1.
随着工業行業機械化、自(zì)動化水平的(de)日益提高(gāo)，以煤炭行業為(wèi)代表的(de)翻車機、破碎機、堆取料機和(hé)裝卸船機等得到廣泛應用。大型設備的(de)使用加大了開采強度與粉塵的(de)産生量，同時也使粒徑小于5µm的(de)無組織排放的(de)呼吸性粉塵（呼吸性粉塵指粒徑在5µm以下的(de)能進入人體肺泡區的(de)顆粒物）含量大幅度上升。這類粉塵的(de)特點是：粒徑小，分散度高(gāo)，相對比表面積大，呼吸性強，穩定性高(gāo)，擴散面寬，化學(xué)活性、吸附性能力強。此外，該粉塵不但容易吸附CO、氮氧化物等有毒有害污染物，導緻矽肺、塵肺病的(de)發生，對人體造成危害，而且還會降低(dī)粉塵的(de)濕潤與凝聚性能，加之受作業環境風流及各種攪動因素的(de)影響，将長(cháng)期浮遊在空氣中四處飄散，采用傳統的(de)負壓除塵、高(gāo)壓噴水技術很難有效治理(lǐ)。因而無組織排放的(de)呼吸性粉塵的(de)防治就成為(wèi)目前防塵工作的(de)重點和(hé)難點。
2.幹霧的(de)名詞解釋
幹霧是指沒有使暴露面潮濕的(de)霧，其粒徑小于10µm，詳見圖1。幹霧的(de)特點是，與空氣接觸面積大，蒸發率高(gāo)，能使含塵區水蒸汽迅速達到飽和(hé)狀态。由于噴出的(de)水霧霧量大，霧滴小，看上去(qù)像“煙”，因此稱它為(wèi)幹霧。
圖1 霧珠顆粒高(gāo)速照片（小方格是2微米）
3.幹霧抑塵技術可(kě)行性分析
幹霧技術不僅能滿足改善呼吸性粉塵濕潤性所需要的(de)條件，還能通過雲物理(lǐ)學(xué)、空氣動力學(xué)、斯蒂芬流的(de)輸送等多種機理(lǐ)實現對“呼吸性粉塵”的(de)捕集。
上世紀70年(nián)代末，美國(guó)Colorado礦業學(xué)校的(de)斯考溫德和(hé)布朗在一(yī)份研究報告中提出，采用微細水霧捕塵能解決呼吸性粉塵難治理(lǐ)的(de)問題。一(yī)般的(de)水霧去(qù)除呼吸性粉塵的(de)效果不理(lǐ)想，這主要是因為(wèi)水霧的(de)粒徑過大（粒徑200-600µm）。從空氣動力學(xué)原理(lǐ)來說，更細、更接近粉塵粒徑的(de)水霧除塵效果越明顯。然而，随着水霧越來越細，人們開始擔心水霧在捕捉到粉塵之前就會在相對濕度不到100%的(de)空間迅速蒸發。後來經過斯考溫德和(hé)布朗的(de)進一(yī)步研究得知，當水霧蒸發為(wèi)水蒸汽後就進入了雲物理(lǐ)學(xué)範疇，這時另一(yī)種機理(lǐ)——冷凝核化将起重要作用，這就是水霧不斷蒸發，使空氣中的(de)水蒸汽迅速飽和(hé)，飽和(hé)後的(de)水蒸汽會直接在粉塵上凝聚，使塵粒不斷增大到10-20µm時，可(kě)輕易被一(yī)般水霧去(qù)除。
3.1空氣動力學(xué)原理(lǐ)
根據空氣動力學(xué)原理(lǐ)，含塵氣流繞過霧滴時，塵粒由于慣性會從繞流的(de)氣流中偏離(lí)而與霧滴相撞被捕捉，即通過粉塵粒子(zǐ)與液滴的(de)慣性碰撞、攔截以及凝聚、擴散等作用實現捕捉，其被捕捉的(de)幾率與霧滴直徑、粉塵受力情況有關。
水霧顆粒的(de)粒徑越小，粒子(zǐ)之間的(de)黏力就會越大。當水霧粒徑達到幹霧級時（即小于10µm），在“微細粉塵顆粒——微細幹霧顆粒”二相流中，粒子(zǐ)與粒子(zǐ)之間很容易結合在一(yī)起，從而使整個粒子(zǐ)不停的(de)變大，最終沉降下來，達到去(qù)除粉塵粒子(zǐ)的(de)目的(de)。
3.2 “雲”物理(lǐ)學(xué)原理(lǐ)
由于霧滴微細，部分霧滴會在空氣中迅速蒸發，使得局部密閉的(de)捕塵空間中空氣的(de)相對濕度很快達到飽和(hé)，飽和(hé)後的(de)水蒸汽以塵粒為(wèi)核凝聚形成“雲”，并進一(yī)步增大成為(wèi)“雨”落下來。這種機理(lǐ)對抑制亞微米及微米級的(de)粉塵特别有效。
