大型洗煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)粉塵治理關(guān)鍵技術(shù)研究

1 項目背景

原煤洗選是提高煤炭質(zhì)量的重要手段，是煤炭進(jìn)入市場前必須的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。洗煤廠生產(chǎn)過程中運(yùn)輸、破煤、分矸、振動篩選設(shè)備密封罩密封不嚴(yán)或機(jī)器設(shè)備敞開式工作，造成粉塵的大量逸散；洗煤廠車間內(nèi)，塵源點(diǎn)多而且分散，含塵濃度變化范圍廣，只有采取針對性的粉塵治理方案，合理分布除塵裝置，才能有效降低大型洗煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)的粉塵濃度。工作人員長期暴露在高濃度粉塵環(huán)境中，會導(dǎo)致呼吸道疾病，嚴(yán)重的甚至?xí)斐蓧m肺病；大量的粉塵還會導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備故障發(fā)生率的增加，大型洗煤廠粉塵治理勢在必行。

2 主要研究內(nèi)容

項目以馬脊梁選煤廠為依托，針對大型現(xiàn)代化洗煤廠原煤篩分車間、精煤洗選車間粉塵污染難以控制問題開展研究，系統(tǒng)研究洗煤作業(yè)中工藝性粉塵產(chǎn)生的原因、分布，以及粉塵組分、濃度、分散度等重要參數(shù)，全面、系統(tǒng)地研究粉塵發(fā)塵機(jī)理和移動規(guī)律，基于霧化除塵與密閉除塵相結(jié)合的思想，采取“外閉內(nèi)抑”的技術(shù)路線，研究洗選煤工藝環(huán)境下粉塵抑制及降塵規(guī)律，開發(fā)針對不同塵源點(diǎn)的除塵設(shè)備，從根本上解決粉塵治理效果較差的技術(shù)難題。主要研究內(nèi)容有：

（1）洗煤廠粉塵及其運(yùn)動規(guī)律研究

洗煤廠粉塵主要由井下采掘活動中產(chǎn)生的附著于塊煤表面的煤及巖粉，以及轉(zhuǎn)載站、破碎站、振動篩、滑坡煤倉等環(huán)節(jié)煤體撞擊產(chǎn)生的粉塵。通過采用La?grange法研究粉塵顆粒的運(yùn)動軌跡，分析粉塵顆粒在車間內(nèi)的運(yùn)動、擴(kuò)散規(guī)律，經(jīng)過理論計算推導(dǎo)研究洗煤廠粉塵顆粒運(yùn)動軌跡，得出洗煤廠車間內(nèi)粉塵顆粒的運(yùn)動主要受氣流曳引阻力和顆粒自身重力的影響，為洗煤廠車間粉塵治理提供了理論依據(jù)。

（2）洗煤廠粉塵物性分析研究

針對大型洗煤廠的現(xiàn)狀，對洗煤廠車間內(nèi)粉塵濃度、粉塵的浸潤性、吸濕性、分散度等物性進(jìn)行了測試分析。使用CCHZ-1000全自動粉塵測定儀，通過對洗煤廠車間內(nèi)粉塵濃度的測定及粉塵的物性分析，得出洗煤廠粉塵中的呼吸性粉塵濃度占比超過了總塵的60%，浸潤性測定得出粉塵屬于中等親水性粉塵，粉塵的吸濕性為70.17%。BT-1600型圖像顆粒分析系統(tǒng)對洗煤廠的粉塵樣本進(jìn)行分散度測試表明，洗煤廠車間內(nèi)的呼吸性粉塵濃度占總塵濃度的比例超過了60%，細(xì)微顆粒粉塵懸浮在車間內(nèi)依靠自身重力自然沉降很難，粉塵治理難度大。

圖1洗煤廠的粉塵樣本分散度測試

（3）洗煤廠除塵方法的選擇

通過對洗煤廠粉塵物性測試結(jié)果綜合分析可知，粉塵的吸濕能力較好，浸潤速度為3.5 mm/min，該洗煤廠粉塵屬于中等親水性粉塵，得出該洗煤廠粉塵治理可以采用濕式除塵方法。由于洗煤廠具有塵源點(diǎn)多源、分散、塵源點(diǎn)空間有限的特殊性，且呼吸性粉塵濃度占總塵濃度的比例超過了60%，研究提出了氣霧濕式除塵與除塵罩控塵抑塵相結(jié)合的“外閉內(nèi)抑”粉塵治理方法，從而提高洗煤廠粉塵治理效果。

（4）降塵系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的研發(fā)

