湿式除尘

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湿式除尘器在矿山的应用现状分析
发布日期:2022-05-17 09:08:36浏览量:768

粉尘是矿山企业最主要的职业病危害因素,矿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尘排放标准的要求。

1 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。

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成了湿式除尘器除尘技术机理。

2 发展现状

通常情况下,水与含尘气流接触的方式主要为水滴、水膜和气泡3种形式。湿式除尘器在净化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。

随着我国工业水平的快速发展和环保要求的不断提高,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。

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尘器同时还具有体积大的缺点;部分湿式除尘器除尘效率较低,无法满足当前环保标准的要求。

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。

(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。

(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。

4 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。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:

(1)除尘效率高。随着国家对粉尘排放浓度的限值越来越严格,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。

(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。

(3)矿用湿式除尘设备的结构及性能参数优化。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。

(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。