煤礦微動力除塵器的應用探討

陳旭亮

（山西魯能河曲電煤開發(fā)有限公司上榆泉煤礦，山西 忻州 036500）

1 案例分析

某煤礦公司主要位于山西壽陽縣，礦井的位置在沁水煤田的東北部，與陽泉的距離為25 公里，與太原的距離為60 公里，設計儲量為7.9 億噸，設計可開采25 億噸，其中3 號煤層的儲量為20.1 億噸，9 號煤層的儲量為0.82 億噸，15 號煤炭的儲量為2.3 億噸，主要以無煙煤為主，是典型的優(yōu)質品種，可以作為電煤進行使用。煤層賦存平緩適合開發(fā)利用。

該礦有些改造工程采用了微動力降塵裝置。該項裝置的運行避免了電力消耗，其整個運行流程是根據(jù)空氣動力學原理，將壓力平衡原理和閉環(huán)流通相結合實現(xiàn)粉塵在閉環(huán)中進行除塵循環(huán)，但是本次改造的微動力降塵裝置的對于大顆粒的粉塵的降塵效果較好，相對小的粉塵顆粒的除塵效果相對要差一些，其整體的排放濃度效果不符合車間內要求的排放標準。

地面生產系統(tǒng)中存在以下特點：①輸煤系統(tǒng)生產工藝的復雜、設備種類較多、粉塵點較分散；②地域性褐煤品種的特性：易風化、粉煤多、親水性弱等；③北方現(xiàn)場長年氣溫低、持續(xù)時間長；④選煤廠輸送設備帶速快、煤運量大；⑤設備之間落差大、原有生產設備密封性差；⑥破碎設備風流產生強、振動篩和給料機啟停運行不規(guī)則等諸多因素，使地面生產系統(tǒng)范圍內的粉塵濃度達到50～500mg/m3之間，造成作業(yè)場所嚴重污染問題、給現(xiàn)場工作人員身心健康造成了嚴重的損害。此外，大量的煤塵形成，也造成原煤輸送過程中的直接損失。因此從環(huán)境和經濟性考慮，研究生產系統(tǒng)降塵除塵的必要性非常大。

2 微動力除塵器流程圖(見圖1)

圖1

3 微動力除塵設備結構原理

3.1 密封總成

在除塵器安裝范圍內安裝密封導料槽，通過將支架焊接到皮帶架兩側以固定導料槽板，導料槽板為6mm 厚，單側板長1500mm，槽板上平面銑φ 12 形孔，形孔間距≤200mm；在導料槽上安裝裙板加固裝置，最后在兩側導料槽板上安裝整條防溢裙板，材質為8mm 厚耐磨橡膠，不傷皮帶，經久耐用，與導料槽板連接方式為楔板夾緊連接、沒有露點、密封性更好、拆卸維護方便。（見圖2）

圖2

3.2 粉塵沉降室

在粉塵生成點外加裝粉塵沉降室，最大限度降低密閉物料輸送部分內粉塵空氣的壓力，隨著粉塵循環(huán)過程中能量逐漸降低，大部分粉塵沉降與物料之中，主要是起到緩解粉塵沖擊、減小其能量的作用。整體采用框架結構，板材厚度為3mm，兩側均設置安全檢查門。

3.3 阻尼室

阻尼室主要功能為完成帶式輸送機頭部進料口或導料槽尾部的密封工作，其內部設由2 組濾塵膠簾，外部由Q235 鋼板加工而成。結構牢固，可杜絕粉塵從導料槽后部溢出。內部濾塵膠簾拆卸更換方便。

3.4 棧橋微環(huán)室(微環(huán)分離室)

棧橋微環(huán)室安裝在現(xiàn)場原導料槽上方，每個棧橋微環(huán)室中均有1 組濾塵膠簾。分布在微動力功能室與微動力除塵器之間的棧橋微環(huán)室，在濾塵膠簾的配合下將導料槽分隔成若干個空間，各空間設備可良好的完成除塵工作，互不影響。同時粉塵在通過棧橋微環(huán)室的時候部分少量灰塵撞擊棧橋微環(huán)室前端的斜面，消耗動能最后自由沉降至皮帶與物料一同運走。 在倒料槽出口的棧橋微環(huán)室可完成對粉塵的最后阻擋過濾工作，確保物料運出導料槽時沒有灰塵。

3.5 濾塵膠簾

濾塵膠簾采用柱狀優(yōu)質橡膠簾加襯無紡布組成。柱狀膠簾共計5 層，固定在安裝板上。獨特的可升降結構延長了濾塵膠簾的使用壽命。濾塵膠簾密封良好且具有過濾功能。在倒料槽內可實現(xiàn)風走塵留的效果。

3.6 微動力功能室

微動力功能室為小型布袋除塵器，內置防水防油單面壓光滌綸針刺氈濾袋，濾袋形式為扁布袋，這種濾袋特點是在相同的空間內過濾面積遠遠大于其他形式的濾袋。支撐骨架為鍍鋅網格骨架，和濾袋緊密貼合在一起，有效傳遞清灰動力；根據(jù)現(xiàn)場實際選擇負壓風機，粉塵由濾袋進行過濾，粉塵被阻留在濾袋外表面，已凈化的氣體通過風機直接排出。當濾袋外部粉塵聚集到一定厚度時，啟動清灰裝置，清灰電機通過傳動裝置使濾袋進行拍打動作，使吸附在濾袋表面的灰塵下落到皮帶上，隨物料一起運走。

