巴基斯坦塔爾煤田一區(qū)塊露天煤礦一級破碎站綜合除塵系統(tǒng)

王曉帆，張繼平，張 洪，蔡忠超

（1.上海電氣集團(tuán)股份有限公司，上海 201199；2.中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

露天煤礦半連續(xù)開采工藝兼具連續(xù)工藝和間斷工藝的優(yōu)勢，由于其靈活性強(qiáng)、效率高，已成為露天煤礦剝采工藝的一個重要技術(shù)發(fā)展方向[1]。半移動式破碎站則是半連續(xù)開采工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和核心設(shè)備，其主要優(yōu)點(diǎn)為破碎能力強(qiáng)、移設(shè)方便、可靠性高、維護(hù)成本低等；其主要缺點(diǎn)是受料過程中，開放式作業(yè)會產(chǎn)生大量無序粉塵[2]，不但影響設(shè)備運(yùn)行壽命，還危害現(xiàn)場工作人員的身體健康，同時對大氣環(huán)境造成污染，這與國家的法律法規(guī)相悖，也制約了經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，因此，做好破碎站的除塵抑塵工作就顯得尤為重要[3]。

1 國內(nèi)破碎站粉塵處理的方法

為解決破碎站處的粉塵污染和環(huán)境問題，目前主要采用的方法有塵源封閉法、高壓噴霧抑塵法和干式布袋除塵法等，一級破碎站除塵采用方法統(tǒng)計(jì)見表1。

目前，國內(nèi)大多數(shù)露天礦一級破碎站受料坑并未設(shè)置系統(tǒng)的封閉除塵設(shè)施，多為設(shè)置簡易罩體抑塵，在卸料口四周加設(shè)干霧抑塵、環(huán)保水霧炮或移動式射霧器降塵，國內(nèi)典型露天煤礦一級破碎站除塵方式統(tǒng)計(jì)見表2。

表1 一級破碎站除塵采用方法統(tǒng)計(jì)

表2 國內(nèi)典型露天煤礦破一級破碎站塵方式統(tǒng)計(jì)

2 一級破碎站綜合除塵系統(tǒng)構(gòu)想

1）生產(chǎn)系統(tǒng)。巴基斯坦塔爾煤田一區(qū)塊露天煤礦建設(shè)規(guī)模為7.80 Mt/a，剝離采用單斗－卡車開采工藝，采煤采用單斗－卡車+可移動式破碎站半連續(xù)開采工藝。露天礦產(chǎn)品煤原煤粒度為0～300 mm，去向?yàn)榭涌陔姀S，主要包括破碎、儲煤、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)，一級破碎站采用移動式雙齒棍破碎機(jī)，其生產(chǎn)能力為2 000 t/h，裝料設(shè)備為載重60 t 的寬體卡車，卸車頻次約為34 次/h，考慮一次卸車時間約3.5 min，破碎站設(shè)2 個卸車臺位，即可滿足露天煤礦正常生產(chǎn)要求?？紤]配煤功能需要，一級破碎站設(shè)3 個卸車臺位，儲煤場設(shè)備選用懸臂式斗輪堆取料機(jī)[4]。

2）綜合除塵系統(tǒng)。目前國內(nèi)露天煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)環(huán)節(jié)中的一級破碎站多采用塵源封閉法、高壓噴霧抑塵法和干式布袋除塵法等，為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的投資高、能耗大以及抑塵效果差等問題，提出采用相對“封閉”罩體將受料坑及運(yùn)煤卡車卸載的相關(guān)區(qū)域封閉，并采取“主動”吸塵系統(tǒng)集中處理煤塵。

3 除塵系統(tǒng)布置方案

由于寬體卡車向一級破碎站卸車時，物料從高處落至受料斗內(nèi)是破碎站產(chǎn)塵的主要原因，屬于過程中的動態(tài)起塵，與操作時的作業(yè)落差和卸載強(qiáng)度有關(guān)[5]，故除塵點(diǎn)設(shè)置在卸料口周圍，除塵方式采用將卸料口周圍封閉+除塵器的方式。

3.1 封閉抑塵范圍及方式

破碎站受料斗尺寸為9 000 mm × 9 000 mm，根據(jù)卸載平臺尺寸、運(yùn)煤卡車作業(yè)方式、舉升廂斗尺寸、封閉抑塵效果、煤塵防爆要求、投資估算的經(jīng)濟(jì)性等因素，封閉抑塵罩范圍提出4 個方封閉抑塵罩方案范圍對比，各方案封閉抑塵罩范圍示意圖如圖1。

1）方案1：只將受料口四周封閉。優(yōu)點(diǎn)：封閉范圍小，造價低。缺點(diǎn)：①不能將產(chǎn)塵范圍全部封閉；②；除塵器檢修空間不足。不推薦此方案。

