王刻平，馬祥然，溫連柬

（云南云鋁海鑫鋁業(yè)有限公司，云南 昭通 650100）

電解煙氣納入大氣污染物濃度排放管理的污染因子主要是固態(tài)氟化鹽粉塵、氧化鋁粉塵、二氧化硫粉塵等，該類粉塵均具有一定的親水性[1]。大部分電解鋁廠在生產(chǎn)過程中為有效控制車間溫度，廠房屋頂裝有屋面通風裝置，雖然整個電解工藝設有煙氣凈化收塵系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)，但在電解槽啟槽期間煙氣凈化收塵系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)不能完全有效控制煙塵外排，有可能會對生產(chǎn)環(huán)境及周邊環(huán)境造成一定的環(huán)境污染。為改善車間作業(yè)環(huán)境，減少職業(yè)病危害，因此增設可對該類型粉塵控制的相應裝置十分必要，也是國家安全生產(chǎn)、綠色環(huán)保所要求。

1 電解車間現(xiàn)狀

據(jù)調(diào)查已投產(chǎn)的大多數(shù)電解鋁生產(chǎn)企業(yè)，如果大批量集中啟動電解槽，飛揚的氧化鋁粉塵、二氧化硫粉塵和氟化鹽粉塵等，一小部分將會順著屋面通風裝置外揚到廠房外部。目前電解車間一段CD跨、二段、三段電解槽有可能會集中啟動，在電解槽初步啟動的前一兩個月內(nèi)，會有大量無組織排放的細微顆粒粉塵因無法及時、充分地經(jīng)由脫硫塔風管吸收而通過屋面通風器向外部空間彌散，有可能造成屋面通風器外部環(huán)境污染嚴重，同時給周邊環(huán)境帶來不良影響，根據(jù)大氣污染物綜合排放標準中對固體顆粒物排放要求[2]，為了避免因集中啟槽帶來不良影響，提前對無組織排放做好防范工作，是新建即將投產(chǎn)的電解鋁生產(chǎn)企業(yè)研究和實施的必要工作。經(jīng)過調(diào)研，啟槽期間通過屋面通風器外揚的粉塵主要是 10 μm以下可吸入性粉塵，當抑塵措施達到粒徑≤10 μm時，抑塵效果才能達到最佳值，該裝置對10 μm以下可吸入性粉塵特別是 2.5 μm以下可入肺粉塵治理效果高達96%以上[3]。根據(jù)超聲微霧抑塵裝置在無組織粉塵治理的成功經(jīng)驗[4-5]（目前有氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)、煤礦生產(chǎn)企業(yè)、火電廠、鐵礦生產(chǎn)企業(yè)等相關(guān)企業(yè)使用后效果較佳），針對電解車間生產(chǎn)工藝及現(xiàn)狀擬對本項目屋面通風器處逸散的粉塵，采用超聲微霧抑塵技術(shù)，通過在屋面通風器沿線布置微霧噴嘴噴射與粉塵同粒徑的微霧來對之進行凝結(jié)、捕集[6]，加速其沉降從而達到抑塵目的。未啟動的電解車間屋面通風器實拍如圖1，屋面通風器安裝超聲微霧噴嘴如圖2。

圖1 未啟動的電解車間屋面通風器實拍圖Fig.1 Roof ventilator picture of electrolytic plant not started

圖2 電解車間屋面通風器超聲微霧噴嘴布置剖面圖Fig.2 Profile chart of nozzle arrangement of ultrasonic micro-spray dust-control device for roof ventilator of electrolytic plant

2 形成原理

根據(jù)使用介質(zhì)的不同，超聲微霧的形成有單流體和雙流體之分，其中單流體超聲微霧是通過增壓泵給管道內(nèi)的水加壓，當水到達噴頭處并達到額定壓力時，便能夠沖開高壓霧化噴頭的彈簧進入震蕩室進行破碎，并利用高壓將破碎后的水霧顆粒從噴頭噴出。

