超重力技術(shù)在礦業(yè)除塵處理中應(yīng)用淺談

祁才克(河北冀都環(huán)?？萍加邢薰?石家莊 050022)

寧艷英(北京市環(huán)境保護科學(xué)研究院 北京 100037)

前言[1]

超重力分離技術(shù)的核心部件為一高速旋轉(zhuǎn)的環(huán)狀轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子內(nèi)由塔板或填料組成,形成了氣液相接觸的表面通道,液體從伸入轉(zhuǎn)子中心的靜止液體分布器引入,先經(jīng)分布器預(yù)分布后噴向轉(zhuǎn)子內(nèi)緣,在離心力作用下向外甩出,氣體由轉(zhuǎn)子的外緣進入轉(zhuǎn)子,依靠氣體壓力,由外向內(nèi)與液體逆流接觸。氣、液兩相在轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的極大離心力場中進行傳質(zhì)交換,在離心力的作用下,液體形成的液膜很薄,表面更新極快,而且液體內(nèi)的微元湍動程度加大,因此極大地強化了液相傳質(zhì)系統(tǒng)。另外,由于離心力極大地提高了設(shè)備操作的液泛限,使氣液相的流率和填料比表面均比傳統(tǒng)塔器大大提高,因此體積傳質(zhì)強度比傳統(tǒng)設(shè)備提高了兩個數(shù)量級。應(yīng)用超重力機能很好地完成化工生產(chǎn)過程的分離,吸收等操作,并能很明顯地提高經(jīng)濟效益。

一、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

國外的精餾,吸收,對天然氣干燥、脫炭、脫硫,解吸,從受污染的地下水中吹出芳烴,化學(xué)熱泵(吸收解吸),旋轉(zhuǎn)電化學(xué)反應(yīng)器及燃料電池(快速去除氣泡,降低超電壓),旋轉(zhuǎn)盤換熱器,蒸發(fā)器旋轉(zhuǎn)聚合反應(yīng)器,選擇性吸收分離天然氣中的H2S與CO2,聚合物脫除揮發(fā)物(聚苯乙烯脫單體)等內(nèi)容方面已進行了多年研究、開發(fā)和應(yīng)用,有的已達商品化的程度[2]。

目前,我國利用超重力技術(shù)的成果主要還有:

1.油田注水脫氧。采用超重機技術(shù),操作簡便,可節(jié)省23%的投資,節(jié)省25%的操作費用,節(jié)省80%的占地面積,尤其是對海上采油注水脫氧的處理,其經(jīng)濟效益更為顯著[3]。

2.鍋爐水脫氧。脫氧指標(biāo)高,指標(biāo)穩(wěn)定,易于操作,易于控制,且不需要加任何化學(xué)脫氧劑[4]。

3.含SO2煙氣脫硫。以國內(nèi)硫酸生產(chǎn)排放的尾氣為例,通常含SO23000mg/kg,若達到100mg/kg的指標(biāo),則需串聯(lián)三臺填料塔。而有超重機進行回收,SO2排放指標(biāo)可達到100mg/kg以下[5]。

4.除塵。用超重機替代常規(guī)的洗滌塔、電除塵器、電除霧氣等,用于酸、氨、堿、肥及石油化工等大型化工生產(chǎn),可改變整個氣體序化過程裝置面貌及環(huán)境條件[6]。

二、超重力技術(shù)應(yīng)用于礦業(yè)除塵可行性

1.礦業(yè)粉塵的危害[7]

粉塵問題是煤礦五大災(zāi)害之一,給井下安全生產(chǎn)帶來極大的威脅,并嚴(yán)重地危害井下工人的身體健康，還降低作業(yè)場所的能見度引發(fā)危險,同時加速機械磨損,而且縮短精密儀器的壽命。因此對粉塵濃度實行嚴(yán)格控制,最大限度地降低作業(yè)人員的接塵量是減少礦井煤塵爆炸的有效途徑,尤其是減少呼吸性粉塵濃度。

