翻车机除尘方式的选定与治理

郭海峰

【摘 要】翻车机本体在运行中飞扬的粉尘不能抑制，造成设备及周边积尘严重，严重影响着设备检修作业的正常开展和工作人员的身体健康。针对设备现状综合国内外所有除尘设备的应用和调查，通过各种除尘设备的科学原理论证与实际效果比较，选定最优除尘方式，使翻车机运行中的粉尘得以控制，改善现场的检修环境。

【摘 要】翻车机；除尘；治理

0 前言

国华盘电输煤设备采用C型翻车机，翻车机铣切机层长20米，宽9米，高3.1米，翻车时间周期为4分钟。

翻车机作为一种大型、高效率的卸料机械，已广泛应用于我国工业生产中，它的作用是翻卸装有物料的标准高度敞车。翻车机房是为生产线提供原材料的场所，车间的主要设备有列车、翻车机、料仓、皮带给料机和带式输送机。电厂的煤主要是通过铁路运输至现场，卸料是由翻车机来完成的。其工艺过程是：原料经过列车运至翻车机房，翻车机将车厢中的物料卸至料仓，料仓中的物料经皮带给料机送达带式输送机，再运至堆料场、中间仓。

在卸料过程中，由于物料是自由落体，速度较快，势能转化为动能，形成反弹上升的尘暴。因为动力较大所以很难控制。在翻车机区域，粉尘污染已相当严重。卸料过程中产生的粉尘浓度高达上千毫克每立方米，危害着现场职工的身体健康（污染情况见图1）。

电厂所用的是褐煤，它是一种介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色的低级煤，质量指标随井下采面条件而变化，存在一定的不确定性。它的特点是内水含量较高，一般在20%～30%，是目前起尘较大的一种煤。这在治理上也加大了难度。

1）翻车机房内粉尘的扩散

由于任何粉尘都要经过一定的传播过程才能向空气中扩散。这种使尘粒从静止状态变成悬浮状态的过程称为“尘化”。根据现场的观察和理论分析，翻车机房内尘化的原因主要有以下三点：

（1）翻车机在倾卸物料时，粉尘与粉尘之间、粉尘与固体壁面之间均产生碰撞和挤压，在半封闭空间中的空气受到扰动，产生运动，引起粉尘尘化。

（2）物料在空气中以一定的速度运动时，能带动周围空气随其一起流动，这部分空气称为诱导空气。诱导空气又会卷吸一部分粉尘随空气一起流动，这是发生诱导尘化原因。

（3）长方体的列车车厢在翻车过程中，会绕某一转动轴随翻车机一起转动，车厢的两个侧面和地面好像三面扇子，绕轴做旋转运动，因此会在车厢周围产生一股旋转气流，这股气流会携带下落过程中的粉尘一起运动，产生尘化。

上述几种使尘粒由静止状态进入空气中浮游的尘化作用，称为一次尘化作用，它的能量很小，只能造成局部污染。污染扩大的主要原因是二次气流，它会把粉尘带到整个栈桥形成更大的危害。

2）粉尘的危害

（1）对人体的危害

当粉尘经呼吸系统被人体吸入后，在肺中沉积，尤其是粒径小于2微米的粉尘颗粒，会引起纤维性病变，使肺部组织逐渐硬化，严重损害呼吸功能，导致尘肺职业病的发生。尤其在煤炭、火电、化工等行业，尘肺病的发病率极高。据悉，在2001年我国尘肺病累积发病人数为56.9万例，今后每年呈递增趋势。严重危害了人体健康，已引起党和国家领导人的高度重视。

（2）对设备的危害

大量粉尘颗粒散落在皮带转动轴上，会加速转动轴的磨损速度，引起机械的早期损坏、漏油等。粉尘落在电气元件上，会使元件接触不良，控制失灵。

（3）易爆炸

当室内粉尘量积累达到一定程度时，还会引起火灾。尤其是挥发份大于25%以上的煤种，在空气中的浓度达到35g/m3以上时，即遇火爆炸。

为完成国家“十一五”节能减排目标，构建社会主义和谐社会，在实现安全文明生产的同时，还要注意保障工人们的身体不受损伤。为延长设备的使用寿命、提高劳动生产率，现有治理粉尘的装置已经远远不能满足国家对环境保护、节能减排、低碳经济及保护员工健康的要求，因此必须选择一种高效率的抑尘方式对煤炭储运系统粉尘进行治理。

1 国内外抑沉设施报调查

翻车机房内的粉尘属于半封闭式无组织排放污染源，所谓无组织排放是指大气污染物不经过排气筒的无规则排放形式。其特点是不受人为控制，尤其是对于10微米以下粉尘颗粒，不易收集、难处理，在无形当中增加了治理难度。