雙流體超聲微霧是壓縮空氣和水按照水氣配比混合到水氣霧化噴頭，由壓縮空氣沖開水氣霧化噴頭的彈簧后進行加速并將水吸入水氣霧化噴頭的加速震蕩室進行破碎，并利用加速氣體將破碎后的水霧顆粒從噴頭噴出。

超聲微霧噴出后就會在起塵點上方形成霧團，當物料起塵時，粉塵就會完全被霧團籠罩，與水霧充分結(jié)合，并且體積逐漸加大，最終在自身重力作用下沉降，達到抑塵目的。

3 組成和性能

單流體和雙流體超聲微霧抑塵裝置都能形成（1～10） μm粒徑的微細霧滴，但雙流體超聲微霧具有霧量更大、霧滴顆粒更細、沉降時間更長的特點，相較之下水氣能耗也更高，鑒于電解車間頂部兩側(cè)屋面通風器處無組織排放粉塵發(fā)生于電解槽初步啟動的前一兩個月內(nèi)，且需要在盡量短的時間完成粉塵沉降，阻斷其向外逃逸，因此確定選用單流體超聲微霧抑塵裝置。

單流體超聲微霧抑塵裝置采用模塊化設計，主要由中控主機、分區(qū)控制器、水過濾器、末端霧化組件、連接管線和自動控制系統(tǒng)等組成，如圖3所示。

圖3 單流體超聲微霧抑塵裝置的組成Fig.3 Composition of single fluid ultrasonic micro-spray dust-control device

單流體超聲微霧屬于純物理霧化，不額外使用壓縮空氣或其他加壓設備（水霧1 m范圍外不打濕人體），市政城市生活飲用水/消防水/其他加壓水源均適用，工作壓力（6～8） MPa，距離主機1 m處工作噪音≤80 dB，額定工作壓力下單噴嘴平均耗水量0.037 L/min，工作時無滴漏水，整體采用錐螺紋連接，無需專用工具，可直接手動拆卸安裝。

中控主機接收到經(jīng)過濾后的水介質(zhì)后，以設定的水壓、水流量按指定的程序啟?？刂崎y，高壓水源再經(jīng)管道輸送到分區(qū)控制器。它由電控系統(tǒng)、多功能控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)組成。這些系統(tǒng)均安裝在IP55標準的箱體內(nèi)，面板上配有觸摸屏，集合了可編程控制器、保護電路、繼電器以及與它們相關(guān)的元器件，可為用戶提供自動和手動兩種操作模式。在自動操作模式時，可自動接收遠程觸發(fā)信號啟動或停止噴霧器噴霧。在手動模式，操作人員可以控制操作按鈕啟動或停止噴霧器噴霧。

分區(qū)控制器主要實現(xiàn)中控主機、水/電主管線與末端霧化組件的連接，并根據(jù)現(xiàn)場情況通過PLC控制實現(xiàn)各霧化組件分別噴霧。其與中控主機聯(lián)動，接受中控主機的控制，并反饋工作狀態(tài)給中控主機從而實現(xiàn)與中控主機的雙向通信功能。

所選用的前置大流量過濾器采用全不銹鋼制作而成，表面鏡面拋光處理，可拆卸不銹鋼濾袋，可以定期手動清洗，過濾面積0.5 m3，外置安裝于蓄水系統(tǒng)的前端，過濾精度為50 μm。前置大流量過濾器能進行蓄水前的一次過濾，濾除蓄水前的大顆粒物以免其進入蓄水裝置，起到保護主機內(nèi)部增壓泵和末端霧化組件的作用，從而有效延長系統(tǒng)主機的整體使用壽命。