2.在礦業(yè)粉塵處理應(yīng)用領(lǐng)域

多年來,超化礦對煤塵治理進行了不斷的探索與實踐,應(yīng)用了煤壁注水、采煤機內(nèi)外噴霧、拉架噴霧、放煤噴霧及各轉(zhuǎn)載點轉(zhuǎn)載噴霧、進回風(fēng)巷全斷面風(fēng)流凈化裝置、定期沖洗巷道煤塵及通風(fēng)降塵等綜合防塵技術(shù)研究。除塵器的選擇要考慮多種因素和條件，一般可按下面的原則選型。

（1）按處理氣體量選型：處理氣體量的多少是決定除塵器大小類型的決定性因素，

（2）按粉塵的分散度和密度選型：粉塵分散度對除塵器性能影響很大，因此，在選擇除塵器的形式時，首先要確切掌握粉塵的分散度。

（3）按氣體含塵濃度選型

除塵是由作為單元操作之一的氣固相分離操作發(fā)展起來的,是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中一項不可缺少的環(huán)節(jié).采用超重力旋轉(zhuǎn)床對發(fā)電廠燃煤飛灰的捕集效率達99%以上,壓降不大于3000 Pa,切割粒徑范圍與電除塵相當(dāng),但設(shè)備占地面積、價格及能耗方面遠(yuǎn)優(yōu)于電除塵法,是一種極有推廣前景的除塵技術(shù)及設(shè)備[9,10]。而在關(guān)鍵步驟進回風(fēng)巷全斷面風(fēng)流凈化裝置和通風(fēng)除塵技術(shù)方面可以換用超重力除塵設(shè)備，再次使煤塵指標(biāo)明顯下降,達到更好的除塵效果，降低粉塵濃度，凈化空氣，給作業(yè)工人創(chuàng)造更高的工作環(huán)境。

3.超重力除塵技術(shù)的特點[1]

通過參考國內(nèi)在超重力技術(shù)方面的研究工作，發(fā)現(xiàn)超重力除塵技術(shù)及設(shè)備作為一種濕法除塵技術(shù)及設(shè)備與現(xiàn)有傳統(tǒng)除塵技術(shù)及設(shè)備相比存在的明顯優(yōu)勢：

1.除塵效率高：對電廠燃煤飛灰的捕集率高達99.9%，對3μm以上粒子的捕集率高達100%。

2.切割粒徑小：超重力除塵設(shè)備的切割粒徑范圍在0.02～0.3μm。

3.出口氣體含塵量低：超重力除塵設(shè)備的出口氣體含塵量低于100mg/m3,完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.設(shè)備體積?。翰徽撆c何種工業(yè)設(shè)備相比，超重力除塵設(shè)備的體積都要小得多，相應(yīng)其設(shè)備投資及占地面積也就小很多。

5.設(shè)備適應(yīng)性好：超重力除塵設(shè)備對粒子的物性（如有機、無機、親水、憎水等）、濃度變化、粒子的粒度范圍大小均有良好的適應(yīng)性。

6.設(shè)備操作彈性大：超重力除塵設(shè)備對處理氣量的變化不敏感，對在設(shè)計氣量50%～120%范圍內(nèi)的變化均能良好適應(yīng)，可以保證正常操作。這是一般濕式除塵設(shè)備所無法比擬的。

7.壓降小：超重力除塵設(shè)備的壓降一般均在200～300mmH2O,比文丘里洗滌器、濕式填料除塵塔的壓降（500～1000 mmH2O，1 mmH2O=9.80665Pa）低得多，也低于一般沖擊式洗滌設(shè)備的壓降。

8.氣液比小：超重力除塵設(shè)備的氣液比一般在800～1000。因此配套液體循環(huán)及處理設(shè)備將比一般濕式除塵要小，因此該部分設(shè)備投資及操作費用將減少。

