封閉式選煤車間濾筒除塵器的改進(jìn)研究與應(yīng)用

蔡 濤

（河南水利與環(huán)境職業(yè)學(xué)院，河南省鄭州市，450000）

隨著我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，煤炭的消耗量逐年加大，從而帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，特別是煤塵污染問題最為突出，在很大程度上制約了煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，大力發(fā)展煤炭分選業(yè)，加大研發(fā)力度，重點研究封閉式選煤車間除塵系統(tǒng)，從而降低煤炭分選過程中的煤塵污染，是解決煤場周邊環(huán)境污染問題的有效方法。

1 選煤廠粉塵特點、危害以及來源分析

現(xiàn)階段，潔凈、安全和高效既是選煤廠生產(chǎn)的顯著特征，也是選煤廠生產(chǎn)的基本要求。粉塵會造成環(huán)境污染，給工人及周圍居民帶來嚴(yán)重的健康威脅。同時，也會嚴(yán)重?fù)p耗原料及生產(chǎn)設(shè)備，影響生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效益。更為嚴(yán)重的是，當(dāng)粉塵數(shù)量不斷積聚達(dá)到一定濃度時，還會有爆炸的危險。

就選煤廠而言，其粉塵主要由煤粉和其他粉狀物構(gòu)成，按照存在狀態(tài)可將粉塵劃分為干粉塵和濕粉塵兩類。其中，如果干粉塵破裂，就可能引發(fā)二次污染，造成難以挽回的損失。選煤廠在進(jìn)行給煤、篩分、破碎以及帶式輸送機轉(zhuǎn)運等環(huán)節(jié)時，原煤會產(chǎn)生大量的煤塵，這是選煤廠粉塵的主要來源。

1.1 給煤機卸料口及轉(zhuǎn)載點產(chǎn)塵分析

通常情況下，卸料口和給料口在受料設(shè)備上會存在一定的落差，在這種情況下，空氣與煤粉流之間會發(fā)生剪切作用，煤粉流逐漸向外擴散，而空氣則被卷進(jìn)物料流當(dāng)中。而對于粉塵而言，會在兩者共同作用下不斷向外飛揚。與此同時，煤粉流與運動著的帶式輸送機膠帶面之間會產(chǎn)生不同程度的煤塵并向四周擴散。在實際生產(chǎn)中，卸料口的產(chǎn)塵濃度與諸多因素有關(guān)，如煤的種類、溜槽落差的大小、煤的干濕程度、帶式輸送機膠帶運動的速度等等，這些都是其具體的影響因素。

1.2 振動篩產(chǎn)塵分析

在振動篩工作環(huán)境下，煤粉間隙中的空氣會被擠壓。此時，粉塵也會在向外高速運動過程中逸出，并伴隨著大量粉塵瞬間揚起。通過篩面，大部分含塵氣流會向上排出，伴隨著這種排出，一些高濃度的粉塵會出現(xiàn)在振動篩的四周。

1.3 破碎機產(chǎn)塵分析

破碎機產(chǎn)塵源主要由卸料口、加料口以及溜槽3部分組成。大塊原煤在經(jīng)過擠壓、撞擊和破碎等幾道工序后，經(jīng)過溜槽送至帶式輸送機，這個過程會產(chǎn)生不同數(shù)量和不同濃度的煤塵。在塵源處，新產(chǎn)生的粉塵會隨著氣流四處擴散，當(dāng)擴散到一定程度時，就會產(chǎn)生粉塵污染。

2 選煤廠除塵主要設(shè)備概況及發(fā)展趨勢

以前，選煤廠主要依靠通風(fēng)排塵或者噴霧灑水方法來除塵，雖然收到了一定的除塵效果，但是呼吸性粉塵的含量依然不能得到有效控制，粉塵污染問題也未能得到根本性的解決。隨著時間的推移，逐漸推出了一些新型的除塵技術(shù)。其中，使用除塵器進(jìn)行抽氣凈化就是最為有效的一種，而且其應(yīng)用效果得到了社會的一致認(rèn)同。根據(jù)除塵方式的不同，礦用除塵器主要分為濕式除塵器和干式除塵器兩類。對比而言，濕式除塵器的除塵效率低且除塵量小，除塵效果一般。而干式除塵器的除塵效率高且除塵量大，除塵效果極佳。然而，由于干式除塵器的成本較高，多數(shù)選煤廠目前主要應(yīng)用濕式除塵器，客觀上造成了粉塵污染較重的現(xiàn)狀。