在電解車間頂部兩側(cè)屋面通風器與車間頂棚之間分別鋪設一根高壓霧化管，霧化管與屋面通風器等長，按照1.5 m間距2只噴嘴相對方向噴霧原則，形成濃而密的霧簾，當電解車間內(nèi)的揚塵飛揚至屋面通風器與車間頂棚之間即會被這道霧簾阻斷，隨后迅速增重、沉降，從而不再向外逸散。整個電解車間一段CD跨、二段、三段共采用五套單流體超聲微霧抑塵系統(tǒng)，每套抑塵系統(tǒng)各設兩個控制單元，分別控制屋面通風器左側(cè)和右側(cè)末端霧化組件的開閉。以一段CD跨為例，現(xiàn)場噴嘴布置示意圖、設備布置示意圖分別如圖4和圖5。

圖4 噴嘴布置示意圖Fig.4 Schematic diagram of nozzle arrangement

圖5 設備布置示意圖Fig.5 Schematic diagram of equipment arrangement

現(xiàn)場霧化管使用φ12 mm高壓不銹鋼管（壁厚1.0 mm，耐壓10 MPa），從主機延伸出去采用預埋及架空的方式通至屋面通風器頂部下方，采用雙卡套式異徑三通（如圖6）連通霧化管與超聲微霧噴嘴。

圖6 連通霧化管與超聲微霧噴嘴Fig.6 Connected spray tube and ultrasonic micro-spray nozzle

4 抑塵效果及特點

抑塵效果：超聲微霧抑塵裝置啟動后，屋面通風器與車間頂棚之間持續(xù)充盈著濃密而細膩的霧團，屋面無滴、漏水，生產(chǎn)作業(yè)時，現(xiàn)場無可視粉塵逸散，抑塵效果顯著，實拍效果如圖7，加裝該裝置后10 μm以下可吸入性粉塵特別是2.5 μm以下粉塵得到了較好的吸收控制，同時實現(xiàn)以下功能。

圖7 超聲微霧抑塵裝置霧化圖Fig.7 Atomization diagram of ultrasonic micro-spray dust-control device

1）實現(xiàn)了保護和改善環(huán)境，防治污染和其他公害，保障公眾健康的目標，為推進生態(tài)文明建設，促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展，提供助力；

2） 有利于貫徹落實堅持保護優(yōu)先、預防為主、綜合治理、公眾參與、損害擔責的原則，充分體現(xiàn)企業(yè)擔當和造福人民的大我精神，結(jié)合“碳達峰、碳中和”戰(zhàn)略要求，抓好節(jié)能減排、安全高效、綠色環(huán)保，做到達標達效生產(chǎn)，提供可靠保障；

3）采用超聲微霧抑塵裝置不僅解決了作業(yè)現(xiàn)場工人的塵肺危害，還為企業(yè)和社會減少醫(yī)療投入，創(chuàng)造環(huán)境效益和經(jīng)濟效益；

4）超聲微霧抑塵裝置冬季能夠正常使用，提高了設備運行的可靠性，不僅實現(xiàn)抑塵降本雙贏，而且也為綠色環(huán)保工廠可持續(xù)發(fā)展奠定堅實基礎。

主要特點：

1）直接作用于產(chǎn)塵點，對非全開放式空間的揚塵尤其適用，通過高壓霧化出大量粒徑達微米級的霧滴去凝并、吸附同一空間內(nèi)飛揚的細微粉塵。相較于傳統(tǒng)的干/濕除塵工藝，干式除塵代表性的負壓除塵只是簡單地轉(zhuǎn)移粉塵，會再次產(chǎn)生污染，且設備體積大，運行能耗高；而傳統(tǒng)濕式除塵則具有高耗水量、自動化水平不夠及抑塵效果不佳等缺點；

2） 高效抑塵，大部分浮游粉塵粒徑≤10 μm，很長時間內(nèi)都不會沉降，并會隨氣流不斷向周邊擴散；超聲微霧抑塵系統(tǒng)產(chǎn)生的霧滴顆粒直徑約為（1～10） μm，與浮游粉塵粒徑及運動狀態(tài)均相似，物理結(jié)合狀態(tài)極佳，能有效增大粉塵質(zhì)量并使之最終以塵霧凝結(jié)物的形式沉降；