9.操作維修方便：作為低速（300～500r/min左右）轉(zhuǎn)動設(shè)備而言，其操作維修與一般工業(yè)泵及離心機相當(dāng)。

從實驗數(shù)據(jù)來看，選轉(zhuǎn)床設(shè)備的除塵效率達到了99%以上，出口含塵濃度一般小于100mg/m3，達到了工業(yè)除塵裝置的氣體排放標(biāo)準(zhǔn)。超重力旋轉(zhuǎn)床可以看成是旋風(fēng)洗滌器與濕式纖維層除塵器的串聯(lián)組合，因而在除塵效率上比傳統(tǒng)的旋風(fēng)洗滌器和填料塔優(yōu)越。由于高速旋轉(zhuǎn)地作用，旋轉(zhuǎn)床的液泛點明顯高于填料塔、板式塔，也高于常用的實施洗滌設(shè)備，因而處理氣量更大，更能適應(yīng)氣-液參數(shù)的波動所可能帶來的操作上的不穩(wěn)定性。在旋轉(zhuǎn)床中，液體由轉(zhuǎn)子中間噴入，由填料的高速旋轉(zhuǎn)提供巨大的離心力后以高速通過填料層，對填料層起到了沖刷作用，為集塵被纖維或液膜捕集后能夠迅速脫離有效分離區(qū)域。使粉塵能夠始終保持與更新的液膜和纖維表面進行接觸，提高了捕集效率。實驗中發(fā)現(xiàn)，即使在100g/m3的進口含塵濃度下，旋轉(zhuǎn)床設(shè)備也完全不會因為粉塵堆積過多而堵塞，從而避免了普通纖維層除塵器機械振動或法槌流程的麻煩。

結(jié)束語

超重力機的具有如下特點：極大地縮小了設(shè)備尺寸與重量；極大地強化了傳遞過程；物料在設(shè)備內(nèi)停留時間極短（100ms～1s）；易于停開車，維護與檢修方便；快速而均勻的微觀混合等等?；谝陨咸攸c，超重力技術(shù)應(yīng)用于礦業(yè)粉塵處理方面具有廣闊的工業(yè)前景。

[1]陳建峰,等[M].《超重力技術(shù)及應(yīng)用》化學(xué)工業(yè)出版社,2003年1月.

[2]趙曉曦,鄧先知,等.超重力技術(shù)及其在環(huán)保中的應(yīng)用[J].化工環(huán)保,2002年6月.

[3]周緒美,郭鍇,等.超重力場技術(shù)用于油田注水脫氧的工業(yè)研究[J].石油化工,1994年12期.

[4]超重力鍋爐水脫氧技術(shù)及設(shè)備[J].化工科技市場,2003年03期.

[5]潘朝群,鄧先知,等.雙堿法多級霧化超重力旋轉(zhuǎn)床煙氣脫硫研究[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2002年10期.

[6]張艷輝,柳來栓,等.超重力旋轉(zhuǎn)床用于煙氣除塵的實驗研究,環(huán)境工程,2003年06期.

[7]陳東春,徐培銘,李燃.煤礦粉塵現(xiàn)狀及綜合防治技術(shù)探討，礦業(yè)工程，2010年6月.

[8]鄭 偉,李曉民,張團部,管盼君.礦井粉塵治理的創(chuàng)新與應(yīng)用，中州煤炭，2010年第7期.

[9]Chen Jianfeng(陳建峰).High Gravity Technology and Appli?cation)A New Generation of React ion an d Separation.Technology(超重力技術(shù)及應(yīng)用)))新一代反應(yīng)與分離技術(shù)).Beijing:Chemical Industry Press,2003.

[10]Song Yunhua(宋云華),Chen Jianming(陳建銘),Fu Jiwen(付紀(jì)文),Chen Jianfeng(陳建峰).Research on particle removal effi?ciency of the rotating packed bed.Chemical Industry and Engineer?ing Progress(化工進展),2003,22(5):4992502.