20世紀(jì)80年代，布袋除塵器問世，并在我國獲得了較為廣泛的應(yīng)用，為選煤廠除塵工作提供了很大的幫助。然而，布袋除塵器的體積一般較大，無形中增加了應(yīng)用的難度。近年來，濾筒除塵器憑借其優(yōu)越的性能，逐漸成為除塵器市場的暢銷品種。濾筒除塵器最早由美國的唐納森公司研發(fā)，以新型的濾筒為濾料，具有體積小、使用便捷、管理簡單、阻力低、效率高、性能高、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢。截至目前，濾筒除塵器應(yīng)用于我國各行各業(yè)。有學(xué)者認(rèn)為應(yīng)用了上百年的袋式除塵器將會被新一代濾筒除塵器所取代，因為濾筒除塵器有優(yōu)于袋式除塵器的占地面積小、除塵效率高以及產(chǎn)品售價低廉等諸多優(yōu)點，將高效濾筒除塵器應(yīng)用于礦業(yè)除塵，既是十分必要的，也是十分可行的，可有效解決選煤廠粉塵治理問題，并能創(chuàng)造良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

3 濾筒除塵器的機理與特征

3.1 濾筒除塵器的構(gòu)成及工作機理

濾筒除塵器主要由清灰系統(tǒng)、濾筒和箱體3部分組成。

（1）清灰系統(tǒng)。清灰系統(tǒng)主要包括氣包、脈沖閥、噴吹管等部分構(gòu)成。如果濾筒表面積粉塵厚度較大，就應(yīng)及時進(jìn)行清理。含塵氣流在濾筒過濾后排出，如果濾筒除塵器的阻力達(dá)到時間設(shè)定值或者壓差設(shè)定值，電磁閥會相應(yīng)地受到時間控制儀或者壓差控制儀控制，脈沖閥也將處于打開狀態(tài)，壓縮空氣直接噴入濾筒中心并進(jìn)行脈沖清灰。

（2）濾筒。在結(jié)構(gòu)方面，濾筒由內(nèi)層、外層和中間層3層構(gòu)成。其中，內(nèi)外層均為硬質(zhì)塑料網(wǎng)或金屬網(wǎng)，而中間層則為褶型的濾料。與其他除塵器的濾筒相比，濾筒除塵器的濾筒具有過濾面積大的顯著優(yōu)勢，這與其密集型的折疊方式有關(guān)。

（3）箱體。箱體由灰斗和氣箱兩部分組成，是濾筒除塵器的外殼。其中，灰斗主要用于收集過濾后的物料，而氣箱則主要用于提供所需的除塵空間。

通常情況下，如果含塵氣流進(jìn)入濾筒除塵器箱體，則大顆粒粉塵和小顆粒粉塵會有不同的處理結(jié)果。就大顆粒粉塵而言，它們要么因慣性而沿著邊壁沉降到灰斗內(nèi)，要么因重力而直接沉降下來。而就小顆粒粉塵而言，它們會隨氣流通過筒體，過濾后干凈的氣體從出口排出，而剩下的粉塵顆粒則停留在濾料表面。隨著粉塵積聚量的不斷增加，其受到的阻力也會不斷增大。當(dāng)達(dá)到設(shè)定時間或者設(shè)定值時，脈沖閥將會處于打開狀態(tài)，壓縮氣體會吹向濾筒中心并進(jìn)行清塵，使粉塵在瞬間吹落，除塵后，系統(tǒng)將恢復(fù)低阻力并正常運行。

3.2 濾筒除塵器的技術(shù)特點

與其他除塵器相比，濾筒除塵器具有以下幾項顯著特征：

（1）除塵效率高。對于一般微米級的粉塵而言，其除塵效率幾乎達(dá)到100%。而且，濾筒的濾料越好，其處理能力越強，除塵效率會更佳。

（2）阻力小。對于普通粉體，濾筒除塵器阻力將小于1000Pa；而對于粘附力較強粉體，濾筒除塵器阻力為1500Pa左右。

（3）水洗性能強。濾筒除塵器的一般濾筒 （紙質(zhì)濾筒除外）都能用水進(jìn)行清洗，晾干后可以重復(fù)使用。

（4）過濾風(fēng)速范圍廣。濾筒的材質(zhì)不同，過濾風(fēng)速也會有所不同。例如，摺式濾筒的過濾風(fēng)速高達(dá)2.4 m／min，而紙質(zhì)濾筒的過濾風(fēng)速僅為1m／min。