3）節(jié)能減排，水電耗量低。超聲微霧抑塵系統(tǒng)耗水量少，不添加化學品，并不會增加超過3‰在運輸材料的整體含水量。一般水質(zhì)要求是水源懸浮物≤50 mg/L、pH值6.5～8.5、硬度≤450 mg/L、氯化物≤250 mg/L，提高了進水標準，是傳統(tǒng)除塵耗水量的1/100～1/10，用電量小，運行成本低；

4）占地面積少，可根據(jù)現(xiàn)場條件將中控主機安裝在任何區(qū)域，對現(xiàn)場安裝位置要求不高，無需設專門的設備間，全自動PLC控制，節(jié)省基建投資和管理費用；

5）維護成本低，該系統(tǒng)維護簡單，設施可靠性高，省去了傳統(tǒng)的風機、除塵器、通風管、噴灑泵房、灑水槍等。在日常的維護保養(yǎng)過程中，只需定期清洗噴嘴，系統(tǒng)可長期穩(wěn)定運行，運行維護費用低，采用全自動PLC控制，與傳統(tǒng)除塵器相比可降低除塵能耗40%～90%；

6）設備噪聲不大于80 dB（A聲級，離設備1 m處測量）；

7） 電氣元件和控制柜防護等級均為IP55以上，絕緣等級為F級；

8）設備完全能夠在本項目所在區(qū)域的氣候條件下和本項目的工況下穩(wěn)定、高效、安全運行；

9）系統(tǒng)投運后，現(xiàn)場粉塵濃度檢測執(zhí)行《工作場所空氣中粉塵測定》（GBZ/T 192-2007）“空氣中的總粉塵用已知質(zhì)量的濾膜采集，由濾膜的增量和采氣量，計算出空氣中總粉塵的濃度”；

10）系統(tǒng)投運后，風速小于等于2 m/s時，屋面通風器出口處1 m范圍外目測無明顯可視性粉塵，現(xiàn)場抑塵率大于90%；無二次污染，針對10 μm以下可吸入性粉塵特別是2.5 μm以下可吸入肺粉塵治理效果達96%以上[7]。

5 裝置的推廣應用

冶金化工生產(chǎn)企業(yè)要打好“綠色排”、“能源牌”，做到“安全生產(chǎn)零事故”、“綠色環(huán)保超凈排放”，低碳發(fā)展將是人類生存的緊迫要求。鋁產(chǎn)業(yè)綠色低碳發(fā)展在不斷優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、不斷推動新技術(shù)創(chuàng)新、大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、充分發(fā)揮鋁的特質(zhì)優(yōu)勢，為我國按期完成“碳達峰”目標、實現(xiàn)“碳中和”愿景，抓源頭、控過程、重結(jié)果，將成為鋁行業(yè)建設生產(chǎn)考慮的重點，綜合分析超聲微霧抑塵裝置的設計原理、結(jié)構(gòu)特點、費用投入等，目前在港口、火電廠、鋼鐵廠、礦場、冶金化工企業(yè)等無組織排放場所固定污染源的密閉或半密閉空間[8]，如翻車機房、篩分塔、轉(zhuǎn)接塔、破碎機房、裝車樓、裝卸船機等，各種環(huán)境得到廣泛應用。

6 結(jié)語

1）通過對生產(chǎn)工藝、抑塵裝置的性能特點進行分析研究，發(fā)現(xiàn)該裝置在冶金化工企業(yè)中的抑塵效果比傳統(tǒng)的收塵裝置好；

2） 該裝置對于10 μm以下可吸入性粉塵，特別是2.5 μm以下可入肺粉塵治理效果顯著；

3）該裝置還具備抑塵率高、節(jié)能環(huán)保、性能先進、應用效果好、自動化程度高、耗水量小、運行費用低等特點；

4）在相似塵源條件下，該裝置值得參考和推廣應用。