馬脊梁洗煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)粉塵治理技術(shù)研究

權(quán)春陽

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心山西省大同市037003）

原煤洗選是煤炭采出后提高煤炭質(zhì)量進(jìn)入市場(chǎng)前重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，是提高銷售價(jià)格的重要技術(shù)手段。原煤洗選是一個(gè)由許多作業(yè)環(huán)節(jié)組成的連續(xù)機(jī)械加工過程，在這個(gè)工藝過程中產(chǎn)生的粉塵廣泛分布于工作空間，不僅嚴(yán)重危害職工的健康，降低生產(chǎn)勞動(dòng)效率，而且粉塵還會(huì)導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備故障發(fā)生率的增加，因此對(duì)洗煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行研究和治理具有十分重要的意義。

1 馬脊梁礦洗煤廠概況

馬脊梁洗煤廠是一座設(shè)計(jì)能力600萬噸/年的大型動(dòng)力煤洗煤廠，由原煤準(zhǔn)備系統(tǒng)、主洗系統(tǒng)、壓濾系統(tǒng)和產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)等四大部分組成，洗煤廠主要設(shè)備379臺(tái)套，裝機(jī)總?cè)萘? 471.37 kW，采用塊煤淺槽、末煤三產(chǎn)品重介旋流、煤泥壓濾回收的經(jīng)典聯(lián)合工藝進(jìn)行洗選，工藝成熟、設(shè)備先進(jìn)、自動(dòng)化程度高。但洗煤廠車間內(nèi)，塵源點(diǎn)多而且分散，各個(gè)塵源點(diǎn)的情況各不相同，粉塵治理難度大，對(duì)選煤廠的粉塵進(jìn)行治理，已成為一個(gè)亟待解決的問題。

2 粉塵來源分析

洗煤廠的粉塵產(chǎn)生主要包含入洗前既有粉塵和洗選工藝粉塵：

（1）入洗前既有粉塵：洗煤廠入洗原煤含水量低，原煤失水后，在入洗前自然干燥狀態(tài)下，細(xì)顆粒不能有效的吸附導(dǎo)致脫落，產(chǎn)生粉塵；

（2）洗選工藝粉塵：原煤破碎、皮帶運(yùn)輸、轉(zhuǎn)載點(diǎn)、振動(dòng)篩、滑坡煤倉等工作環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，沒有進(jìn)行有效的封閉和噴霧降塵處理，造成粉塵向外逸散。

3 洗煤廠粉塵物性測(cè)試分析

為了制定針對(duì)性的除塵技術(shù)方案，需要對(duì)洗煤廠車間內(nèi)的粉塵物性進(jìn)行測(cè)試分析。

3.1 洗煤廠粉塵濃度測(cè)定

測(cè)定采用的是CCHZ-1000全自動(dòng)粉塵測(cè)定儀，適用于工礦企業(yè)檢測(cè)煤塵和其它粉塵的快速檢測(cè)。粉塵測(cè)試點(diǎn)布置在以距離洗煤廠不同產(chǎn)塵源的近點(diǎn)、中等距離點(diǎn)、遠(yuǎn)點(diǎn)，中遠(yuǎn)程擴(kuò)散點(diǎn)、遠(yuǎn)遠(yuǎn)程擴(kuò)散點(diǎn)、易于形成風(fēng)流聚集的窗口附近、通道口附近等，以及車間內(nèi)上下不同層位可能形成塵流通過、停留的主要部位采樣，并在相應(yīng)采樣點(diǎn)同時(shí)測(cè)試其溫度及相對(duì)濕度。并重點(diǎn)選擇測(cè)試工人經(jīng)常工作地點(diǎn)呼吸帶附近的懸浮粉塵。車間內(nèi)的呼吸性粉塵濃度占總塵濃度的比例超過了50%，細(xì)微顆粒粉塵懸浮在車間內(nèi)很難依靠自身重力自然沉降，同時(shí)也加大了粉塵治理的難度。

3.2 粉塵浸潤(rùn)性測(cè)定

粉塵顆粒與液體相互附著的性質(zhì)稱為粉塵的浸潤(rùn)性。根據(jù)粉料被水浸潤(rùn)的難易程度，將其劃分為親水性粉料和疏水性粉料。各種濕式技術(shù)中，粉塵的潤(rùn)濕性是選擇除塵設(shè)備的主要依據(jù)之一。實(shí)驗(yàn)采用粉塵浸潤(rùn)性裝置對(duì)洗煤廠車間內(nèi)粉塵的浸潤(rùn)性進(jìn)行測(cè)定，取兩個(gè)平行樣品的平均觀測(cè)值為測(cè)定結(jié)果。測(cè)試結(jié)果表明洗煤廠粉塵浸潤(rùn)速度為3.5 mm/min，屬于中等親水性粉塵，對(duì)該粉塵的治理可以使用濕式除塵的方法。

