寺河选煤厂超声雾化除尘系统应用分析

侯镇锋

晋城煤业集团寺河矿选煤厂,山西 晋城 048204

前言

煤尘是一种即污染环境又严重危害岗位职工的身体健康的有害物质，是从事煤炭生产工作人员必须随时防备的可怕“杀手”。人体吸入煤尘后，可刺激呼吸道，引起鼻炎、咽炎、支气管炎等上呼吸道炎症，严重的可发展成为尘肺病，而尘肺病作为一种慢性职业病，一旦发病往往难以治愈，严重影响煤矿工人的身体健康甚至危及其生命安全[1]。因此，除尘问题成了煤炭行业最重要课题，同时形成了很多种除尘方法，比如电除尘、布袋除尘、沉降除尘、喷雾除尘等。

山西省晋城市晋煤集团寺河矿选煤厂作为一个年入洗量达1600多万吨的大型煤矿生产单位，在治理煤炭粉尘，降低煤尘对职工的健康影响，改善职工的工作环境方面采取了众多措施，比如之前原煤车间一直使用布袋除尘系统，但布袋除尘器带来的问题正如其他选厂的使用情况类似，布袋上滤下的煤尘易吸收空气中的水分引起粘袋，阻碍通风的正常运行，抽风量减小，含尘空气大量外溢，并且煤尘易在通风管道内集聚使得通风量进一步减少，除尘效果十分不佳[2]。有实验室研究表明超声雾化除尘效果十分明显，超声雾化除尘器是1977年美国新泽西声能发展公司率先开发出的一种能喷激细水雾的超声波雾化器，这种超声雾化产生的水雾的直径比普通水雾小10倍，相较常规雾化效率提高了1000倍，因此仅用少量的水就可获得极高的除尘效率，故其也被称为超声干式捕尘技术[3]，而且有研究指出微细水雾有利于呼吸性粉尘的捕集[4]，因此，我选煤厂特采用徐州某公司的超声雾化除尘系统对原煤分级车间除尘系统进行了改造并取得了良好效果。

1 分级车间尘源分析

寺河矿选煤厂原煤分级车间的煤尘源主要集中在两个方面，一是溜槽转载点，二是高频振动分级筛。

一是原煤分级车间共有16条皮带输送机和4台刮板输送机，煤炭在各输送设备之间都是依靠溜槽来完成的，溜槽高度一般都在两米以上，溅落高度大，在溅落过程中煤流和空气相互作用，煤流中的粉尘会因为剪切作用被卷入空气中扬出；同时，皮带输送机具有一定的速度，当皮带输送机上的煤流进入溜槽时会因为惯性而撞击溜槽入口，此时煤炭会产生挤压剪切摩擦等作用力，使得煤块产生一定的破碎，并溅起大量煤尘，这一现象在块煤皮带输送机转载中更为突出。

二是原煤分级车间有7台高频振动分级筛，在分级筛振动时，煤流在分级筛上振动松散并与空气相互作用，使得大量煤流中的粉尘被空气卷入空气中，并通过密封罩的空隙进入设备外部，污染周围工作环境。

而且，由于煤炭形势严峻，为了确保产品煤水分的更高要求，原煤入选时含水量更低。煤尘污染更为突出，严重威胁着职工的身心健康。

2 超声雾化除尘的主要原理

超声雾化除尘系统主要是利用了空气动力学和云物理学原理实现除尘。空气动力学表明含尘气流绕过雾滴时，尘粒由于惯性会从绕流的气流中偏离而与雾滴相撞被捕捉，其被捕捉的概率与雾滴直径有关。当雾滴直径较大时，粉尘易绕过而难被捕捉，尘粒易被与其直径相近的雾滴捕捉，有研究表明：雾滴直径与尘粒直径之比在1. 25～5之间时，捕尘效果最佳[2]。“云”物理学原理显示，由于超声雾化的雾滴微细，与空气接触面积大，蒸发迅速，使含尘区的水蒸气很快达到饱和，当其与煤尘结合，会使得饱和水蒸汽以煤尘为核凝成“云”，并逐渐增大为“雨滴”落下来。

