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湿式除尘器在矿山的应用现状分析∗
2019-02-20
通过分析湿式除尘器的除尘原理,对比分析了常用的湿式除尘器的性能参数,提出了 目前矿用湿式除尘器的发展现状和存在的问题,最后对我国矿用湿式除尘器的应用前景进行了展 望。
Serial No. 597 January. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 597期 2019 年 1 月第 1 期 ∗ 湿式除尘器在矿山的应用现状分析 1 ,2,3 1,2,3 ꢀ 吴将有 李ꢀ 刚 ( 1. 华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司;2. 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司; 3 . 金属矿山安全与健康国家重点实验室) ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 通过分析湿式除尘器的除尘原理,对比分析了常用的湿式除尘器的性能参数,提出了 目前矿用湿式除尘器的发展现状和存在的问题,最后对我国矿用湿式除尘器的应用前景进行了展 望。 关键词ꢀ 矿用湿式除尘器ꢀ 除尘原理ꢀ 除尘效率ꢀ 存在问题ꢀ 应用现状 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 01. 042 ꢀ ꢀ 粉尘是矿山企业最主要的职业病危害因素,矿 尘排放标准的要求。 山采选过程的各生产工序均会产生一定量的粉尘, 尤其是井下采掘工作面和地表的破碎、筛分生产系 统,产生的粉尘浓度最高。 通过前期对矿山粉尘开 展粒度分析发现,矿山粉尘的粒径主要集中在ꢁ100 μm,其中粒径ꢁ50 μm 微细粉尘质量分布达到 90% 以上,因此矿山粉尘主要为高浓度的微细粉尘。 微 细粉尘不易沉降,对作业岗位的工人身心健康危害 1ꢀ 除尘原理 湿式除尘器的工作原理是将空气动力学、流体 力学、射流力学和气溶胶力学等经典理论与旋流技 术有机结合,应用于同一装置中。 采用喷雾器产生 的微细水雾对粉尘颗粒进行捕集,粉尘凝聚于水雾 颗粒表面,自身质量和粒径增加而沉降下来。 喷雾 器喷出的水雾分布均匀且水雾粒子的粒径小,可使 空气中的水蒸汽浓度迅速达到饱和状态,同时均匀 分布的微细水雾射向含尘空间时,与空间的粉尘粒 子能够充分接触,这些都为粉尘的湿润、凝并提供了 非常有利的条件。 然后,雾滴与尘粒经集流口随气 流进入旋流除尘脱水段,进一步对粉尘进行离心分 离,水膜黏住到达除尘器壁面的粉尘并随水通过尘 浆收集器排出除尘器。 [ 1-2] 极大,可能引发尘肺病 。 同时,生产岗位高浓度 的粉尘也会对作业人员的视线造成干扰,容易导致 误操作,引发生产安全事故。 湿式除尘器是矿山除尘系统的首选除尘设备, 主要原因是湿式除尘器初投资低、结构简单、容易操 作,能够有效净化湿度较大且含有黏性粉尘的气体。 在矿山行业,由于矿山粉尘具有高湿高浓度的特点, 袋式除尘器的应用极易出现黏袋及使用寿命短的缺 陷。 因此,湿式除尘器在矿山应用广泛,主要应用于 矿山井下采掘工作面、卸矿站、粗破碎硐室以及地表 破碎、筛分车间、转运站等粉尘比较集中的产尘作业 场所。 随着国家对环保意识和粉尘排放标准的不断 提高,如今越来越多的厂家、高校和科研单位对湿式 除尘器在矿山的应用开展技术攻关,旨在开发出更 高效的新型矿用湿式除尘器,以满足国家现行的粉 含尘气流进入湿式除尘器后,不同粒径的粉尘 在气流空间中的运动特征不同,由除尘器内部的喷 雾器产生的水雾颗粒会与粉尘产生碰撞、拦截和扩 散等综合作用,最终形成尘水混合物。 