粉塵是礦山企業(yè)最主要的職業(yè)病危害因素,礦山采選過程的各生產(chǎn)工序均會(huì)產(chǎn)生一定量的粉塵,尤其是井下采掘工作面和地表的破碎、篩分生產(chǎn)系統(tǒng),產(chǎn)生的粉塵濃度最高。通過前期對(duì)礦山粉塵開展粒度分析發(fā)現(xiàn),礦山粉塵的粒徑主要集中在-100 μm,其中粒徑-50 μm微細(xì)粉塵質(zhì)量分布達(dá)到90%以上,因此礦山粉塵主要為高濃度的微細(xì)粉塵。微細(xì)粉塵不易沉降,對(duì)作業(yè)崗位的工人身心健康危害極大,可能引發(fā)塵肺病。同時(shí),生產(chǎn)崗位高濃度的粉塵也會(huì)對(duì)作業(yè)人員的視線造成干擾,容易導(dǎo)致誤操作,引發(fā)生產(chǎn)安全事故。
濕式除塵器是礦山除塵系統(tǒng)的首選除塵設(shè)備,主要原因是濕式除塵器初投資低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易操作,能夠有效凈化濕度較大且含有黏性粉塵的氣體。在礦山行業(yè),由于礦山粉塵具有高濕高濃度的特點(diǎn),袋式除塵器的應(yīng)用極易出現(xiàn)黏袋及使用壽命短的缺陷。因此,濕式除塵器在礦山應(yīng)用廣泛,主要應(yīng)用于礦山井下采掘工作面、卸礦站、粗破碎硐室以及地表破碎、篩分車間、轉(zhuǎn)運(yùn)站等粉塵比較集中的產(chǎn)塵作業(yè)場(chǎng)所。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保意識(shí)和粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高,如今越來越多的廠家、高校和科研單位對(duì)濕式除塵器在礦山的應(yīng)用開展技術(shù)攻關(guān),旨在開發(fā)出更高效的新型礦用濕式除塵器,以滿足國(guó)家現(xiàn)行的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。
濕式除塵器的工作原理是將空氣動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)、射流力學(xué)和氣溶膠力學(xué)等經(jīng)典理論與旋流技術(shù)有機(jī)結(jié)合,應(yīng)用于同一裝置中。采用噴霧器產(chǎn)生的微細(xì)水霧對(duì)粉塵顆粒進(jìn)行捕集,粉塵凝聚于水霧顆粒表面,自身質(zhì)量和粒徑增加而沉降下來。噴霧器噴出的水霧分布均勻且水霧粒子的粒徑小,可使空氣中的水蒸汽濃度迅速達(dá)到飽和狀態(tài),同時(shí)均勻分布的微細(xì)水霧射向含塵空間時(shí),與空間的粉塵粒子能夠充分接觸,這些都為粉塵的濕潤(rùn)、凝并提供了非常有利的條件。然后,霧滴與塵粒經(jīng)集流口隨氣流進(jìn)入旋流除塵脫水段,進(jìn)一步對(duì)粉塵進(jìn)行離心分離,水膜黏住到達(dá)除塵器壁面的粉塵并隨水通過塵漿收集器排出除塵器。
含塵氣流進(jìn)入濕式除塵器后,不同粒徑的粉塵在氣流空間中的運(yùn)動(dòng)特征不同,由除塵器內(nèi)部的噴霧器產(chǎn)生的水霧顆粒會(huì)與粉塵產(chǎn)生碰撞、攔截和擴(kuò)散等綜合作用,最終形成塵水混合物。在旋流除塵脫水段離心力的作用下,塵水混合物被拋到壁面被脫除。因此,重力沉降、慣性碰撞、靜電捕集、攔截捕集、布朗擴(kuò)散以及離心分離等多種作用機(jī)理綜合形成了濕式除塵器除塵技術(shù)機(jī)理。
通常情況下,水與含塵氣流接觸的方式主要為水滴、水膜和氣泡3種形式。濕式除塵器在凈化含塵氣流過程中實(shí)際上可能同時(shí)發(fā)生以上2種甚至3種接觸方式。因其具有初投資低、結(jié)構(gòu)緊湊,且對(duì)高濕高濃度的黏性粉塵也具有較高的除塵效率,因此應(yīng)用非常廣泛。
隨著我國(guó)工業(yè)水平的快速發(fā)展和環(huán)保要求的不斷提高,先后出現(xiàn)了各種高效濕式除塵器。不同類型的濕式除塵器的脫水方式以及分散液體的方式是不相同的,以下列表對(duì)幾種典型的濕式除塵器的性能進(jìn)行比較。
在以上幾種典型濕式除塵器中,除塵效率最高的是文丘里濕式除塵器,但其也存在能耗高、耗水量大的缺點(diǎn);其他除塵效率較高的濕式除塵器同時(shí)還具有體積大的缺點(diǎn);部分濕式除塵器除塵效率較低,無法滿足當(dāng)前環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求。