3 超声雾化除尘系统的主要设备及工作原理

该除尘系统主要通过对输送皮带及分级筛的扬尘处进行密封的基础上外加喷雾除尘装置进行降尘。它的主要设备组成包括：动力源含空压机、储气罐、增压泵站；管道；执行控制箱；PLC控制系统；转换开关；料流检测器；防爆电接点压力表；集尘罩及密封；分配阀；超声雾化共振总成。

动力源为喷雾除尘装置提供所需的气体及气压和水量，气体、气压和水通过现场的管道输送到各个喷雾装置上。为了实现自动控制与保持喷雾装置上的水压与气压符合工作要求，在中间加了执行控制箱，执行控制箱主要由气、水减压阀，及其相对应的电磁阀组成。在各个执行控制箱旁都设置了相对应的转换开关，实现自动与手动的相互转换。在各个管道末端主要由分配阀和超声雾化共振总成组成，它们的作用就是将来自执行控制箱的压力水和压力气分配在同一位置上的不同的共振头处，确保该除尘器统一效果，并通过超声雾化共振总成将压力水与压力气转化为雾状水汽，同时可以通过调整调节阀即共振阀芯来调节喷雾量的大小。为了实现喷雾装置的自动控制及设备的正常运行，在该系统中添加了料流检测器和防爆电接点压力表，它们将获得的信号发送到PLC控制系统中，进而实现喷雾装置的自动控制与启停，并且当气、水压力不足，达不到工作所需压力时，其将在PLC控制系统上的组态控制画面上显示气、水压力故障报警信号。为了进一步降低粉尘的危害，在各设备上都添加了集尘罩及密封布，用来隔离设备内粉尘进入工作环境。

4 结果分析与讨论

1)通过安装这一除尘系统，取得了非常好的除尘效果，尤其是当原煤含水量较低的情况下，效果十分明显。

2)随着使用时间的延长，会出现某些喷雾装置的成雾状态不佳，雾粒增大，形成明显的细水颗粒，除尘效果降低，同时增大原煤的含水量，影响筛分效果，尤其在原煤湿度较大的情况下会加剧原煤分级筛糊筛的程度，严重影响筛分。针对这一情况，可以通过调节阀门来控制喷雾量，增强成雾状态，但是调节阀位于喷雾设备的共振阀上，共振阀处于各密封罩上方，且密封罩一般较高，引起调节不便；当调节喷雾量不容易观察到喷雾效果时，就需要连同安装座及共振阀一起取下进行调节，这大大增加了岗位司机的工作强度和操作复杂性。为改善这一现状，通过在调节阀上加一驱动装置，实现电气控制，为今后自动化控制提供基础与可能，这一措施进一步扩大了该除尘系统的适用范围。

3)PLC控制系统在自动控制条件下，通过料流检测器的信号来实现根据煤流情况自动控制喷雾装置进行启停，但是在现场运转过程中由于煤流对物料检测器的触板摩擦的作用，使得触板很快出现严重磨损，造成触板变短，并引起煤流量减小时，触板无法接触到煤流，使得自动喷雾装置无法正常启动。针对这一情况，并结合我们选煤厂的设备现状，即料流检测器测试煤流的输送皮带上均有我们选煤厂已安装的皮带秤，所以将皮带秤所得到的煤流信号替代料流传感器的信号来控制喷雾装置的启停，这根本上解决了料流检测器触板磨损失效的问题，并通过拆除料流检测器，减少设备维护量。而且，将企业各独立控制监控系统进行整合统一，实现各系统信息共享，也是未来企业系统改造的重要研究与发展方向。

[1].宋交才.生产性粉尘的危害与控制[J]. 湖南安全与防灾, 2011(5)

[2].陈秀厅.徐立成.超声雾化抑尘技术在选厂除尘中的应用[J]化工矿山技术 1998(27)

[3].周威明 ,余澄海. 粉尘控制新技术[J].工业安全与环保, 2004.3

[4].陈卓楷 .超声雾化水雾的除尘机理和在实验中的应用研究[D]. 广东工业大学 ,2007年

[5].卢艳峰. 寺河矿选煤厂除尘系统研究培训资料. 徐州博源科技有限公司 ,2011.12