微米级干雾抑尘方案在煤矿粉尘治理中的应用与研究

污染及防治
科技资讯SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION143微米级干雾抑尘方案在煤矿粉尘治理中的应用与研究①
胡成功 赵奇
(神华北电胜利能源有限公司 内蒙古锡林浩特 026000)
摘 要:煤矿是我国重要的基础工业之一，而煤矿粉尘污染问题一直是煤矿发展中有待进一步解决的问题。

本文针对露天煤矿粉尘污染问题进行研究，结合微米级干雾抑尘技术，探索露天矿地面生产系统粉尘治理方案，在破碎站、装车站进行实践应用研究。

关键词：微米级 干雾抑尘 煤矿 粉尘 治理
中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2013)08(c)-0143-02
①作者简介：胡成功(1970—)，男，工程师，后续本科，现任神华北电胜利能源有限公司储运公司经理助理，主要从事胜利露天煤矿地面生 产系统设备维修与管理工作。

赵奇(1985—)，男，助理工程师，硕士研究生，现任神华北电胜利能源有限公司储运公司装运部技术员，主要从事胜利露天煤
矿地面生产系统机电设备管理与维护工作。

煤矿是我国重要的基础工业之一，而
煤矿粉尘污染问题一直是煤矿发展中有待
进一步解决的问题。

煤矿粉尘污染既是一
个劳动保护问题，又是一个环境保护问题。

煤矿粉尘是指煤矿生产过程中产生的微细
粉尘和岩尘的总称。

通常又把煤矿粉尘分
为：悬浮飞扬在空气中的叫“浮尘”，沉降于
巷道四周的叫“落尘”，浮尘与落尘两种状
态相对存在，随温度、湿度和风速等条件的
改变而相互转化。

一般大于10µm的粉尘，
容易被鼻腔、气管粘液所捕捉，并逐渐排
出体外；小于10µm的粉尘则可深入到气
管深部；而小于5µm的粉尘则90%可沉
积在气管、肺泡上，引起肺泡的充血反应而
导致尘肺病，严重的尘肺病可能发展为肺
心病，有很高的死亡率，对煤矿工人威胁很
大，成为煤矿工人最主要的职业病。

我国从
事煤矿开采的工人人数之多，在各类矿业
中占首位。

同时我国煤矿粉尘危害严重，尘
肺病的发病率高，不仅直接损害了工人的
健康，也使大量粉尘进入大气，造成环境污
染[5]。

另外，煤矿粉尘还存在爆炸隐患。

煤尘
爆炸是空气中氧与煤尘急剧反应的过程。

第一步是浮尘在热源作用下迅速的被干馏
或气化而放出可燃性气体；第二步是可燃
性气体与空气混合燃烧；第三步是煤尘燃
烧放出热量，这种热量以分子传导和火焰
辐射的方式传给附近悬浮的或被吹扬起来
的落地煤尘，这些煤尘受热分解，跟着燃烧
起来，此种过程连续不断的进行，氧化反应
越来越快，温度越来越高，当达到一定程度
时，便能发展成煤尘爆炸。

综上所述，煤矿的粉尘治理势在必行。

2005年在《国务院关于全面整顿和规范矿
产资源开发秩序的通知》中也明确要求：
“新建和已投产生产矿山企业要制订矿山
生态环境保护与综合治理方案。

”当然粉尘
治理工作是一个漫长而复杂的过程，而技
术革新是煤矿粉尘治理不断取得突破的必
由之路，技术革新就是从产生粉尘源头上
根本性解决粉尘的生成过程，从生产工艺流
程、设备作业环境、个人防护设备设施都加
大资金投入，并逐步改造和更新生产设备设
施。

1目前煤矿常见的粉尘治理方式
目前各煤矿常见的粉尘治理方法主要
可分为两大类：干式捕尘和湿式捕尘两类。

1.1 干式捕尘
干式捕尘通常采用孔口捕尘装置，它
由捕尘罩、抽尘软管、除尘器、风管及风机
组成。

露天矿干式捕尘的除尘设备通常采
用旋风除尘器和布袋除尘器。

旋风除尘器
是靠离心力的作用捕集粉尘，它的总除尘
效率为65%～68%，对10µm以上的粉尘
除尘效率可达90%以上；袋式除尘器是一
种高效除尘器，它是利用纤维织物的过滤
作用进行除尘的。

袋式除尘器主要用于过
滤1µm以下的粉尘，而不适宜于处理含有
油雾、凝结水和粉尘粘性大的含尘气体，同时
干式除尘器一般需要建立相对封闭的除尘空
间，即对吸入除尘室的空气粉尘具有较好的
除尘效果，而对于无组织排放的粉尘，由于无
法将所有含粉尘的空气全部吸入除尘室，而
使除尘效果大大折扣[3]。

