超重力技术在矿业除尘处理中应用浅谈

前言[1]

超重力分离技术的核心部件为一高速旋转的环状转子, 转子内由塔板或填料组成, 形成了气液相接触的表面通道, 液体从伸入转子中心的静止液体分布器引入, 先经分布器预分布后喷向转子内缘, 在离心力作用下向外甩出, 气体由转子的外缘进入转子, 依靠气体压力, 由外向内与液体逆流接触。气、液两相在转子产生的极大离心力场中进行传质交换, 在离心力的作用下, 液体形成的液膜很薄, 表面更新极快, 而且液体内的微元湍动程度加大, 因此极大地强化了液相传质系统。另外, 由于离心力极大地提高了设备操作的液泛限, 使气液相的流率和填料比表面均比传统塔器大大提高, 因此体积传质强度比传统设备提高了两个数量级。应用超重力机能很好地完成化工生产过程的分离, 吸收等操作, 并能很明显地提高经济效益。

一、国内外发展现状

国外的精馏, 吸收, 对天然气干燥、脱炭、脱硫, 解吸, 从受污染的地下水中吹出芳烃, 化学热泵 (吸收解吸) , 旋转电化学反应器及燃料电池 (快速去除气泡, 降低超电压) , 旋转盘换热器, 蒸发器旋转聚合反应器, 选择性吸收分离天然气中的H2S与CO2, 聚合物脱除挥发物 (聚苯乙烯脱单体) 等内容方面已进行了多年研究、开发和应用, 有的已达商品化的程度[2]。

目前, 我国利用超重力技术的成果主要还有:

1. 油田注水脱氧。

采用超重机技术, 操作简便, 可节省23%的投资, 节省25%的操作费用, 节省80%的占地面积, 尤其是对海上采油注水脱氧的处理, 其经济效益更为显著[3]。

2. 锅炉水脱氧。

脱氧指标高, 指标稳定, 易于操作, 易于控制, 且不需要加任何化学脱氧剂[4]。

3. 含SO2烟气脱硫。

以国内硫酸生产排放的尾气为例, 通常含SO23000mg/kg, 若达到100mg/kg的指标, 则需串联三台填料塔。而有超重机进行回收, SO2排放指标可达到100mg/kg以下[5]。

4. 除尘。

用超重机替代常规的洗涤塔、电除尘器、电除雾气等, 用于酸、氨、碱、肥及石油化工等大型化工生产, 可改变整个气体序化过程装置面貌及环境条件[6]。

二、超重力技术应用于矿业除尘可行性

1. 矿业粉尘的危害[7]

粉尘问题是煤矿五大灾害之一, 给井下安全生产带来极大的威胁, 并严重地危害井下工人的身体健康, 还降低作业场所的能见度引发危险, 同时加速机械磨损, 而且缩短精密仪器的寿命。因此对粉尘浓度实行严格控制, 最大限度地降低作业人员的接尘量是减少矿井煤尘爆炸的有效途径, 尤其是减少呼吸性粉尘浓度。

2. 在矿业粉尘处理应用领域

多年来, 超化矿对煤尘治理进行了不断的探索与实践, 应用了煤壁注水、采煤机内外喷雾、拉架喷雾、放煤喷雾及各转载点转载喷雾、进回风巷全断面风流净化装置、定期冲洗巷道煤尘及通风降尘等综合防尘技术研究。除尘器的选择要考虑多种因素和条件, 一般可按下面的原则选型。

(1) 按处理气体量选型:处理气体量的多少是决定除尘器大小类型的决定性因素,

(2) 按粉尘的分散度和密度选型:粉尘分散度对除尘器性能影响很大, 因此, 在选择除尘器的形式时, 首先要确切掌握粉尘的分散度。

(3) 按气体含尘浓度选型

除尘是由作为单元操作之一的气固相分离操作发展起来的, 是现代工业生产中一项不可缺少的环节.采用超重力旋转床对发电厂燃煤飞灰的捕集效率达99%以上, 压降不大于3000 Pa, 切割粒径范围与电除尘相当, 但设备占地面积、价格及能耗方面远优于电除尘法, 是一种极有推广前景的除尘技术及设备[9,10]。而在关键步骤进回风巷全断面风流净化装置和通风除尘技术方面可以换用超重力除尘设备, 再次使煤尘指标明显下降, 达到更好的除尘效果, 降低粉尘浓度, 净化空气, 给作业工人创造更高的工作环境。

3. 超重力除尘技术的特点[1]

通过参考国内在超重力技术方面的研究工作, 发现超重力除尘技术及设备作为一种湿法除尘技术及设备与现有传统除尘技术及设备相比存在的明显优势:

1.除尘效率高:

对电厂燃煤飞灰的捕集率高达99.9%, 对3μm以上粒子的捕集率高达100%。

2.切割粒径小:

超重力除尘设备的切割粒径范围在0.02~0.3μm。

3.出口气体含尘量低:

超重力除尘设备的出口气体含尘量低于100mg/m3, 完全符合国家标准要求。

4. 设备体积小:

不论与何种工业设备相比, 超重力除尘设备的体积都要小得多, 相应其设备投资及占地面积也就小很多。

5. 设备适应性好:

超重力除尘设备对粒子的物性 (如有机、无机、亲水、憎水等) 、浓度变化、粒子的粒度范围大小均有良好的适应性。

6. 设备操作弹性大:

超重力除尘设备对处理气量的变化不敏感, 对在设计气量50%~120%范围内的变化均能良好适应, 可以保证正常操作。这是一般湿式除尘设备所无法比拟的。

7. 压降小:

超重力除尘设备的压降一般均在200~300mm H2O, 比文丘里洗涤器、湿式填料除尘塔的压降 (500~1000 mm H2O, 1 mm H2O=9.80665Pa) 低得多, 也低于一般冲击式洗涤设备的压降。

8. 气液比小:

超重力除尘设备的气液比一般在800~1000。因此配套液体循环及处理设备将比一般湿式除尘要小, 因此该部分设备投资及操作费用将减少。

9. 操作维修方便:

作为低速 (300~500r/min左右) 转动设备而言, 其操作维修与一般工业泵及离心机相当。

从实验数据来看, 选转床设备的除尘效率达到了99%以上, 出口含尘浓度一般小于100mg/m3, 达到了工业除尘装置的气体排放标准。超重力旋转床可以看成是旋风洗涤器与湿式纤维层除尘器的串联组合, 因而在除尘效率上比传统的旋风洗涤器和填料塔优越。由于高速旋转地作用, 旋转床的液泛点明显高于填料塔、板式塔, 也高于常用的实施洗涤设备, 因而处理气量更大, 更能适应气-液参数的波动所可能带来的操作上的不稳定性。在旋转床中, 液体由转子中间喷入, 由填料的高速旋转提供巨大的离心力后以高速通过填料层, 对填料层起到了冲刷作用, 为集尘被纤维或液膜捕集后能够迅速脱离有效分离区域。使粉尘能够始终保持与更新的液膜和纤维表面进行接触, 提高了捕集效率。实验中发现, 即使在100g/m3的进口含尘浓度下, 旋转床设备也完全不会因为粉尘堆积过多而堵塞, 从而避免了普通纤维层除尘器机械振动或法槌流程的麻烦。

结束语

超重力机的具有如下特点:极大地缩小了设备尺寸与重量;极大地强化了传递过程;物料在设备内停留时间极短 (100ms~1s) ;易于停开车, 维护与检修方便;快速而均匀的微观混合等等。基于以上特点, 超重力技术应用于矿业粉尘处理方面具有广阔的工业前景。

摘要：通过对超重力技术的了解, 对超重力技术在反应与分离过程强化研究以及在工业化应用于矿业粉尘处理方面的最新进展情况进行了可行性分析。

关键词：超重力技术,矿业,粉尘,除尘

参考文献

[1] 陈建峰, 等[M].《超重力技术及应用》化学工业出版社, 2003年1月.

[2] 赵晓曦, 邓先知, 等.超重力技术及其在环保中的应用[J].化工环保, 2002年6月.

[3] 周绪美, 郭锴, 等.超重力场技术用于油田注水脱氧的工业研究[J].石油化工, 1994年12期.

[4] 超重力锅炉水脱氧技术及设备[J].化工科技市场, 2003年03期.

[5] 潘朝群, 邓先知, 等.双碱法多级雾化超重力旋转床烟气脱硫研究[J].环境污染治理技术与设备, 2002年10期.

[6] 张艳辉, 柳来栓, 等.超重力旋转床用于烟气除尘的实验研究, 环境工程, 2003年06期.

[7] 陈东春, 徐培铭, 李燃.煤矿粉尘现状及综合防治技术探讨, 矿业工程, 2010年6月.

[8] 郑伟, 李晓民, 张团部, 管盼君.矿井粉尘治理的创新与应用, 中州煤炭, 2010年第7期.

[9] Chen Jianfeng (陈建峰) .High Gravity Technology and Appli-cation) A New Generation of React ion an d Separation.Technology (超重力技术及应用) ) ) 新一代反应与分离技术) .Beijing:ChemicalIndustry Press, 2003.

[10] Song Yunhua (宋云华) , Chen Jianming (陈建铭) , Fu Jiwen (付纪文) , Chen Jianfeng (陈建峰) .Research on particle removal effi-ciency of the rotating packed bed.Chemical Industry and Engineer-ing Progress (化工进展) , 2003, 22 (5) :4992502.