針對呼吸性粉塵濃度占比較高的具體情況，研究設(shè)計了噴嘴流體有效通過面積加大的氣水霧化除塵噴嘴。根據(jù)洗煤廠車間內(nèi)振動篩的產(chǎn)塵特點(diǎn)，研發(fā)了振動篩粉塵密閉裝置，減少在原煤篩選過程中由于高頻振動而產(chǎn)生的細(xì)小顆粒物向振動篩外擴(kuò)散，振動篩粉塵密閉裝置可自動或手動開合，滿足了振動篩日常檢修或更換篩板的工作需求。

圖2噴嘴三維網(wǎng)格劃分圖

圖3液體在噴嘴內(nèi)部運(yùn)動跡線圖

（5）除塵系統(tǒng)工藝參數(shù)研究

模擬實驗測定了不同水壓、氣壓、不同體積空間相組合的噴霧降塵效率，得出水壓0.4 MPa、氣壓為0.5 MPa時除塵效率最佳，可達(dá)95.57%；除塵體積空間為2.0 m3時水壓氣壓噴霧除塵效率最高。

3 主要研究成果

（1）提出“外閉內(nèi)抑”綜合控塵方法

基于洗煤廠車間內(nèi)塵源點(diǎn)多而且分散的特點(diǎn)，提出了“外閉內(nèi)抑”的綜合控塵方法，即在塵源點(diǎn)處采用密閉控塵與噴霧除塵相結(jié)合的方式，將車間內(nèi)的粉塵控制在塵源點(diǎn)處，減少粉塵向車間內(nèi)擴(kuò)散。根據(jù)洗煤廠車間內(nèi)每個塵源處的特點(diǎn)，設(shè)置了不同的密閉罩，通過改變除塵罩的體積，獲得最佳的降塵效果。

（2）研發(fā)了氣水霧化除塵噴嘴

基于“氣液兩相流”理論，研發(fā)了氣水霧化除塵噴嘴。優(yōu)化了噴嘴外緣結(jié)構(gòu)，即通過改變唇厚、深入度為和唇寬，改進(jìn)噴頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確定唇厚度為2 mm，深入度為0.8 mm，唇寬1.5 mm。使噴嘴具有抗腐蝕、抗堵塞和抗掛料等特性，可以直接使用洗煤廠車間內(nèi)的煤泥復(fù)用水。氣水霧化噴嘴所產(chǎn)生液滴粒徑接近于洗煤廠車間內(nèi)的粉塵粒徑，增強(qiáng)了對微塵的捕獲能力。

（3）洗煤廠振動篩產(chǎn)的密閉

設(shè)計制作了一種洗煤廠振動篩粉塵密閉裝置，將洗煤廠車間內(nèi)眾多的振動篩逐一密閉，減少在原煤篩選過程中由于高頻振動產(chǎn)生的細(xì)小顆粒物向振動篩外擴(kuò)散。該振動篩粉塵密閉裝置能夠?qū)崿F(xiàn)自動與手動開合，滿足振動篩日常檢修或更換篩板的工作需求。

（4）除塵裝置自動控制系統(tǒng)的開發(fā)

集成開發(fā)了洗煤廠除塵自動控制系統(tǒng)，通過自主研發(fā)的具有防潮防濕功能的粉塵濃度傳感器、自動控制模塊、PC機(jī)遠(yuǎn)程控制軟件包實現(xiàn)對噴霧除塵系統(tǒng)的自動控制。數(shù)據(jù)采集傳感器外部裝有保護(hù)殼，可應(yīng)用于高濕度、小顆粒物料碰撞的密閉環(huán)境。

圖4氣水霧化除塵系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

圖5馬脊梁洗煤廠準(zhǔn)備車間氣水霧化除塵系統(tǒng)

4 應(yīng)用效果

大型洗煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)粉塵治理技術(shù)成果，研發(fā)的噴嘴可以滿足洗煤廠各種工況的需要，研究設(shè)計的噴霧除塵加密閉除塵的綜合除塵方式，靈活應(yīng)用于馬脊梁洗煤廠車間內(nèi)的各個產(chǎn)塵點(diǎn)。經(jīng)過防腐蝕處理的洗煤廠振動篩粉塵密閉裝置滿足了日常工作需求，裝置結(jié)構(gòu)堅固耐用，在洗煤廠車間內(nèi)的環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行5000小時。除塵系統(tǒng)操作和維護(hù)簡單，減少了維修人員的工作量。技術(shù)成果在馬脊梁洗煤廠的應(yīng)用，大幅度降低了洗煤廠車間內(nèi)的粉塵濃度，特別是塵源點(diǎn)處粉塵濃度明顯下降，有效解決了洗煤廠車間內(nèi)粉塵濃度高的技術(shù)難題，更好地保護(hù)了現(xiàn)場工人的身心健康，同時有利于大型洗煤廠的安全生產(chǎn)。

該項目于2020年1月通過了中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織的科技成果鑒定，研究成果為國際先進(jìn)水平。