3.3 粉塵吸濕性測(cè)定

將稱重后的干燥粉塵置于相對(duì)濕度控制在某范圍的保濕器中，若干時(shí)間后再稱重，粉塵增重即為其在該段時(shí)間內(nèi)從溫度和相對(duì)濕度在某范圍的周圍空氣中吸收的水分量；吸收的水分量與干燥粉塵本身質(zhì)量之比率，表征粉塵的吸濕率。洗煤廠粉塵的吸濕性為70.17%，對(duì)粉塵的吸濕能力較好，對(duì)于該洗煤廠車間內(nèi)的粉塵可以采用考慮采用濕式除塵的方法。

3.4 粉塵粒徑測(cè)定

粉塵的顆粒大小不同,不但對(duì)人體和環(huán)境的危害不同,而且對(duì)粉塵的吸捕方法以及除塵器的除塵機(jī)理和性能都有很大的影響，只有空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于7.1μm的粉塵才能進(jìn)入人體肺部，對(duì)人體健康造成危害。采用BT-1600型圖像顆粒分析系統(tǒng)對(duì)洗煤廠車間內(nèi)的粉塵粒徑進(jìn)行測(cè)定。

表1 粉塵分散度測(cè)量記錄表

由表1可知，該洗煤廠車間內(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)很難依靠自身重力自然沉降，對(duì)工人的危害極為嚴(yán)重，也加大了粉塵治理難度。

4 除塵方法選擇

前述測(cè)試分析表明，洗煤廠粉塵粉塵屬于中等親水性粉塵，可以采用濕式除塵的方法，鑒于呼吸性粉塵濃度占總塵濃度的比例大，結(jié)合洗煤廠塵源點(diǎn)多源、分散、塵源點(diǎn)空間有限的特點(diǎn)，提出采用氣霧濕式除塵方法同時(shí)配套除塵罩控塵抑塵治理技術(shù)方案，以滿足呼吸性粉塵濃度占比較高的特殊環(huán)境粉塵治理要求。

5 洗煤廠除塵關(guān)鍵技術(shù)研究

5.1 氣水霧化渦旋除塵影響因素研究

氣水霧化渦旋除塵噴頭的水壓氣壓配比對(duì)除塵效率具有關(guān)鍵作用。噴霧壓力是噴霧降塵技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)，噴霧壓力決定水霧本身的霧滴粒徑、霧化角、霧通量、霧滴初速度、霧滴存活時(shí)間，同時(shí)也影響水霧的有效作用域、負(fù)壓卷吸作用區(qū)的分布等。

噴霧降塵實(shí)驗(yàn)研究得出，噴霧介質(zhì)為清水，當(dāng)供水壓強(qiáng)一定時(shí)，隨著供氣壓強(qiáng)的增大，除塵效率先增大后減小，而且每一供水壓強(qiáng)均存在一個(gè)最優(yōu)的供氣壓強(qiáng)，即最優(yōu)水壓氣壓配比。供水壓力及水流量對(duì)除塵效率有顯著的積極影響，這是因?yàn)樗髁康脑龃笫箍臻g內(nèi)的液滴數(shù)量增多，增加了粉塵顆粒與液滴的接觸機(jī)會(huì)；而水壓強(qiáng)上升為0.4 MPa之后除塵效率變化趨于平緩，這是因?yàn)樗髁拷咏柡?，水流量增加幅度變緩，霧場(chǎng)中單位體積內(nèi)霧粒的分布密度很大，不利于霧滴繼續(xù)破碎，部分霧滴相互碰撞聚合，此時(shí)聚合效應(yīng)大于破碎效應(yīng)。因此，可分析確定氣水霧化渦旋除塵噴頭的最優(yōu)除塵效率噴頭供氣壓強(qiáng)為0.4 MPa，供水壓強(qiáng)為0.5 MPa。

5.2 密閉罩體積對(duì)除塵效率的影響分析

在洗煤廠中，由于產(chǎn)塵點(diǎn)與下一工作環(huán)節(jié)相連接，無法將粉塵密閉于一定空間內(nèi)；因此選用噴霧除塵與密閉罩相結(jié)合的方式對(duì)洗煤廠內(nèi)的塵源點(diǎn)進(jìn)行降塵。由于洗煤廠內(nèi)的塵源點(diǎn)大小不一，密閉罩的規(guī)格也不相同。