1.1 传统的粉尘防治措施

1.1.1 除尘的常规处理方法及应用

根据除尘方法的特点，除尘的装置有：机械除尘器；电除尘器；湿式除尘器；过滤除尘器。

1）机械除尘

机械除尘通常指利用质量力（重力、惯性力和离心力等）的作用使颗粒物与气流分离的装置、惯性除尘器和旋风除尘器等。

（1）重力沉降室

重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置，其主要优点是：结构简单，投资少压力损失少，维修管理太容易。但它的体积大，效率低，只能出去较大和较重的粒子，因此只能作为高效除尘的预尘装置。

（2）惯性除尘器

为了改善沉降室的除尘效果，可在沉降室内设置各种形式的挡板，使含尘气流冲击在挡板上，气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力的作用，使其与气流分离。惯性除尘器一般用于净化密度的粒径较大的金属或矿物性粉尘具有比较高的去尘效率。对粘结性和纤维性粉尘，则因易堵塞而不宜采用。其捕集的粉尘一般为粗粉尘，粒径〉20μm的粗粉尘，对于呼吸性粉尘去除效率很一般。

（3）旋风除尘器

旋风除尘器是利用旋风气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。它具有结构简单、应用广泛、种类繁多等特点。影响旋风除尘器的效率的因素有：二次效应、比例尺寸、烟尘的物理性质和操作变量。旋风除尘器的最大缺点是：容易引起二次扬尘，特别是对于粒径小的呼吸性粉尘，大大降低了除尘效率。

2）电除尘

电除尘是含尘气体在通过高压电厂进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘极上，将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。电除尘过程中与其他除尘过程的根本区别在于，分离力（主要是静电力）直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上，这就决定了它具有分离粒子耗能小、气流阻力也小的特点。在电除尘器中，为保证其在高效率下运行，必须使粒子荷电，并有效地完成粒子搜集和清灰等过程。

3）湿式除尘

湿式除尘是使含尘气体与液体（一般为水）密切接触，利用水滴和颗粒的惯性碰撞及其他作用搜集颗粒或使颗粒径增大的装置。实施除尘器可以有效地将直径为0.1-20μm的液态粒子从气流中出去，同时，也能脱除部分气态污染物。它具有结构简单、造价低、占地面积小、操作及维修方便和净化效率高的特点，能处理高温、高湿的气流，将着火、爆炸的可能降至最低。但采用实施除尘器时也要特别注意设备和管道腐蚀以及污水和污泥的处理等问题。湿式除尘过程也不利于副产品的回收。如果设备在室外，还必须考虑在冬天设备可能冻结的问题。再则去除微细颗粒的效率也较高，则需要使液相更好地分散，但能好增大。

4）过滤式除尘器

过滤式除尘器，又称空气过滤器，是使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置，采用虑子或玻璃纤维等填充层作滤料的空气过滤器，主要用于通风及空气调节方面的气体净化。采用廉价的砂、硕、焦炭等颗粒物作为滤料的颗粒层除尘器。采用纤维织物做滤料的袋式除尘器，在工业尾气的除尘方面应用较广泛。袋式除尘气的除尘效率一般可达到99%以上。虽然它是最古老的除尘方法之一，但由于它效率高，性能稳定可靠、操作简单，因而获得越来越广泛的应用。同时，在结构形式、滤料、清灰方式和运行方式等方面也得到不断地发展、滤袋形状上为圆形，后来出现了扁袋，在相同过滤面积体积小而显示较大的生命力。

5）微米级干雾抑尘装置技术

微米级干雾是采用超声波技术使水雾变成超细的水滴，微米级干雾粒径小，其粒径<10μm。与空气接触面积大，蒸发效率高能使含尘区水蒸汽迅速达到饱和，不仅能满足改善呼吸性粉尘湿润性所需要的条件，还能通过云物理学、空气动力学、斯蒂芬流的输送等多种机理实现“呼吸性粉尘”的搜集。此技术除尘效率高，特别是对于微细粒径的呼吸性粉尘，除具传统湿式除尘器优点之外，更主要的优点是：其雾化水颗粒粒径特别小，容易与粉尘颗粒结合而凝聚沉降下来，故其用水量比湿法除尘大大减少，只需传统湿式除尘用水量的千分之一，甚至更小。沉降下来的粉尘以类似“泥饼”形式存在，故而后续处理设备简单，运行费用低。