1.2 湿式捕尘
湿式捕尘系统主要使用湿式除尘器，
用水作为净化介质，达到除尘效果。

湿式
除尘系统的特点是：(1)除尘设备构造较简
单，初期投资较低，净化效率较高；(2)湿
式除尘器在除尘的同时，还能吸收含尘气
体中的其他有害成分，并使气体温度降低；
(3)能够处理相对湿度高、有腐蚀性的含
尘气体。

其缺点是：(1)耗水量大，排出的含
尘污水必须设置污水处理设施进行二级处
理；(2)总体能耗较高，日常维护操作费用
较高；(3)传统湿式捕尘系统受煤质影响较
大，同时冬季无法正常使用。

以上两种捕尘方式均为目前较常见的
粉尘治理方式，但各有优缺点。

在实际选择
使用中，应根据生产实际使用条件进行择
优选择，而对于露天矿山一些特殊区域的
粉尘治理，则需要探索更加科学、更加适应
生产实际的除尘抑尘方案。

2 微米级干雾抑尘原理
微米级干雾抑尘被誉为“粉尘终结
者”。

微米级干雾抑尘装置的研发应用是
对无组织排放的粉尘治理的一场革命性变
革，其原理是基于欧美科学家的研究理论：
水雾颗粒与尘埃颗粒
大
小相近时吸附、过
滤、凝结的机率最大。

干雾抑尘装置可利用图1 喷雾抑尘机理图2 雾珠颗粒高速照片（小方格是2µm大小）图4 破碎站微米级干雾抑尘使用效果图
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干雾喷雾器产生的10µm 以下的微细水雾颗粒（直径10µm 以下的雾称干雾），使粉尘颗粒相互粘结、聚结增大，并在自身重力作用下沉降。

微米级干雾抑尘装置具有超乎想象的抑尘能力：在污染的源头——起尘点进行粉尘治理；水雾颗粒为干雾，在抑尘点形成浓而密的雾池；抑尘效率高，针对10µm 以下可吸入性粉尘治理效果高达96%，避免矽肺病危害；耗水量小，物料湿度增加重量比0.02%～0.05%，物料（煤）无热值损失，无二次污染；占地面积小，操作方便，全自动控制；设备投入少，运行、维护费用低；适用于无组织排放，密闭或半密闭空间的污染源，大大降低粉尘爆炸几率，同时可以减少消防设备投入。

粉尘可以通过水粘结而聚结增大，但那些最细小的粉尘只有当水滴很小（如干雾）或加入化学剂（如表面活性剂）减小水表面张力时才会聚结成团，如图1所示。

如果水雾颗粒直径大于粉尘颗粒，那么粉尘仅随水雾颗粒周围气流而运动，水雾颗粒和粉尘颗粒接触很少或者根本没有机会接触，则达不到抑尘作用；如果水雾颗粒与粉尘颗粒大小接近，粉尘颗粒随气流运动时就会与水雾颗粒碰撞、接触而粘结一起。

水雾颗粒越小，聚结机率则越大，随着聚结的粉尘团变大加重，从而很容易降落。

水雾对粉尘的“过滤”作用就形成了。

微米级干雾抑尘装置是由压缩空气驱动的声波震荡器，通过高频声波将水高度雾化,“爆炸”成上千上万个1～10µm 大小的水雾颗粒，如图2所示。

压缩气流通过喷头共振室将水雾颗粒以柔软低速的雾状方式喷射到粉尘发生点，粉尘聚结而坠
落，达到抑尘目的[1]。

该微米级干雾抑尘方案中因其能够产生10µm 以下的微细水雾颗粒，使其具有与传统湿式捕尘方式不同的优点，(1)用水量极小，单个喷头的小时用水量为42 L；(2)使水汽充分雾化，对煤质影响甚微，同时不会造成设备表面出现明显积水；(3)不添加任何化学试剂，对环境不存在二次污染;(4)设备安装灵活，受应用环境限制较小，适用于无组织排放、密闭或半密闭空间的污染源，满足大部分工况条件；(5)冬季可正常使用。

3 微米级干雾抑尘装置组成
微米级干雾抑尘装置采用模块化设计技术。

由微米级干雾机、空压机、储气罐、喷雾箱、高压水泵、蓄水箱及水气连接管线、电伴热带和控制信号线组成。

下图为微米级干雾抑尘装置结构图。

3.1 气源、水源
在微米级干雾抑尘装置组成中，空气压缩机作为压缩空气的来源，将为系统提供持续稳定7.5 MPa 的高压气源，储气罐则用于减缓空压机排出气流的脉动；而蓄水箱存储的水源经过过滤网过滤后，由恒压水泵加压到0.5 MPa 左右，为微米级干雾抑尘装置提供高压水源。