噴霧降塵主要是通過塵粒與霧滴間的相互碰撞作用實(shí)現(xiàn)的，其作用在于增加霧滴的碎化程度以及增大霧滴的移動(dòng)距離。為研究密閉罩空間體積對(duì)除塵效率的影響，將抑塵降塵區(qū)域體積分別設(shè)置為1.4 m3、1.6 m3、1.8 m3、2.0 m3，噴霧介質(zhì)為清水供水壓強(qiáng)為0.4 MPa，供氣壓力為0.2 MPa、0.4 MPa、0.6 MPa分別進(jìn)行噴霧降塵實(shí)驗(yàn)。隨著實(shí)驗(yàn)密閉空間體積的改變，在同樣的水壓氣壓下除塵效率表現(xiàn)出明顯差異。實(shí)驗(yàn)表明，一定的水壓氣壓條件與一定的噴霧除塵體積空間存在最佳配合時(shí)效，本實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)噴霧除塵體積空間達(dá)到2.0 m3，氣壓在0.4 MPa～0.6 MPa變動(dòng)，除塵效率都表現(xiàn)出最高值，高于85%。

6 洗煤廠車間除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬脊梁洗煤廠的產(chǎn)塵點(diǎn)主要為皮帶和皮帶之間的轉(zhuǎn)載點(diǎn)，其中轉(zhuǎn)載點(diǎn)為主要塵源點(diǎn)。因此采用密閉罩將轉(zhuǎn)載點(diǎn)密閉，然后加裝噴霧除塵，將粉塵控制在在塵源點(diǎn)處。氣水霧化除塵裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，由上位機(jī)、除塵裝置總成、水氣分配器、除塵單元、螺桿式空氣壓縮機(jī)、水氣連接管線、儲(chǔ)氣罐、配電箱、控制信號(hào)線等組成。

采用現(xiàn)場(chǎng)原有的水源、氣源條件。計(jì)算最高用氣量為5.0 m3/min；現(xiàn)場(chǎng)3.3 m3/min、工作壓力為0.7 MPa的螺桿壓縮機(jī)作為輔助氣源設(shè)備。就地使用煤泥復(fù)用水循環(huán)用水，可滿足水壓0.25 MPa～0.6 MPa的要求。通過氣水霧化高效除塵流體為除塵動(dòng)力源，對(duì)原有工藝及裝備沒有任何影響前提下實(shí)施塵源點(diǎn)除塵。以主洗車間引入低壓壓力氣作為主用氣設(shè)備和控制用氣設(shè)備主氣源，就地使用煤泥復(fù)用水循環(huán)用水。

監(jiān)控方式為電氣間通過常開觸點(diǎn)方式，取到與每個(gè)塵源點(diǎn)產(chǎn)生的輸送皮帶或振動(dòng)篩或破碎機(jī)等設(shè)備的啟停邏輯接點(diǎn)信號(hào)，使得塵生成的同時(shí)開始除塵作業(yè)。計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)對(duì)除塵單元實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控，每個(gè)塵源點(diǎn)布置一組智能除塵單元，分別裝有4～10個(gè)智能噴頭。通過安裝于現(xiàn)場(chǎng)的傳感器實(shí)施監(jiān)測(cè)智能除塵單元的工作狀態(tài)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)工作狀態(tài)使得除塵系統(tǒng)始終處于最佳工作狀態(tài)。

7 洗煤廠粉塵治理效果分析

在洗煤廠原煤車間進(jìn)行粉塵治理后，對(duì)洗煤廠車間粉塵濃度進(jìn)行測(cè)定，治理后洗煤廠車間內(nèi)粉塵濃度低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)保證了安全生產(chǎn)，提高了車間空氣質(zhì)量，降低了環(huán)境污染，改善了工人工作環(huán)境。粉塵治理后的技術(shù)指標(biāo)如表2。

表2 粉塵治理后的技術(shù)指標(biāo)

8 結(jié)語

（1）通過對(duì)洗煤廠粉塵物性測(cè)試得出，洗煤廠粉塵的吸濕性為70.17%，吸濕能力較好，浸潤(rùn)速度3.5 mm/min，為中等親水性粉塵，洗煤廠粉塵治理可以采用濕式除塵的方法；鑒于呼吸性粉塵濃度占總塵濃度的比例大于60%，并且洗煤廠塵源點(diǎn)多源、分散、塵源點(diǎn)空間有限的特點(diǎn)，提出氣霧濕式除塵結(jié)合除塵罩控塵抑塵洗煤廠粉塵治理技術(shù)方法

（2）通過實(shí)驗(yàn)研究了噴霧除塵系統(tǒng)的不同水壓氣壓配比，得出當(dāng)供水壓強(qiáng)為0.4 MPa供氣壓強(qiáng)為0.5 MPa時(shí)，除塵效果最佳。

（3）通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)一定的水壓氣壓條件與一定的噴霧除塵體積空間存在最佳配合時(shí)效，當(dāng)噴霧除塵體積空間達(dá)到2.0 m3，氣壓在0.4 MPa～0.6 MPa，除塵效率最高。