1.1.2 微米级干雾抑尘装置的意义

微米级干雾抑尘装置有以下几方面的优点：

1）微米级干雾捕尘技术无需清灰，除尘用水量少，需处理的出水量也少，不会二次污染，从而改善了工作人员的工作条件。

2）如若采用微米级干雾捕尘则不会造成二次污染，只要将水、压气输送至各自产尘点，即可容易实现整个除尘系统由一个中心控制进行控制，大大方便除尘管理工作。

3）除尘系统占地空间小，可节省厂房内的有效空间，降低基建投资。

4）与一般除尘器相比，此捕尘技术可节约二分之一能耗，大幅度降低除尘运营成本，节省投资，安装成本低，捕尘性能可靠性能好，维修量小，维修费用低。

综上所述，微米级干雾抑尘是一种实用性强、应用范围广的除尘方法，其具有除尘效率高，除尘装置简单，处理成本低廉，运行维护容易，产生二次污染的可能性小等传统方法不可以拟的优越性和安全性，因此，微米级干雾抑尘装置在工业除尘上具有良好的发展前景，已成为国内外除尘方法的趋势。

1.2 国内外解决方案

1.2.1 国外解决方案

20世纪70年代末，美国的Colorado矿业学校的斯考温德和布朗在一份研究报告中提出，采用微细水雾铺尘能解决呼吸性粉尘的除尘问题。报告指出，人们早就意识到，一般的喷雾对除去呼吸性粉尘的效果不理想，其原因是水雾的粒径太大（粒径200-600μm）。从空气动力学原理来说，粉尘颗粒越小，与粉尘粒径相近的水雾更能有效地从气流中除去粉尘。因此，人们不断改进喷雾器的结构，以使水雾喷得更细，接近甚至小于呼吸性粉尘颗粒的粒径。然而，随着水雾越来越细，担心水雾在捕捉到粉尘之前就会在相对湿度不到100%的空间迅速蒸发掉，从而阻止了人们对喷雾器的进一步研究。后来，斯考温德和布朗经研究后提出了新见解，认为当水雾蒸发为水蒸气后就进入了云物理学范畴，这是另一种机理——冷凝核化的机理将起重要作用，这就是水雾不断蒸发，使空气中的水蒸气迅速饱和，饱和后的水蒸气会直接在粉尘上凝聚，使粒径不断增大。虽然增大的速度与粉尘的亲水性、温度、电荷等因素有关，但是，令人鼓舞的是这种增大不需要太多，只要到10-20μm就会落下或轻易地被一般水雾除去，显现出对控制微细的呼吸性粉尘的良好效果。

在上述理论的指导下，美国率先开发出一种能喷微细水雾的干雾抑尘装置。这种干雾抑尘装置由压缩空气驱动，当高速流冲击共振腔时，在出口与腔之间由于聚能而产生超声场，当泵入水时水迅速被雾化成浓密的微细水雾，水雾的粒径通过调节压力可在1-50μm之间变化。STAR LIGHT集团把这种干雾抑尘装置用在煤的破碎、筛选、皮带转运站的除尘中，方法是在落料罩及受料皮带上喷细雾，将扬起的粉尘直接抑制在产尘点上，取得了很好的效果。因为这种水雾的直径比普通的水雾小10倍以上，由于雾粒体积与直径三次方成正比，超声雾化效率提高了1000倍以上，所以仅用少量的水就可以获得极高的除尘效率，被誉为干雾抑尘装置。这种细雾冬季不会使煤冻结，抑尘时煤的湿度增加很少，不会降低煤燃烧的热效率，因此，首先在美国发电厂的除尘系统中全面推广使用。

1.2.2 国内解决方案

在国内，现已成功研发出微米级干雾抑尘装置。该装置可广泛应用于港口、火电、钢铁、矿场、化工等无组织排放场所固定污染源密闭或半密闭空间，具有超乎想象的抑尘能力，在翻车机房、筛分塔、皮带传送机转接塔的抑尘效率均达到90%以上，尤其是捕捉大小约5微米可吸入浮尘方面具有其它抑尘设备无法比拟的优势。

1.3 装置原理

实践证明，最细小的粉尘颗粒只有当水滴很小或加入化学制剂以减小水的表面张力时才会凝结成团。当水雾颗粒直径大于粉尘颗粒，那么粉尘只是跟随水雾颗粒周围的气流运动，水雾颗粒与粉尘颗粒接触很少或者根本没有接触，达不到抑尘的作用；当水雾颗粒和粉尘颗粒直径大小接近时，粉尘颗粒随气流运动时与水雾颗粒碰撞、接触而凝结在一起。从而实现了水雾对粉尘的“过滤”作用，此技术在日本已被广泛使用，特别是在2010年上海世博会上，日本馆就采用干雾降温技术降温、除尘，得到了广泛的好评。