圖1 各方案封閉抑塵罩范圍示意圖

2）方案2：將運(yùn)煤卡車廂斗尾部范圍封閉。優(yōu)點(diǎn)：封閉范圍較小，造價較低。缺點(diǎn)：①不能將產(chǎn)塵范圍全部封閉；②；除塵器檢修空間較小。不推薦此方案。

3）方案3：將運(yùn)煤卡車整個車體范圍封閉。優(yōu)點(diǎn)：能將煤塵范圍全部封閉，塵化的氣流在到達(dá)罩壁的孔口前速度已大大減弱，降（除）塵效果好。缺點(diǎn)：封閉抑塵罩范圍大，造價相對較高。推薦此方案。

4）方案4：將整個卸載平臺封閉。優(yōu)點(diǎn)：能將煤塵范圍全部封閉，塵化的氣流在到達(dá)罩壁的孔口前速度已大大減弱，降（除）塵效果好。缺點(diǎn)：封閉抑塵罩造價比方案3 高。不推薦此方案。

考慮除塵效果、工程造價、設(shè)備選型等多種因素，推薦采用方案3 的封閉抑塵罩的范圍，即將寬體卡車整個車體進(jìn)行封閉。封閉抑塵罩采用多跨結(jié)構(gòu)，最大跨度12 m。一般國內(nèi)采用鋼結(jié)構(gòu)形式，考慮項(xiàng)目所在地塔爾地區(qū)的實(shí)際施工條件，當(dāng)?shù)劁摻Y(jié)構(gòu)型鋼的加工能力極其薄弱，甚至無法采購到型鋼材料。因此，確定采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，墻體和屋面采用鋼檁條加彩鋼板圍護(hù)的建筑形式，鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)。

在已確定的封閉抑塵罩需預(yù)留3 處運(yùn)煤卡車出入口，出入口處的封閉方式可選擇橡膠擋簾、自動多段提升大門、氣幕以及水幕等，封閉抑塵罩卡車進(jìn)出口處封閉方式優(yōu)、缺點(diǎn)如下:①橡膠擋簾:優(yōu)點(diǎn)為造價低,缺點(diǎn)為卡車出入易磨損、封閉效果不好,不推薦; ②自動多段提升大門:優(yōu)點(diǎn)為封閉效果好,缺點(diǎn)為造價高、對卡車有防爆要求、頻繁開啟，影響卸車連貫性,不推薦;③氣幕:優(yōu)點(diǎn)為造價低，自動形成氣壓，誘導(dǎo)氣流循環(huán)，氣幕屏蔽效果好,推薦;④水幕:優(yōu)點(diǎn)為封閉效果好,缺點(diǎn)為需要水源，水處理的附屬設(shè)施多，造價高、對煤質(zhì)產(chǎn)生影響，受季節(jié)性影響較大,不推薦。

經(jīng)比較分析，推薦采用氣幕封閉卡車進(jìn)出口的方式。為防止煤塵向封閉抑塵罩外區(qū)域擴(kuò)散，封閉范圍及形式確定采用氣幕封閉卡車進(jìn)出口的方式將寬體卡車整個車體封閉。

3.2 密閉抑塵罩排風(fēng)量

鑒于一級破碎站的工藝設(shè)備布置，采用整體封閉的方式盡量將產(chǎn)塵空間全部封閉，設(shè)置吸氣方向盡可能與污染氣流運(yùn)動方向一致來進(jìn)行捕集除塵。

考慮3 個卸載臺位高差為9 m、本露天礦煤含水量為40.2%（外水分）、運(yùn)煤卡車載重60 t、一級破碎站能力為2 000 t/h，計(jì)算啟塵量為298.6 kg/h。因?yàn)橐患壠扑檎拘遁d平臺卡車廂斗卸載處產(chǎn)塵特點(diǎn)瞬間塵量較大，考慮地理位置特點(diǎn)和空氣流通需要，密封罩不可能完全密封嚴(yán)實(shí)，即需要考慮漏風(fēng)率；再加上破碎機(jī)落料時由于落差引起的氣流反沖消耗的風(fēng)量；所以總風(fēng)量需要考慮附加值，本研究修正系數(shù)取值1.20，即實(shí)際抽風(fēng)量為85 289 m3/h。

3.3 除塵方案比選

含有煤塵空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)抽出后經(jīng)過除塵器處理達(dá)標(biāo)后排放，排風(fēng)口設(shè)在罩內(nèi)壓力最高的部位，以利于消除正壓。目前，除塵器選擇種類分為干式除塵器和濕式除塵器2 種，濕式除塵器除塵器優(yōu)缺點(diǎn)對比。

1）干霧除塵器。優(yōu)點(diǎn)：效率高，用水量少。缺點(diǎn)：①水質(zhì)要求較高（基本與生活飲用水相當(dāng)）且初期投資較大，現(xiàn)場不具備能提供干霧水質(zhì)的水源，需從露天礦疏干管道引水敷設(shè)管道，并增加疏干水處理系統(tǒng)；②不封閉，受季節(jié)風(fēng)影響除塵效果。不推薦。