國(guó)內(nèi)外有關(guān)學(xué)者對(duì)濕式除塵器進(jìn)行了大量的研究工作,從濕式除塵器的除塵機(jī)理到某些參數(shù)對(duì)裝置的性能影響等方面均取得了許多理論成果,這為認(rèn)識(shí)和開發(fā)新型礦用濕式除塵技術(shù)及裝置奠定了良好的基礎(chǔ)。不過在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中,仍然沒有一種使用簡(jiǎn)便可靠的相關(guān)濕式除塵設(shè)備,國(guó)外已有荷電濕式除塵設(shè)備,結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜,在國(guó)內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)條件下無法使用。從國(guó)內(nèi)礦山使用濕式除塵器的情況看,水膜除塵器、沖擊除塵器、文丘里除塵器、纖維層過濾除塵器等常用設(shè)備中,這些設(shè)備或是除塵效率低、波動(dòng)范圍大,或是耗水量大、存在水處理問題,或是除塵效率雖高但阻力很大,或是除塵器易堵塞等等。其他新型除塵器如水霧荷電除塵器、纖維柵除塵器等僅停留在試驗(yàn)研究中,未在礦山推廣應(yīng)用。
礦用濕式除塵器經(jīng)過十幾年的發(fā)展,雖然在礦山應(yīng)用過程中取得了一定的除塵效果,但隨著國(guó)家節(jié)能減排要求的提高,濕式除塵器在礦山實(shí)際使用過程中,仍然存在一些不可忽視的問題。
(1)濕式除塵器的除塵效率與噴霧的參數(shù)、粉塵性質(zhì)密切相關(guān)。目前礦用濕式除塵器對(duì)礦山的呼吸性粉塵除塵效率不高。因此,礦用濕式除塵器的結(jié)構(gòu)、噴霧器型式及布置位置、噴霧水量和水壓等還需要進(jìn)一步研究?jī)?yōu)化,以提高濕式除塵器對(duì)礦山呼吸性粉塵的除塵效率。
(2)當(dāng)前礦用濕式除塵器的脫水裝置脫水效率欠佳,凈化后的氣流仍存在帶水情況,給后續(xù)設(shè)備和工作部件的運(yùn)行和管理帶來嚴(yán)重影響,這些水汽會(huì)引起風(fēng)機(jī)葉片運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡,使得風(fēng)機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)甚至葉片和地腳螺栓發(fā)生振裂現(xiàn)象。
(3)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有礦用濕式除塵器普遍存在除塵效率不高、阻力和能耗過大、漏風(fēng)率高、耗水量大、耐磨和耐腐蝕性能差等問題。
(4)目前使用的礦用濕式除塵器都是小風(fēng)量、低負(fù)壓的,按照國(guó)內(nèi)礦山的發(fā)展趨勢(shì),未來大產(chǎn)能、大規(guī)模的機(jī)械化開采必然要求礦用濕式除塵器朝大風(fēng)量、高負(fù)壓方向發(fā)展,在這種情況下如何滿足其除塵效率、阻力、能耗和降噪要求是未來急需解決的難題。
粉塵污染問題一直是礦山生產(chǎn)過程中的安全隱患,礦山除塵廣泛采用濕式除塵技術(shù)及裝備,隨著我國(guó)礦山企業(yè)對(duì)粉塵防治工作要求的進(jìn)一步提高,勢(shì)必對(duì)礦用濕式除塵器提出更高的要求。因此,礦用濕式除塵器需要在現(xiàn)有除塵器的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化,設(shè)計(jì)研發(fā)出更加適合礦山的新型礦用濕式除塵器。綜合考慮礦山生產(chǎn)的實(shí)際情況,未來應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮礦用濕式除塵器的發(fā)展方向:
(1)除塵效率高。隨著國(guó)家對(duì)粉塵排放濃度的限值越來越嚴(yán)格,針對(duì)礦山企業(yè)研究高效率的除塵設(shè)備是必然趨勢(shì)。如果除塵設(shè)備的凈化效率不高,雖然解決了崗位粉塵污染,卻產(chǎn)生了新的大氣污染問題。目前在礦山除塵系統(tǒng)中,由于普遍采用濕式除塵器,因此只有開發(fā)出高效的濕式除塵器才能達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。
(2)處理風(fēng)量大。當(dāng)前,隨著生產(chǎn)工藝設(shè)備不斷向大型化發(fā)展,除塵設(shè)備處理的粉塵氣流量也大大增加,沒有大型除塵設(shè)備就難以解決除塵風(fēng)量的需求。
(3)礦用濕式除塵設(shè)備的結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)優(yōu)化。對(duì)現(xiàn)有的濕式除塵器進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,在確保具有較高除塵效率的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步降低除塵器阻力、能耗等指標(biāo)以及研究除塵器排放的污泥綜合回收利用技術(shù)及設(shè)備。
(4)新型濕式除塵設(shè)備的研制。對(duì)現(xiàn)有濕式除塵器開展技術(shù)攻關(guān),開發(fā)出適應(yīng)礦山特點(diǎn)的新型高效礦用濕式除塵器,實(shí)現(xiàn)濕式除塵器的大型化、系統(tǒng)化、節(jié)能化以及智能化特性。