1.3.1 干雾颗粒

微米级干雾抑尘装置能够喷射出不同直径的水雾，其范围在1-10微米之间。下图是采用特殊仪器检测出的“态达”牌微米级干雾抑尘装置喷射出的水雾粒径图（图2）。

1.3.2 “云”物理学原理

“云”物理学原理，微细水雾喷向含尘空间时，能在很短时间内蒸发，使喷雾区水蒸气迅速饱和，过饱和水蒸气凝结在含尘区内悬浮的大量粉尘粒子上，此后就开始了凝聚和并合的微物理过程。这主要是由于水的相变和云滴形成所导致的温度、浓度变化，加之喷雾雾流引起的含尘空气运动，使携带着粉尘粒子的云滴和其他水雾粒子相互碰撞、凝并进而增重下沉，形成“雨”降落下来。另外由于水蒸气在呼吸性粉尘表面的凝结，不仅改善了粉尘的亲水性能，而且也增大了粉尘的体积与重量，这都对粉尘捕集起着促进作用。这种机理对抑制亚微米及微米级的粉尘特别有效。

1.3.3 抑尘效果

这些水雾能够充分的与粉尘颗粒凝结，起到抑制粉尘上扬的作用。经国家科学技术委员会科技成果鉴定，净化效果可达97.7%以上，大大优于各种传统抑尘设备。尤其是对粒径在10微米的飘尘，效果尤为显著（图3）。

如图所示，当上扬的粉尘颗粒遇到水雾时，由于粒径大小相似而相互凝结。随着数量的增多，逐渐凝聚成颗粒团，在重力的作用下沉降下来，进而达到了抑尘的目的。

1.3.4 显著优势

微米级干雾抑尘装置不仅抑尘效率好，而且前期投入费用少，后期运行维护费用低，能够达到节能减排的目的。其最大优势就是一年四季均可使用，这主要是因为干雾抑尘装置采用先进的技术，在装置中配有伴热带，喷出的干雾在冬季不会结成小冰滴。从而不会影响冬季抑尘效果。

2 翻车机配置抑尘设施方案

由于翻车机房内两套一翻翻车机系统，翻车周期为4min，现设计喷雾时间为30秒。两套一翻翻车机系统及输煤系统共设计安装2套干雾抑尘系统（分别为Ⅰ号干雾抑尘系统和Ⅱ号干雾抑尘系统）。Ⅰ号干雾抑尘系统由1台SLT-2C的干雾抑尘机、1套8m3的储气罐、2套SLB-6B喷雾箱喷雾器总成、18套SLB-8B喷雾箱喷雾器总成、20套WA-K控制器、水气连接管、控制系统和电伴热系统组成。

2.1 干雾抑尘系统安装位置

Ⅰ号干雾抑尘系统的干雾抑尘机设计安装在干雾机操作室内。储气罐设计安装在干雾机操作室的外面。喷雾箱喷雾器总成设计安装在翻车机料仓的四周，翻车机的前侧（倾卸物料侧）设计安装9套SLB-8B喷雾箱喷雾器总成；翻车机的后侧设计安装9套SLB-8B喷雾箱喷雾器总成；翻车机进出火车的两端各设计安装1套SLB-6B喷雾箱喷雾器总成，两端共设计安装2套SLB-6B喷雾箱喷雾器总成。在每个喷雾箱喷雾器总成的前端各设计安装1套WA-K控制器。喷雾箱喷雾器总成与干雾抑尘机由水气连接管连接。在整套的干雾抑尘系统中所有的水气管道都设计安装电伴热系统，保证环境温度低于﹢5℃时可以正常使用。翻车机前侧的喷雾箱喷雾器总成由A号控制线进行控制；翻车机后侧的喷雾箱喷雾器总成由B号控制线进行控制。Ⅱ号干雾抑尘系统与Ⅰ号干雾抑尘系统的设计配置一样。其平面解剖图见图4、图5。

微米级干雾抑尘装置不仅抑尘效率好，而且前期投入费用少，后期运行维护费用低，能够达到节能减排的目的。其最大优势就是一年四季均可使用，这主要是因为干雾抑尘装置采用先进的技术，在装置中配有伴热带，喷出的干雾在冬季不会结成小冰滴。从而不会影响冬季抑尘效果。

3 结论

通过对各种除尘设施的原理分析和现场使用效果测评， 干雾抑沉设施是综合性能最好的选择，根据我厂翻车机现场的实际布置特性更适于安装干雾除尘设备。

【参考文献】

[1]防止电力生产重大事故的二十五项重点要求[Z].

[2]电力安全工作规程[Z].

[3]除尘设备原理大全[Z].

[责任编辑：杨玉洁]