在旋流除尘 脱水段离心力的作用下,尘水混合物被抛到壁面被 脱除。 因此,重力沉降、惯性碰撞、静电捕集、拦截捕 集、布朗扩散以及离心分离等多种作用机理综合形 [ 3-4] 成了湿式除尘器除尘技术机理 , 见图 1。 ꢀ 发展现状 通常情况下,水与含尘气流接触的方式主要为 2 [ 5] ꢀ ꢀ ∗国家重点研发计划课题( 编号:2017YFC0805204);国家安监 水滴、水膜和气泡 3 种形式 。 湿式除尘器在净化 总局 2017 年安全生产重特大事故防治关键技术科技项目(编号:an- hui-0006-2017AQ);国家安监总局 2017 年安全生产重特大事故防治 关键技术科技项目(编号:anhui-0007-2017AQ)。 含尘气流过程中实际上可能同时发生以上 2 种甚至 3 种接触方式。 因其具有初投资低、结构紧凑,且对 高湿高浓度的黏性粉尘也具有较高的除尘效率,因 此应用非常广泛。 李ꢀ 刚(1982—),男,高级工程师,博士,243000 安徽省马鞍山 市经济技术开发区西塘路 666 号。 1 74 ꢀ ꢀ 李ꢀ 刚ꢀ 吴将有:湿式除尘器在矿山的应用现状分析ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 1 月第 1 期 ꢀ ꢀ 随着我国工业水平的快速发展和环保要求的不 [6-7] 断提高,先后出现了各种高效湿式除尘器 。 不同 类型的湿式除尘器的脱水方式以及分散液体的方式 是不相同的,以下列表对几种典型的湿式除尘器的 性能进行比较,对比结果见表 1。 ꢀ ꢀ 由表 1 可知,在以上几种典型湿式除尘器中,除 尘效率最高的是文丘里湿式除尘器,但其也存在能 耗高、耗水量大的缺点;其他除尘效率较高的湿式除 [8] 尘器同时还具有体积大的缺点 ;部分湿式除尘器 [9] 图 1ꢀ 湿式除尘器除尘机理示意 除尘效率较低,无法满足当前环保标准的要求 。 表 1ꢀ 各种常见湿式除尘器的性能比较 3 3 除尘器名称 除尘效率/ % 70 ~ 85 90 ~ 98 85 ~ 95 90 ~ 99. 5 90 ~ 98 >99 最小捕集粒径/ μm 阻力 / Pa 25 ~ 250 能耗/ (kJ/ m ) 耗水量 / (kg/ m ) 气流速度 / (m/ s) 0. 6 ~ 1. 2 重力喷雾除尘器 卧式旋风除尘器 冲击水浴除尘器 自激式除尘器 10. 0 0. 1 0. 8 0. 4 ~ 2. 7 0. 05 ~ 0. 09 0. 1 ~ 0. 3 <0. 34 300 ~ 1 000 1500 ~ 4 000 500 ~ 4 000 600 ~ 5 000 500 ~ 2 000 500 ~ 1 500 500 ~ 1 500 800 ~ 3 000 400 ~ 1 600 50 ~ 180 <5(出口) 2. 0 3. 6 ~ 4. 32 1 ~ 2 8 ~ 40 1. 0 <2. 7(出口) 40 ~ 60(喉管) 60 ~ 120(喉管) 25 ~ 30(喉管) 1. 2 ~ 2. 4 文丘里除尘器(中低压) 文丘里除尘器(高压) 湿式离心除尘器 立式旋风除尘器 泡沫除尘器 <0. 5 <0. 1 2. 0 ~ 5. 0 2. 0 3 ~ 8 0. 15 ~ 0. 6 0. 2 ~ 0. 8 0. 8 ~ 3. 5 0. 4 ~ 1. 3 8 ~ 35 80 ~ 90 80 ~ 90 80 ~ 95 >90 0. 8 ~ 4. 5 4. 5 ~ 6. 3 1. 1 ~ 4. 5 0. 15 ~ 3. 6 2. 0 2. 5 ~ 3. 5 填料式除尘器 2. 0 0. 05 ~ 5 湿式过滤除尘器 80 ~ 90 2. 