（5）入口濃度范圍廣。對于含塵濃度較高氣流，只需要摺式濾筒或者聚酯濾筒就能處理，這也反映了其入口濃度范圍廣的特征。

4 濾筒除塵器在封閉式選煤車間的應(yīng)用

針對煤廠粉塵的特點，在選煤車間進(jìn)行濾筒除塵器試驗。該煤場地面施工前自然標(biāo)高為210.30m，施工后所需要達(dá)到的高度為207.10m，施工時要挖除3.20m 厚的土方。煤炭分選的主要污染物就是煤塵，要想進(jìn)行有效治理，就需要使用封閉車間并采用除塵系統(tǒng)。本車間原采用布袋除塵器，除塵效果不理想，為解決該問題，現(xiàn)采用斜裝濾筒式除塵器，其濾筒采用橢圓形，目的是可以減少濾筒上部積塵對過濾面積的影響，提高除塵器的使用效率。

該除塵系統(tǒng)工藝流程為：塵源→集氣罩→管路→除塵器→風(fēng)機→干凈氣體外排。測試的方案按照GB12138-x89國家標(biāo)準(zhǔn)里關(guān)于測試除塵器的性能的辦法確定了參數(shù)與測點，主要測試設(shè)備與參數(shù)見表1。

4.1 實測數(shù)據(jù)與效果

通過實際測算，風(fēng)量與除塵器阻力及效率關(guān)系、入口濃度變化與除塵器阻力及效率關(guān)、風(fēng)速與除塵效率及除塵器阻力關(guān)系、入口濃度與除塵效率、除塵器及濾筒阻力關(guān)系分別見表2、表3、圖1及圖2。

表1 主要測試儀器與參數(shù)

表2 風(fēng)量與除塵器阻力及效率關(guān)系

表3 入口濃度變化與除塵器阻力及效率關(guān)

圖1 風(fēng)速與除塵效率及除塵器阻力關(guān)系

圖2 入口濃度與除塵效率、除塵器及濾筒阻力關(guān)系

從圖1可以看出，如果系統(tǒng)不加粉運行時，除塵器及濾筒阻力都伴隨著流量的提高而升高，加粉后除塵器及濾筒阻力都比空載時阻力有所增大，且都隨風(fēng)量的增加而增大，最高阻力達(dá)2000Pa，最低阻力僅有224Pa，同時除塵器的工作效率隨風(fēng)量的提高而減少。

從圖2可以看出，入口粉塵濃度變化對除塵器的阻力影響輕微且基本穩(wěn)定，除塵器的工作效率隨入口粉塵濃度的增大而減小，但除塵效率總體相對穩(wěn)定，盡管隨風(fēng)量及入口濃度變化而減小，但最低除塵效率也在99.6%以上。由此可見，濾筒除塵器應(yīng)用于收集處理粒徑小于1.2um 的煤粉，除塵效率高達(dá)99.6%以上，效果明顯。

4.2 實測經(jīng)驗與對策

4.2.1 除塵器

在生產(chǎn)過程中，濾筒式除塵器使用的主要問題是：封閉式選煤車間所產(chǎn)生的粉塵具有比重大、濃度大以及磨琢性強等特征，造成難以把濾筒中的上部灰塵清除，從而減少了有效的過濾面積，同時提高了除塵器的使用阻力，減小了除塵器的風(fēng)力，嚴(yán)重影響除塵器的使用效果。溢出的灰塵也給車間的環(huán)境帶來了較大影響，而且在這一情況下，還可增加濾料兩側(cè)的壓力，甚至還會破壞濾筒。濾筒式除塵器一般采用脈沖噴吹清灰，通過噴吹氣流，被吸附的粉塵揚起，揚起的灰塵在重力和氣流作用極易重新吸附在濾料上，難以沉降到灰斗中，同一粉塵反復(fù)吸附形成二次過濾阻力，特別在粉塵濃度較大時，情況尤其明顯。通過現(xiàn)場的測試發(fā)現(xiàn)在車間的一套除塵系統(tǒng)較之于原有的設(shè)計風(fēng)量，其實際運行風(fēng)量要小的多，造成這一系統(tǒng)中多個捕集揚塵點的效果都不理想。取出處于工作中的濾筒，看到了除塵器的運行阻力，認(rèn)識到了濾筒中灰塵的影響 （其需要手動進(jìn)行清灰），這些灰塵阻礙了濾筒的效率，讓濾筒中的空氣流通受阻，風(fēng)量降低，且給產(chǎn)塵點捕塵的效果造成了極壞的影響，可見濾筒除塵器定期清灰有重要的價值。應(yīng)加強除塵器的日常維護(hù)管理，在除塵器的操作規(guī)程中明確清灰周期及程序。