當微米級幹霧抑塵裝置工作時，瞬間會在相對密閉的(de)區域産生大量微細幹霧，使得該區域的(de)空氣濕度迅速飽和(hé)，飽和(hé)後的(de)水蒸汽與粉塵充分的(de)接觸、凝結、沉降，達到抑塵的(de)目的(de)。
3.3 “斯蒂芬流”的(de)輸送機理(lǐ)
在噴霧區內(nèi)，液滴迅速蒸發時，必然會在液滴附近區域內(nèi)産生蒸汽組分的(de)濃度梯度，形成由液滴向外流動擴散的(de)斯蒂芬流；同樣，當蒸汽在某一(yī)核上凝結時，也會造成核周圍蒸汽濃度的(de)不斷降低(dī)，形成由周圍向凝結核運動的(de)斯蒂芬流。因此，懸浮于噴霧區中的(de)“呼吸性粉塵”顆粒，必然會在斯蒂芬流的(de)輸送作用下運動，最後接觸并粘附在凝結液滴上被濕潤捕集。
這也就是說當某一(yī)區域的(de)粉塵被幹霧捕集沉降後，其它高(gāo)濃度區域的(de)粉塵會在斯蒂芬流的(de)輸送作用下運動過來，進而持續的(de)與幹霧接觸、碰撞，直至完成整個捕集的(de)過程。
圖2 “捕塵”機理(lǐ)
如(rú)圖2所示，當粒徑較大的(de)霧滴與粉塵顆粒接觸時，由于霧滴的(de)表面張力過大使得塵粒繞過霧滴繼續向上運動，粉塵不但沒有得到有效的(de)抑制，相反水霧向下的(de)沖力會使粉塵上揚的(de)更多。而當霧滴粒徑與粉塵粒徑大小相近時，吸附、過濾、凝結的(de)幾率最大，抑塵效果最好。
圖3粉塵顆粒與幹霧碰撞、凝并
圖4粉塵顆粒與幹霧吸附、沉降
圖3和(hé)圖4所示過程反映的(de)是，當水霧顆粒的(de)粒徑小于10µm，達到幹霧級的(de)時候，霧滴的(de)表面張力減小，粒子(zǐ)之間的(de)黏力就會越來越大，所以，以粉塵粒子(zǐ)為(wèi)核的(de)“微細粉塵顆粒——微細水霧顆粒”二相流中，粒子(zǐ)與粒子(zǐ)之間很容易結合在一(yī)起，從而使整個粒子(zǐ)不停的(de)變大，最終沉降下來，達到除去(qù)粉塵粒子(zǐ)的(de)目的(de)。
綜上所述，當水霧顆粒的(de)粒徑與粉塵顆粒的(de)粒徑大小相近，且霧量較大時，空氣中的(de)水蒸汽迅速飽和(hé)，飽和(hé)的(de)水蒸汽與粉塵碰撞、接觸并凝聚在一(yī)起，達到一(yī)定的(de)重量後沉降下來，完成整個“捕塵”過程。經實踐證明這一(yī)原理(lǐ)是正确的(de)、可(kě)行的(de)。因此微米級幹霧抑塵技術的(de)理(lǐ)論基礎是切實的(de)、經過實踐檢驗的(de)，進而為(wèi)裝置的(de)研發奠定了堅實的(de)基礎。
4.幹霧抑塵技術在無組織粉塵排放領域中的(de)應用
4.1無組織排放的(de)概念
無組織排放是指大氣污染物不經過排氣筒或者排放高(gāo)度低(dī)于15m的(de)地(dì)面污染源的(de)無規則排放，通常包括面源、線源和(hé)點源等。如(rú)露天堆放的(de)煤炭、粘土、石灰石、油漆件表面的(de)散失物等，均屬面源的(de)無組織排放；汽車在有散狀物料的(de)道(dào)路上行駛時的(de)卷帶揚塵污染物排放屬于線源污染；散狀物料在汽車裝料機械落差起塵量以及汽車卸料時的(de)揚塵污染排放等屬于點狀無組織排放源。幹霧抑塵技術針對這類污染物有很好的(de)治理(lǐ)效果。
4.2傳統除塵技術在無組織粉塵排放領域中的(de)應用缺陷
傳統的(de)粉塵治理(lǐ)多采用布袋除塵、靜電除塵等幹式除塵技術和(hé)水噴淋、洗滌塔等濕式除塵技術。這些傳統的(de)除塵技術在實際應用中反映出運行費用高(gāo)、抑塵效果不佳等情況。現分别以布袋除塵器和(hé)水噴淋為(wèi)例簡述其在無組織粉塵排放領域中應用的(de)缺陷。
（1）布袋除塵器