2）除塵噴頭。優(yōu)點(diǎn)：投資省，適應(yīng)性好。缺點(diǎn)：①用水量大，水處理等附屬設(shè)施投資大；②受地區(qū)冬季氣候影響較。不推薦。

3）水膜除塵器。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)相對簡單、金屬的耗量較小、耗水量較小。缺點(diǎn)：①由于高度較大，一級破碎站周圍空間有限，布置困難；②在實(shí)際運(yùn)行的過程中有帶水的現(xiàn)象。不推薦。

4）振弦除塵器。優(yōu)點(diǎn)：除塵效果好。缺點(diǎn)：①振弦板、高壓噴頭易堵；②用水量大。不推薦。

5）濕式除塵洗氣機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：引風(fēng)除塵為一體，不需另配風(fēng)機(jī)，對水質(zhì)、水壓無要求，可循環(huán)使用，無濾網(wǎng)，目前應(yīng)用沒有易損件。推薦。

濕式除塵洗氣機(jī)以洗滌液為介質(zhì)，在機(jī)械力的作用下，將洗滌液霧化為細(xì)微小液滴顆粒，通過一定速度的撞擊或乳化劑的作用與煤塵顆粒結(jié)合[6]，達(dá)到凈化的目的。系統(tǒng)中除塵洗氣機(jī)運(yùn)行后，將含塵氣體經(jīng)管道送至除塵洗氣機(jī)，經(jīng)除塵洗氣機(jī)清洗凈化至回風(fēng)氣幕箱，由氣幕口吹出。

洗氣機(jī)運(yùn)行時，密封罩內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，新風(fēng)補(bǔ)入使氣體流動，帶走粉塵。氣幕口吹出的氣體形成的風(fēng)墻可將密封罩內(nèi)外區(qū)域隔開，因此將凈化后由氣幕口吹出的氣體代替新風(fēng)作為送風(fēng)使用，使密封罩內(nèi)的氣體循環(huán)流動，作為粉塵的載體進(jìn)行循環(huán)凈化，凈化后氣體不向大氣排放。確定除塵器的風(fēng)量時，必須滿足密閉罩內(nèi)進(jìn)、排風(fēng)量的總量平衡[7]。

根據(jù)以上原則，總體排風(fēng)量應(yīng)大于85 289 m3/h，處理設(shè)備額定風(fēng)量要大于計(jì)算風(fēng)量，因此選用2 套CTL－12#濕式除塵洗氣機(jī)。

3.4 回風(fēng)氣幕和給水及水處理

利用風(fēng)幕對開放產(chǎn)塵環(huán)節(jié)進(jìn)行軟密封，在不影響生產(chǎn)的前提下，可有效抑塵[8]。在封閉抑塵罩內(nèi)預(yù)留運(yùn)煤卡車出入口，運(yùn)煤卡車車頭在罩體垂直線內(nèi)，結(jié)合濕式除塵洗氣機(jī)處理系統(tǒng)設(shè)置，在運(yùn)煤卡車頭上方安裝回風(fēng)氣幕箱，長度大于運(yùn)煤卡車出入口寬度，氣幕箱下方有氣幕口，凈化后的中氣由此向下吹出，形成1 道風(fēng)墻，將內(nèi)部產(chǎn)塵區(qū)域和室外自然區(qū)域隔開，粉塵可被密封在其中，從而達(dá)到有效控制煤塵外漏，閉罩體抑塵原理示意圖如圖2。

圖2 封閉罩體抑塵原理示意圖

洗氣機(jī)用水量為40 m3/h，每天按工作16 h 計(jì)，則用水量為640 m3/d。該設(shè)備對水質(zhì)要求不高，可由露天礦提供疏干水，保證洗氣機(jī)用水。

破碎站洗氣機(jī)廢水經(jīng)收集后，送至處理間內(nèi)處理。處理核心工藝為傳統(tǒng)的混凝＋沉淀＋過濾，凈化后復(fù)用，處理規(guī)模為40 m3/h。

4 結(jié)語

目前我國有露天煤礦400余座，其中大、中型露天煤礦120 余座，千萬噸級以上的露天煤礦約有40余座，其地面剝離、煤破碎站數(shù)量非?？捎^，而在露天礦破一級破碎站塵方面，尚未有一個較為完善的解決方案，進(jìn)一步改善和提高的空間較大。對巴基斯坦塔爾煤田一區(qū)塊露天煤礦破碎站綜合除塵系統(tǒng)進(jìn)行深入研究并確定的詳細(xì)的破碎站綜合除塵系統(tǒng)方案，對做好項(xiàng)目實(shí)施過程中半移動式破碎站的揚(yáng)塵抑制工作，實(shí)現(xiàn)“破碎環(huán)節(jié)”的綠色開采，減少和避免礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的污染，做好礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和綜合治理具有重要意義，對推動一級破碎站塵綜合技術(shù)創(chuàng)新起到促進(jìn)作用。