）港口、煤码头：据调查，港口煤码头在对煤的装卸运输过程中，煤的起尘量占整个煤运量的0.1%，而煤的逸散量则占整个煤运量的0.02%[2]。煤尘的危害主要有两个方面：一方面是引起职业病——煤肺病和煤矽肺；另一方面是煤尘爆炸。煤尘爆炸时，气温骤升，压力增大，产生强烈的冲击波和火焰，同时会产生大量的一氧化碳和二氧化碳，这也是造成人员大量伤亡的重要原因。2014年以来已经发生过5起重大粉尘爆炸事件，如：江苏昆山铝粉尘爆炸、哈尔滨亚麻厂亚麻尘爆炸事故都造成了较大人员伤亡。所以做好防治工作非常重要。

2 煤尘爆炸的发生条件

研究表明，煤尘爆炸必须具备三个条件：煤尘本身具有爆炸性；煤尘必须悬浮在空气中；存在能引燃煤尘爆炸的高温热源[3]。

（1）煤尘特性。煤炭是多孔化合物，当演变为细小的煤尘以后，其比表面积显著增加。因此，吸附氧和被氧化的能力有所增强。煤尘爆炸主要是在尘粒分解的可燃气体（挥发分）中进行的，因此煤的挥发分高低和挥发气体质量是影响煤尘爆炸的最重要因素。一般来说，煤尘的可燃挥发分含量越高，爆炸性越强，即煤化作用程度低的煤其煤尘爆炸性强，随煤化作用程度的增高而爆炸性减弱。

（2）煤尘在封闭或半封闭环境中的浓度。悬浮于空气中的煤尘，其浓度必须在一定范围内才会爆炸，单位体积空气中能够发生爆炸的最低浓度叫爆炸下限，能爆炸的最高浓度称为爆炸上限。根据煤尘在空气中完全燃烧的反应式和空气中含氧量可以推算理论上爆炸威力最大的浓度值为112g/m3，据实验测定空气中煤尘含量为300g/m3 ～ 400g/m3， 爆炸威力最强。

（3）周围环境温度。煤尘的引燃温度变化范围较大，它随着煤尘特性、浓度及试验条件的不同而变化。我国煤尘爆炸的引燃温度在610℃～1050℃之间，一般为700℃～800℃。几乎一切火源（如爆破火焰、电气火花、机械摩擦火花、瓦斯燃烧或爆炸、井下火灾）等均可达到这样的温度条件。

3 传统防爆技术的弊端

减少生产中煤尘的发生量和浮尘量是控制煤尘爆炸的防范措施之一。然而传统的除尘方法中，重力降尘室除尘法、惯性除尘法、静电除尘法、布袋除尘法、旋风除尘法等干式的除尘方法往往存在能耗大、需要二次处理问题；喷淋塔、冲击式除尘法、文丘里洗涤法、泡沫除尘法、水膜除尘法等湿式除尘方法则存在治理效果差，耗水量大的弊端。

4 干雾抑尘技术在防治煤尘爆炸中的优越性

所谓干雾，是指直径为1～10?m的水雾颗粒。干雾抑尘技术属于湿式除尘的一种，是无组织排放的密闭及半密闭环境中较为先进的抑尘技术，其优越性在防爆领域表现在如下方面。

（1）抑制煤尘过程中防治爆炸。干雾抑尘技术是由压缩空气驱动声波震荡器，通过高频声波的音爆作用在喷头共振室处将水高度雾化，所产生的干雾喷向起尘点。相关理论表明，水雾颗粒与粉尘颗粒大小接近时，二者相互碰撞、粘结、聚结机率越大，随着聚结的粉尘团不断变大加重，在自身重力作用下沉降下来。

引发煤尘爆炸的颗粒直径主要集中在75?m以下这个范围。当与比自身粒径小很多的干雾发生碰撞时，雾滴的表面张力减小，粒子之间的黏力就会越来越大，所以，以煤尘粒子为核的“微细粉尘颗粒——微细干雾颗粒”二相流中，粒子与粒子之间很容易結合在一起，干雾对煤尘的“捕捉”作用就形成了。

干雾抑尘为湿式除尘方法中的一种类型，该技术可以增加煤尘周围环境的水分含量。水分能降低煤尘的爆炸性，因为水的吸热能力大，能促使细微尘粒聚结为较大的颗粒，减少尘粒的总表面积，同时还能降低落尘的飞扬能力。

在提高空气湿度的同时，能够降低环境温度。例如，人体最适宜的空气相对湿度为40%-50%，当环境温度为30℃，如使用干雾抑尘技术对该环境进行喷雾，致使空气湿度提高到90%，则此时环境温度可降低10-15℃[4]，此种方式也大大降低了粉尘的爆炸几率。

（2）控制方便。干雾抑尘技术在操作过程上可实现全自动控制模式。系统的可编程逻辑控制器（PLC）根据现场煤尘浓度自动控制，当空间区域的煤尘浓度超过系统设计上线时，干雾抑尘系统可自动开启运行，经过一段时间的喷雾，煤尘浓度下降到系统设计的下线值时，干雾抑尘系统自动停止喷雾。此种控制方式可减少现场操作工人劳动强度，实现管理的智能化。

（3）节约能耗、降低成本。干雾抑尘装置无需向外运灰，无污水的二次污染，没有二次清理费用。因此，它具有初始投入费用较低，运行维护费用小的优势。最关键的是干雾抑尘技术的用水量小，仅为传统水喷淋的1/20-1/30，大大节约能源。

综上所述，干雾抑尘技术对于防治封闭场所煤尘爆炸具有一定的优越性，为建立科学合理的防尘管理机制、实现文明生产奠定了基本保证。

参考文献：

[1]谢震.发电厂输煤系统的粉尘污染分析与治理[J].循环经济研究，2008（11）：65.

[2]王有清，刘铁英.港口煤码头大气防尘与总量控制[J].交通环保，2002，23（05）：11-13.

[3]赵益芳.矿井防尘理论与技术[M].北京：煤炭工业出版社，1995.

[4]李昭仁.化学工程手册[M].台湾：高立图书有限公司，1984.