冶金锅炉内运行中扬尘检测及降尘装置设计研究

张丽娜，袁宏亮，凌付平

（江苏航运职业技术学院 教务处，江苏 南通，226010）

在冶金生产中，冶金锅炉是最常用的冶金设备。在工业发展时期冶金业蓬勃地发展起来，但锅炉燃烧煤块产生大量的烟和灰尘，飘散在空气中形成大量的空气污染。冶金锅炉内的扬尘检测非常有必要。在尘土飞扬的区域进行洒水降尘的方式可以迅速的减少空气中的尘土含量，并且操作简单成本较低，但洒水降尘的有效时间也很短，冶金锅炉是长时间运行[1]，一直进行洒水降尘并不现实。所以要改进这种降尘方式。本文设计一种扬尘检测的方法，检测冶金锅炉内运行所产生的尘土，并基于扬尘特征设计降尘装置，在密闭的冶金锅炉内，扬尘检测不受外部条件的干扰。可以进行不同时间段的重复检测。检测冶金锅炉的尘埃含量，设计可以随时降尘装置，要求检测方法操作简单可以在一定时间内反复使用，通过对比和分析发现，最适合的检测方法是在密闭的装置中进行扬尘检测。

降尘装置的设计原理是由洒水降尘中得到的设计灵感，利用喷雾中的水分子吸附灰尘的特性对冶金锅炉周围的环境进行降尘。吸附灰尘的能力主要是基于水分子的低张力特性。喷雾降尘的方式原本就适用于在大面积的积尘空间中使用，粉尘是大部分燃煤工厂的主要污染物之一，污染物必然会危害所有近距离接触的人的身体健康，粉尘属于易燃易爆物质[2]，在冶金锅炉周围长期堆积还是不小的消防隐患。工厂的生产环境通常比较恶劣，目前大部分需要除尘的工厂使用的除尘装置的除尘力度是合格的，但是装置只适合在实验室的环境中使用，精密仪器的连接过程太复杂不方便操作，精密仪器容易在恶劣环境中损坏，折算起来除尘的成本太高。因此本文设计降尘装置的重点就是适应工厂的环境并且组装操作简便。

1 冶金锅炉内运行中扬尘检测

基于冶金厂房的生产地点限制和粉尘检测本身的特点，在扬尘检测中选择激光散射法粉尘测量仪，在进行检测之前首先对仪器进行调试[3]，检测冶金工厂空气质量，与正常空气中的数据进行比较，比值偏差在1%~4.23%之内是正常的，否则是仪器测量值不准。现今的检测粉尘方式都是在监测地区的空气中取样，然后带回实验室进行检测，没有专门用来实验的尘土，本文使用符合ISO 12103—1标准的尘土进行实验，尘土的直径范围在25μm -150μm，大部分的尘埃颗粒是直径在75μm~100μm的中等颗粒，占尘埃总量的94%以上。中等颗粒比重符合研究标准，可以进行下一步检测。

冶金锅炉附近的空气环境一般以1km2内的空气监测站给出的数值为准，一般测试PM2.5和PM10两个数据。但由于冶金工厂的空气背景浓度和外部环境的空气背景浓度肯定具有一定偏差，因此要在空气监测站的检测数据上加上厂内检测浓度求平均值。

测量冶金锅炉周围环境的空气背景浓度无法使用空气监测站的专业仪器[4]，只能使用其他办法，首先用清水洒满冶金厂房的地面，将地表的污水进行取样后吸干，自然通风和热光源辅助的方式让厂房地面迅速恢复干燥的状态。将测量仪放在厂房的中间，实验人员在厂房内匀速的走动，使用小推车在厂房内匀速的走动。使用检测装置以(20±2)km／h的速度在厂房内移动。进行连续30 min的不间断测量，测量空气中的PM2.5和PM10数值，与空气监测站的数值相加求平均值，与标准的尘土残留数量进行对比，与标准数值接近。

按照上述步骤测量出来的空气环境值布置实验环境，将测量仪放在实验环境中再次测试实验环境是否符合标准。冶金锅炉不停止运转，在此期间多次随机进行清水洒满地面的方式进行污水取样[5]，只需要检测污水取样的数值并布置实验环境，直接检测实验环境中的空气质量即可，通过为期24h的检测，最终得出冶金锅炉内运行中扬尘检测结果。

2 冶金锅炉内运行中降尘装置设计

喷雾降尘装置喷出的液体在阻力的作用下产生液膜，空气中的非颗粒气体与液膜不产生任何反应。但粉尘颗粒会被液膜包裹增加本身的重量，降落到地面上，增加液体喷射的速度，就能捕捉到空气中更多的粉尘，基于以上原理进行降尘装置设计。

2.1 降尘装置整体结构设计

基于降尘装置的设计原理，该装置的核心装置应为高压水泵、补水箱和检测传感器。装置的结构示意简图如图1所示：

图1 降尘装置示意图

由图1可知，高压喷雾器与水箱相连接，安装在锅炉周围。喷雾器采取多喷嘴样式，喷嘴环绕喷雾器一周，在进行降尘喷水的时候会形成一面喷雾墙，环绕在冶金锅炉周围，保持一定的安全距离在起到除尘效果的同时不影响锅炉的正常使用。