3.2 微米级干雾机
微米级干雾机主要完成对高压水路与
高压气路进行启停控制以及过滤、反冲洗等操作的控制箱。

此外，干雾机采用水路与气路一备一用方式设置，可实现自动切换，以保证干雾抑尘设备持续稳定连续运行。

此外，整个微米级干雾抑尘装置的所有气路与水路管道中均配置的伴热带以及保温层，以保证在低温条件下，干雾抑尘设备的正常使用。

3.3 喷雾器
喷雾器是整个微米级干雾抑尘装置的核心设备，主要由喷雾箱和内置喷头组成。

高压水与高压空气在喷头处混合，在高压空气与高压水源的共同作用下，水被充分雾化，形成10µm 以下的微细水雾颗粒。

喷雾箱作为“干雾的发生器”，应直接安装在需要进行抑尘的区域内。

(如图3所示)3.4 水路、气路连接管路
水路、气路各连接管路采用高压胶管与快速接头连接而成，将干雾机、喷雾箱、空压机、储气罐、水源等连接在一起，同时各管路上覆盖了电伴热系统以及保温材料，以保证在低温条件下，管路的畅通。

4 微米级干雾抑尘方案在煤矿粉尘治
理中的应用
4.1 微米级干雾抑尘方案在破碎站的应用
对于胜利矿区地面生产系统而言，破碎站是煤尘污染的重灾区，在破碎站卡车卸料过程中以及煤炭破碎过程中均会产生大量煤尘，在自然风力的作用下，粉尘四处飞扬，不仅对生产设备带来安全隐患，同时污染周围环境，破坏草原生态。

虽然在破碎站卸料平台安装了抑尘网，但是也未能从根本上解决破碎站粉尘污染问题，同时受设备实际生产情况限制，设备均处于露天敞开式作业环境内，粉尘排放方式属于无组织排放形式，常规除尘抑尘设备无法发挥除尘降尘作用。

基于微米级干雾抑尘原理，我们在破碎站卸料口、破碎站受料斗、破碎机上方均安装了微米级干雾抑尘设备。

在生产过程中，将干雾抑尘设备开启，在破碎机入料口、卸料口处起尘区域形成抑尘“雾池”，以达到从根本上抑制粉尘的目的。

图4为破碎站微米级干雾抑尘使用效果图。

破碎站安装使用干雾抑尘装置后，破碎站粉尘浓度明显下降，周边环境得到有效保护。

上表数据为环境保护监测站的定点监测数据表明：破碎站应用干雾抑尘设备后，粉尘浓度下降明显，抑尘率较高。

4.2 微米级干雾抑尘方案在装车站的应用
装车站作为我公司地面生产系统的终端设备，承担着煤炭火运的装车任务。

但在装载每节列车的过程中，因受气流与煤流相互冲击的影响，如不采取任何抑尘措施，将产生大量的飞扬粉尘，不仅污染环境，而且造成资源浪费。

而受装车工艺以及装车站溜槽结构的影响，传统抑尘、降尘措施均无法取得实效。

然而，微米级干雾抑尘方案显示出独到的抑尘优势，在装车站装车溜槽出料口周围安装了微米级干雾抑尘设备，这样在
装车过程中装车溜槽周围就能形成一个封
闭抑尘“屏障”，以此有效地抑制在装车过程中产生的粉尘飞扬。

下图为装车站微米级干雾抑尘使用效果图。

装车站安装使用干雾抑尘装置后，装车站粉尘浓度明显下降，周边环境得到了有效保护。

下图为干雾抑尘装置使用前后装车站定点粉尘浓度监测结果对比。

上表数据为环境保护监测站的定点监测数据表明：装车站应用干雾抑尘设备后，粉尘浓度下降十分明显，几乎接近零排放。

5 结语
目前，神华北电胜利能源有限公司两
套地面生产系统装车站微米级干雾抑尘设备已运行19个月，破碎站微米级干雾抑尘已运行10个月。

实际应用效果证明：该微米级干雾抑尘方案能够产生直径1～10µm 水雾颗粒，对悬浮在空气中的粉尘—— 特别是直径在5µm 以下的可吸入粉尘可以进行有效吸附，使粉尘凝聚且在自身重力作用下沉降，从而达到较好抑尘作用。

该微米级干雾抑尘装置适用于煤矿地面生产系统粉尘发生场所，并且具有抑尘率高、节能环保、性能先进、应用效果好、操作简单、适应性广，同时对煤质影响较小等特点,具有较高的推广与应用价值。

此外，该微米级干雾抑尘方案在胜利露天矿地面生产系统破碎站、装车站的成功应用，开创了微米级干雾抑尘方案应用在露天煤矿地面生产系统破碎站的先河。

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1.气分配管
2.支撑座
3.水分配管
4.箱盖
5.箱体
6.喷头固定座图3 喷雾箱示意图
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