4.2.2 排風(fēng)罩

在工作中，煤炭預(yù)篩分采用的排氣罩由于溫度比較高，造成塵氣隨著氣流上升，有些塵氣會從排氣罩破損處直接溢出，并向車間溢入，這會給車間中的衛(wèi)生環(huán)境帶來極大的破壞。就設(shè)計方面而言，煤炭預(yù)篩分采用的排氣罩存在著很多的問題，比如較小的抽風(fēng)口尺寸、罩外野風(fēng)的風(fēng)幕風(fēng)源、較大的上部開口尺寸等等，在一年來投產(chǎn)中多次進(jìn)行了改造，然而效果卻始終都不理想。為了使車間的生產(chǎn)環(huán)境得到根本的改善，棄用了位于排風(fēng)罩上面的空氣幕，且將活動的頂蓋加裝在了排氣罩的上部，有效地改善了排風(fēng)罩在排風(fēng)方面的效果。此外，通過現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，因為處在車間的大門位置，在工作時間由于物料的搬進(jìn)搬出，造成大門處在開放狀態(tài)，這樣空氣的流通會帶來一定的風(fēng)速，造成排風(fēng)罩中的粉塵溢出，嚴(yán)重影響車間環(huán)境。根據(jù)模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將排風(fēng)口加在排風(fēng)罩的左側(cè)后，罩口左側(cè)的渦流顯著減小，這有助于罩內(nèi)的氣流變化，可以減少過堂風(fēng)對罩內(nèi)氣流的影響，減少粉塵溢出，進(jìn)而降低過堂風(fēng)帶來的車間污染。改造后的排風(fēng)罩模型示意圖如圖3所示。

4.2.3 通風(fēng)管道

通過現(xiàn)場調(diào)研，在除塵通風(fēng)管道的彎頭處容易產(chǎn)生十分嚴(yán)重的磨損，而且該部位接近吸入粉塵口，有著較高的粉塵濃度，且其顆粒有著腐蝕和磨損能力，很容易造成管道破損，究其原因主要有以下幾點：

（1）受調(diào)試和設(shè)計等方面因素的影響，風(fēng)速在除塵系統(tǒng)的管道里較高，那些較高濃度的粉塵在經(jīng)過管道的彎頭處時，嚴(yán)重磨琢和碰撞管道，這給管道的使用壽命帶來了極大的影響。

圖3 改造后的排風(fēng)罩模型示意圖

（2）除塵系統(tǒng)在設(shè)計中也存在著不足和缺陷，如粉塵的捕集口離煤流很近且風(fēng)速又大，在進(jìn)行抽塵時，除塵管道會吸入很多有著超過0.2mm粒度的顆粒，這無疑會加重管道負(fù)擔(dān)，這些顆粒的磨損能力很強，尤其是對彎頭處的影響。

（3）彎頭回轉(zhuǎn)半徑過小，也加劇了粉塵對管道的磨損。

在除塵管道設(shè)計、施工和調(diào)試中應(yīng)重視控制管道風(fēng)速大小、管道拐彎處的弧度以及粉塵捕集口的位置，從而提高除塵效果和減少系統(tǒng)維護(hù)工作量。

5 結(jié)語

本應(yīng)用研究表明，封閉式選煤車間配套高效濾筒除塵系統(tǒng)可有效降低煤場起塵量，排放濃度小于50mg／m3，室內(nèi)濃度小于10mg／m3，極大地改善了選煤廠內(nèi)部及周邊環(huán)境，符合我國環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排政策，同時也有利于改善企業(yè)形象，社會效益和環(huán)境效益顯著。

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