2.2 高压水管组合设计

高压水管与普通的输水水管不同，由三部分共同组成，金属质地的水管材质更加坚硬，装置位置更靠近锅炉。与可变形水管相连接中间安放高压水泵，但在可变形水管和喷雾机之间还需要连接一段可挠动金属高压管，金属水管的质地虽然坚硬但灵活性也更差，基本固定之后就不能随意移动，无法根据需求进行形变[6]。可挠动金属高压管可以随着喷雾机的转动而跟着转动，灵活性很高。不会在装置运作的时候发生水管断裂的现象导致喷雾器失去水源供给。三个高压管外加上高压水泵形成密闭的流水管道。可挠动金属高压管将水流输送到高压喷雾器中时，高压水泵给予合适的水压，高压迫使水流流动到喷嘴处喷射而出，无数喷嘴中喷射出来的水雾连接在一起。形成一道可视的屏障。

2.3 补水水箱优化设计

高压喷雾器中的水来自于水箱，但水箱的容积有限，与水箱连接的补水水箱才是最终的补水水源。进水管与工程的自来水管相连接，进水管上安装进水开关，需要补水的时候打开开关自来水就自动被抽进水箱当中，水箱快满了的时候开关自动关闭，停止水箱进水。进水管上的开关下连接水箱均水感应器，保持水箱永远是满水状态，水箱中有过滤罩和污染阻挡板，蓄水和出水势必会造成液体波动。巨大而持久的波动不利于水箱的稳定性，均水感应器处理随时进行蓄水之外还有平稳水箱内液体的职责，保证无论是进水时水量大量增加，还是降尘装置工作时水量大量减少，液面都不会产生太大波动。

高压喷雾器中如果使用纯净水不仅浪费水资源还会提高降尘成本，但厂区的地下水未必像居民区的地下水一样干净，可能会含有泥沙等颗粒状物质，本身含有泥沙的水降尘能力会削弱，因此在补水箱中设有污染阻挡板将水中的固体污染物进行过滤将大颗粒泥沙过滤出去之后，过滤罩在过滤直径下的杂质[7]，避免小颗粒杂质在喷嘴处堆积造成喷嘴堵塞。

2.4 粉尘感应器的优化设计

高压喷雾器并不是毫无目标的进行降尘处理，在进水口一端安装粉尘传感器。传感器需要和变频电进行连接，和高压水泵共用一个电源即可，传感器的主要作用是在冶金锅炉运行期间检测厂区内的粉尘浓度是否需要进行降尘，变频控制器连接在粉尘传感器上，粉尘的含量超过标准参数的时候开始进行降尘处理，在开始降尘的10min内，高压水泵提供的压力是最足的，经过一段时间的降尘，空气中的粉尘含量降低，传感器反馈给变频控制器的粉尘含量减少，高压水泵降低压力输出，将降尘系数调低，摆正降尘功效的同时降低能源浪费。

3 实例分析

针对降尘装置能否胜任降尘工作的问题，将该降尘装置运用在某冶金公司的生产车间中，检测无降尘设备时候的粉尘含量，和运用降尘装置之后，空气中的粉尘含量，进行降尘率的对比，证明本文设计的装置的实用性。

3.1 项目概况

A冶金工厂使用的冶金设备为MG13900/742WQ的三代冶金设备。冶金锅炉型号为FZ4000/125/774，使用的冶金能源为煤炭，煤炭的硬度为0.74，厂房内采取自然通风的方式，测得当地夏季的平均风量为1642m3/min，使用的煤炭的含水量为1.5%，在煤炭含水量算比较适度。在煤炭燃烧的过程中容易产生粉尘，冶金工厂主要采取物理除尘技术，既在煤块上洒水，但洒水量过大煤块就不容易点燃，影响正常的锅炉燃烧工作，必须保证煤块在注水之后的含水量不能超过2%，否则影响正常使用。在锅炉燃烧的过程中在厂区喷水除尘，除尘有效时间为30min，想要保持24h的除尘效果需要每隔半个小时就进行一次喷水，浪费大量的水资源，也影响正常的冶金工作，喷水频率只能控制在4h一次才不影响正常生产，但除尘效果大打折扣。A冶金厂内锅炉附近的粉尘浓度在500mg/m3以上，严重超过国家制定的健康标准，厂房内的其他地方的粉尘浓度也在300mg/m3以上。危害员工的身体健康。粉尘浓度达到一定程度甚至会产生遮挡视线的影响，一定要及时进行降尘改造。

3.2 应用分析

使用本文设计的降尘装置进行降尘处理，并设置检测点，在扬尘检测的环境中进行全程的降尘检测。分析本文设计的降尘方式的降尘效果。在上风向地区、下风向地区进行数据监测，得出的检测结果如表1。

表1 应用前后粉尘检测对比结果

降尘效果如表1所示，降尘之后5个检测点检测的数据显示，无论是逆风情况还是顺风情况，空气中全尘和呼吸性粉尘的含量都下降了，将五个检测点的下降含量进行计算并取平均值，带入粉尘浓度下降的公式：

公式中的X为粉尘浓度下降率，an为顺风的平均全尘量，am为逆风的平均全尘量。bm为应用后的顺风的平均全尘量，bn为应用后的逆风的平均全尘量。将数值带入公式得到全尘的粉尘浓度下降率为87.35%，同理将公式中的全尘数据都替换成表格对应的呼吸性粉尘数据，就可以求出呼吸性粉尘的下降率为89.24%。除尘效果非常明显。

4 结语

本文基于传统冶金锅炉技术的特点，优化了原本的除尘装置，提高了冶金工厂的除尘效率，除尘过程避免派遣额外的人员工作，实现了工程自动化除尘。装置安装操作简单，组成部件中没有精密易损的仪器适用于工厂除尘，本文的除尘装置的除尘效果很好，保证了工人的健康安全和冶金厂房附近居民的生存环境不被粉尘污染。