3.7 電機控制部分

控制箱采用時序控制，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，設置風機和振打電機的交替工作時間。負壓風機采用變頻器控制，變頻器既可以依據(jù)現(xiàn)場揚塵情況調節(jié)負壓風機風速，又對負壓風機起到保護作用。

4 除塵設計計算

除塵器內氣體基本流速為l～2m/s，捕集粉塵粒徑在40μ m以上，壓力損失比較小。在整個除塵計算中，將氣流假設為水平狀態(tài)下的均勻氣流，且假設塵粒的速度與氣流速度相同的前提下進行。當除塵器的結構尺寸逐漸增大，且粉塵在穿過除塵器長度時（長度設為L），氣體流速設為V，氣流促使粒子通過借且自身的重力作用進行沉降，其沉降速度設為W，以此速度下降至除塵器的底部位置。當塵粒緩緩沉降至除塵器底部時，其降落時間小于或者等于氣體氣流穿過除塵器的時間。

將氣流穿過除塵器整個長度的時間設為t，

t=L/V (1)

式中

L 為除塵器的長度，單位：m；V 為氣體流速，單位：m/s。

將塵粒自沉降至底部的時間設為ta；

ta=H/Wa(2)

計算公式中的H 為除塵器的高度，單位：m；Wa為塵粒降落的速度，單位：m/s。

假設塵粒不能被氣體流速帶走，其中必然會使ta≤t，即H/Wa≤L/V

在進行設計時，需要依據(jù)下面的計算公式得出沉降室的主要結構尺寸：其中除塵器長度公式為：L=HV/Wa；計算除塵器高度公式為：H=LWa/V；計算除塵器的寬度公式為：B=A/H=Q/(3600H·V)

計算公式中：A 為除塵器的橫截面積，m2；

Q：氣體流量，單位：m3/h。

假設除塵器中的氣體中所含的塵粒形狀均為球形，塵粒直徑范圍在1～100μ m，以斯托克斯定律為計算依據(jù)，塵粒在降落過程中僅受氣體的作用阻力。同時，測試出塵粒的密度。

Fg=π da3(ρk-ρt)g/6 (3)

式中Fg：塵粒的沉降力，單位：N；

Da：塵粒的當量直徑，單位：m；

ρk：粒的密度，單位：kg/m3；

ρt：氣體的密度，單位：kg/m3；

g：重力加速度，單位：m/s2。

F=3π μ daWa(4)

式中F：氣體阻力，單位N；

μ ：氣體黏度，單位：Pa·s。

假設塵粒種類一定、塵粒直徑相同、氣體狀態(tài)基本一致時，得出塵粒所受到的沉降力為Fg，其確定為定值。以此為前提，塵粒初始是以靜止狀態(tài)進行沉降時，其沉降過程中速度很??；假設F＜Fg的前提下，塵粒將呈現(xiàn)等加速度進行沉降，在降落過程中其速度會以不斷增加的現(xiàn)象呈現(xiàn)，則會受到氣體阻力F 且呈不斷增加狀態(tài)；當沉降力滿足Fg=F 時，塵粒在除塵器中的降落速度逐漸減緩，即不再增加，而是以均勻的速度降落，此時的降落速度即為塵粒的沉降速度。

將公式中3～4 的計算結果代入至塵粒勻速沉降的條件式Fg=F 中，則

π da3(ρk-ρt)g/6=3π μ daWa

通過移項計算整理后，可以得出沉降速度：

Wa=da2(ρk-ρt)g/18μ

而以勻速沉降的塵粒的直徑為：

da=[18μ Wa/(ρk-ρt)g]

式中da：斯托克斯粒徑。以上公式中的塵粒均假設為球狀粒子進行計算，但其實際狀態(tài)并非全部呈現(xiàn)為球狀粒子，因此，需要按照以現(xiàn)的公式進行調整修正。

da=0.65d

式中d 為形狀不規(guī)則塵粒的粒徑，單位：m；

0.65 為形狀修正系數(shù)。

5 微動力除塵技術的局限性

本次改造工程所采用微動力除塵技術，通過以上的除塵系統(tǒng)運行實驗后，各項除塵指標均滿足相關標準，同時在試運行的一年時間內，基本沒有發(fā)生較大的機械維修或檢修事項。車間的物料污染物在通過微動力除塵的應用處理，現(xiàn)場的作業(yè)環(huán)境有著明顯的改善。設備經過改造后依然存在如下的應用問題:

經改造后的應用效果，落料點機械設備破碎機需要在與除塵系統(tǒng)相銜接處的密封工藝需要用鐵板進行牢固焊接密封，在對破碎機進行檢修時，需要將給料機的密封材料進行拆除，這給檢修工人的作業(yè)帶來一定的不便。對此建議將其部分選擇皮帶等一些柔性材料代替且采用法蘭緊固密封，為機械設備的維修或更換提供方便;原噴霧設備采用了皮帶托棍的方式進行感應，而起到支撐作用的托棍彈簧在受到物料沖擊的情況下容易損壞，建議選擇更加耐用的支撐材質，以確保噴霧設備的應用效果。

結束語

總而言之，微動力除塵器，采用粉塵生成點直接捕集的辦法，只要傳輸帶周圍空間允許，不占用其它空間場所，安裝靈活，使用方便，低能耗，被捕集的粉塵直接落入同種物料中，節(jié)省資源，維護費用極低，不存在二次污染問題。電氣控制也是針對現(xiàn)場情況，從安全可靠角度出發(fā)，設計實用型控制儀表，便于操作及維護，將其優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，保證煤礦開采工作的有效展開。