布袋除塵器主要是采用“負壓集塵”的(de)方式對粉塵進行收集。而對于無組織排放的(de)粉塵，這樣的(de)負壓空間不容易實現。這是因為(wèi)現場環境是相對敞開的(de)，不能達到布袋除塵器所需的(de)過濾風量，加之現場濃度不斷變化，直接影響到布袋除塵器的(de)壓力。當壓力損失增大後，将會造成能量過大損耗，繼而降低(dī)除塵效率。另外，袋式除塵器占地(dì)面積大，布袋易磨損、結露，運行維護費用高(gāo)，産生“二次污染”，特别是在北方冬季作業時，會大大損失廠房的(de)熱量，因此無法正常使用。
（2）水噴淋
水噴淋除塵器是使含塵氣體與水密切接觸，利用水滴和(hé)顆粒的(de)慣性碰撞及其它作用捕集顆粒或使粒徑增大的(de)裝置。然而，在實際工作中，往往由于噴出的(de)水滴粒徑過大而使粉塵繞過霧滴繼續飄散，未被 “捕集”。而且長(cháng)期噴灑使得設備、管道(dào)腐蝕嚴重，污水、污泥等二次污染物堵塞坑道(dào)。如(rú)果設備安裝在室外，還必須考慮冬季設備結冰的(de)問題。
因此，在選擇除塵設備時，應充分考慮它的(de)經濟性、可(kě)靠性、實用性以及對粉塵的(de)治理(lǐ)能力，綜合上述情況，微米級幹霧抑塵裝置是比較理(lǐ)想的(de)選擇。
4.3幹霧抑塵技術在翻車機房的(de)應用
翻車機系統作為(wèi)無組織粉塵排放的(de)重要場所之一(yī)，是産塵量最多的(de)地(dì)方，實測數據顯示，粉塵濃度可(kě)高(gāo)達800～3000mg/m3。其中粒徑小于10μm的(de)對人體危害最大的(de)呼吸性粉塵占85%以上，且極易發生粉塵爆炸和(hé)粉塵吸入，嚴重威脅港口作業的(de)安全和(hé)工人的(de)身體健康。目前，我國(guó)各港口一(yī)般采用噴霧灑水進行除塵，但由于粉塵粒徑小，而噴出的(de)水霧粒徑大，仍有大部分塵粒懸浮于空氣中，工人們的(de)作業環境未得到明顯改善。再加上長(cháng)期灑水導緻翻車機房地(dì)坑內(nèi)潮氣大，機械設備腐蝕嚴重、電氣設備故障頻繁。針對這一(yī)現象，現以某港務局翻車機系統粉塵治理(lǐ)為(wèi)例，簡要說明幹霧抑塵技術的(de)應用。
翻車機室內(nèi)1台一(yī)翻翻車機,幹霧抑塵系統的(de)設計氣流量與水流量應滿足一(yī)套翻車機工作時的(de)最大用水量與用氣量。根據情況作了如(rú)下設計：在料池四周側安裝16個SLB-8B噴霧箱噴霧器總成（每個SLB-8B噴霧箱噴霧器總成含有8個USL03型噴頭），其中翻車機前側安裝6個SLB-8B噴霧箱噴霧器、翻車機兩端各2個SLB-8B噴霧箱噴霧器，翻車機後側安裝6個SLB-8B噴霧箱噴霧器總成，噴霧箱噴霧器安裝高(gāo)度、安裝角度均為(wèi)可(kě)調，根據現場情況可(kě)調節噴霧箱噴霧器總成的(de)噴霧方向，以便達到最好的(de)抑塵效果。設計噴霧時間約為(wèi)25s。
經某用戶監測分析報告顯示，改用微米級幹霧抑塵技術後，監測到的(de)TSP（總懸浮顆粒物）濃度的(de)平均值為(wèi)0.500mg/m3。而在原有水噴淋裝置下，TSP濃度平均值為(wèi)3.5mg/m3。由此可(kě)見，粉塵濃度降低(dī)了原來的(de)6/7，抑塵效果非常顯著。
5.結語
綜上所述，微米級幹霧抑塵技術從實驗原理(lǐ)到現場應用，該技術已經得到港口、電力、鋼鐵、化工和(hé)煤礦等大中型企業的(de)認可(kě)，實現了國(guó)內(nèi)對無組織源封閉及半封閉環境下粉塵的(de)防治。其綜合經濟和(hé)技術指标均達到同類抑塵裝置的(de)國(guó)際先進水平。産品的(de)推廣應用對提高(gāo)我國(guó)抑塵設備技術含量、治理(lǐ)粉塵污染、推動行業進步都具有重要意義。
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