0 3 ꢀ 矿用湿式除尘器存在的问题 国内外有关学者对湿式除尘器进行了大量的研 需要进一步研究优化,以提高湿式除尘器对矿山呼 吸性粉尘的除尘效率。 究工作,从湿式除尘器的除尘机理到某些参数对装 置的性能影响等方面均取得了许多理论成果,这为 认识和开发新型矿用湿式除尘技术及装置奠定了良 好的基础。 不过在现场实际应用中,仍然没有一种 使用简便可靠的相关湿式除尘设备,国外已有荷电 湿式除尘设备,结构相当复杂,在国内现有技术条件 下无法使用。 从国内矿山使用湿式除尘器的情况 看,水膜除尘器、冲击除尘器、文丘里除尘器、纤维层 过滤除尘器等常用设备中,这些设备或是除尘效率 低、波动范围大,或是耗水量大、存在水处理问题,或 是除尘效率虽高但阻力很大,或是除尘器易堵塞等 等。 其他新型除尘器如水雾荷电除尘器、纤维栅除 尘器等仅停留在试验研究中,未在矿山推广应用。 矿用湿式除尘器经过十几年的发展,虽然在矿 山应用过程中取得了一定的除尘效果,但随着国家 节能减排要求的提高,湿式除尘器在矿山实际使用 过程中,仍然存在一些不可忽视的问题。 (2)当前矿用湿式除尘器的脱水装置脱水效率 欠佳,净化后的气流仍存在带水情况,给后续设备和 工作部件的运行和管理带来严重影响,这些水汽会 引起风机叶片运转不平衡,使得风机产生振动甚至 叶片和地脚螺栓发生振裂现象。 (3)国内现有矿用湿式除尘器普遍存在除尘效 率不高、阻力和能耗过大、漏风率高、耗水量大、耐磨 和耐腐蚀性能差等问题。 (4)目前使用的矿用湿式除尘器都是小风量、 低负压的,按照国内矿山的发展趋势,未来大产能、 大规模的机械化开采必然要求矿用湿式除尘器朝大 风量、高负压方向发展,在这种情况下如何满足其除 尘效率、阻力、能耗和降噪要求是未来急需解决的难 题。 4ꢀ 结论与展望 粉尘污染问题一直是矿山生产过程中的安全隐 患,矿山除尘广泛采用湿式除尘技术及装备,随着我 国矿山企业对粉尘防治工作要求的进一步提高,势 必对矿用湿式除尘器提出更高的要求。 因此,矿用 湿式除尘器需要在现有除尘器的基础上进行优化, 设计研发出更加适合矿山的新型矿用湿式除尘器。 ( 1)湿式除尘器的除尘效率与喷雾的参数、粉 尘性质密切相关。 目前矿用湿式除尘器对矿山的呼 吸性粉尘除尘效率不高。 因此,矿用湿式除尘器的 结构、喷雾器型式及布置位置、喷雾水量和水压等还 1 75 总第 597 期 现代矿业 2019 年 1 月第 1 期 综合考虑矿山生产的实际情况,未来应从以下几个 方面考虑矿用湿式除尘器的发展方向: 效矿用湿式除尘器,实现湿式除尘器的大型化、系统 化、节能化以及智能化特性。 ( 1)除尘效率高。 随着国家对粉尘排放浓度的 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 限值越来越严格,针对矿山企业研究高效率的除尘 设备是必然趋势。 如果除尘设备的净化效率不高, 虽然解决了岗位粉尘污染,却产生了新的大气污染 问题。 目前在矿山除尘系统中,由于普遍采用湿式 除尘器,因此只有开发出高效的湿式除尘器才能达 到环保排放标准的要求。 [ [ 1]ꢀ 邹声华,李ꢀ 刚,李孔清. 冶金行业呼吸性粉尘的喷雾净化技 术研究[[J]. 中国工程科学,2007,9(11): 196ꢁ199. 2]ꢀ 阮凤鸣,徐箐璐,唐ꢀ 莲. 某露天铁矿职业病危害控制效果评 价[J]. 中国卫生工程学,2010 (4): 282ꢁ284. [3]ꢀ 马素平,寇子明. 喷雾降尘效率及喷雾参数匹配研究[J]. 中国 安全科学学报,2006,16(5): 84ꢁ88. [ 4]ꢀ 李ꢀ 刚. 高效水雾降尘技术的实验研究及工程应用[ D]. 湘 潭:湖南科技大学,2009. ( 2)处理风量大。 当前,随着生产工艺设备不 断向大型化发展,除尘设备处理的粉尘气流量也大 大增加,没有大型除尘设备就难以解决除尘风量的 需求。 [ 5]ꢀ 苏汝维. 工业通风与防尘工程学[ M]. 北京:北京经济学院出 版社,1991. [6]ꢀ 邵化振,张广军,李ꢀ 政,等. 高压喷雾引射降尘装置的理论与 实验研究[J]. 煤炭学报,2001,26(3): 299ꢁ302. ( 3) 矿用湿式除尘设备的结构及性能参数优 [ [ [ 7]ꢀ 潘德祥,蔡振禹. 高效磁化喷嘴的研制及试验结果分析[J]. 河 北建筑科技学院学报,1998,15(2): 52ꢁ54. 化。 对现有的湿式除尘器进行结构优化,在确保具 有较高除尘效率的基础上,进一步降低除尘器阻力、 能耗等指标以及研究除尘器排放的污泥综合回收利 用技术及设备。 8]ꢀ 杨源林. 煤矿防尘洒水设计的探讨[J]. 煤炭工程师,1989(4): 3 5ꢁ44. 9]ꢀ 全国环境保护科技长远规划组. 大气污染防治技术与能源环 保对策[M]. 北京:海洋出版社,1984. ( 4)新型湿式除尘设备的研制。 对现有湿式除 尘器开展技术攻关,开发出适应矿山特点的新型高 (收稿日期 2018-12-02ꢀ 责任编辑ꢀ 袁风香) ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ ( 上接第 133 页) 表 7ꢀ 烧结矿物理化学成分 S 含量/ % TFe 品位/ % Cr 2 O 3 品位/ % 二元碱度 / 倍 利用系数 转鼓指数 均值 2 范围 均值 范围 3. 54 ~ 13. 00 均值 9. 91 范围 均值 范围 1. 71 ~ 2. 05 / (t/ (m ·h) ) / % 2 5. 85 ~ 38. 95 34. 62 0. 22 ~ 0. 87 0. 41 1. 91 1. 17 66. 83 所致。 烧结矿中 S 含量较高,主要是不锈钢除尘灰 在冶炼不锈钢过程中产生,冶炼不锈钢的温度要高 于烧结过程温度,烧结脱硫率下降,导致含铬烧结矿 运行,正常生产条件下,烧结矿日产量达到 3 229 t; 同时脱硫系统颗粒物能够排放达标。 (4)生产过程中存在烧结机篦条堵塞的情况, # [ 3] 需要 10 d 左右停机清理篦条 1 次。 主要原因是 3 的 S 含量较高 。 ③转鼓指数与烧结杯试验相当, 烧结机为抽风式烧结工艺,不锈钢除尘灰的制粒及 烧结性能较差,生产过程中将粉状物料抽到篦条,逐 步将篦条堵塞。 主要是为保证同时脱硫系统颗粒物能够排放达标; [ 4] 。 同时提高烧结矿强度,适当控制了台时产量 3 ꢀ 结ꢀ 论 ( 1)烧结机单配生产含铬烧结矿是可行的,可 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 使酒钢本部具备循环利用不锈钢除尘灰的整条工艺 线路,为高效循环利用不锈钢除尘灰创造了条件;同 时为国内不锈钢除尘灰循环利用提供了新的工艺流 程,开辟了新思路。 [ 1]ꢀ 李具仓. 不锈钢除尘灰冶炼工艺研究[ J]. 甘肃冶金,2013,35 1):1-2. [2]ꢀ 张增武. 不锈钢除尘灰再利用技术[J]. 河北冶金,2012(8): 0-72. ( 7 [ 3]ꢀ 郜ꢀ 学. 我国烧结球团行业脱硫现状及减排对策[J]. 烧结球 团,2008(6):1-5. ( 2)将酒钢本部储存及产生的不锈钢除尘灰进 行循环利用,可避免环保风险;同时达到回收利用不 [ 4]ꢀ 傅菊英,江ꢀ 涛,朱德庆. 烧结球团学[ M]. 长沙:中南工业大 学出版社,1996. 锈钢除尘灰中铬、铁等有用元素的目的。 # 3)3 烧结机循环利用不锈钢除尘灰能够稳定 ( (收稿日期 2018-12-03ꢀ 责任编辑ꢀ 袁风香) 1 76
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