濾筒除塵技術(shù)在煤礦儲(chǔ)裝運(yùn)洗系統(tǒng)研究與應(yīng)用

王海珊,李輝兵,馮瑞云

(潞安化工集團(tuán) 漳村煤礦,山西 長(zhǎng)治 046200)

煤礦企業(yè)所屬儲(chǔ)裝運(yùn)洗系統(tǒng),在產(chǎn)品運(yùn)輸轉(zhuǎn)載過程中普遍會(huì)產(chǎn)生大量粉塵,尤其是膠帶廊轉(zhuǎn)載落煤點(diǎn)粉塵積聚問題更為突出。粉塵治理普遍面臨煤塵爆炸安全風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境污染和引發(fā)塵肺病等職業(yè)危害的現(xiàn)實(shí)問題。目前,漳村煤礦洗煤廠有3個(gè)原煤膠帶廊、1個(gè)精煤總膠帶廊、2個(gè)矸石膠帶廊、1個(gè)煤泥膠帶廊,均采用噴淋降塵。為保證精煤產(chǎn)品水分指標(biāo)要求,1702精煤膠帶廊噴淋系統(tǒng)被迫處于停用狀態(tài),嚴(yán)重制約了該廠現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境治理和職業(yè)病防治工作。

1 國(guó)內(nèi)外除塵技術(shù)現(xiàn)狀概述

隨著國(guó)家對(duì)職業(yè)病防治和環(huán)境保護(hù)一系列政策和法規(guī)的出臺(tái),對(duì)儲(chǔ)裝運(yùn)洗系統(tǒng)粉塵治理刻不容緩。目前,國(guó)內(nèi)儲(chǔ)裝運(yùn)洗系統(tǒng)主要依靠自然通風(fēng)排塵、噴霧灑水降塵和布袋除塵器除塵,但是呼吸性粉塵的含量依然不能得到有效控制,老舊降塵設(shè)施均未達(dá)到國(guó)家相關(guān)顆粒物排放要求。根據(jù)除塵方式的不同,主要分為濕式除塵和干式除塵兩類。對(duì)比而言,濕式除塵的除塵效率低且除塵量小,除塵效果一般;干式除塵的除塵效率高且除塵量大,除塵效果極佳。

隨著國(guó)際、國(guó)內(nèi)除塵技術(shù)的不斷發(fā)展,逐漸推出了一系列新型的除塵技術(shù)。其中,使用濾筒除塵器進(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(huì)的一致認(rèn)同,濾筒除塵器最早由美國(guó)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(jiǎn)單、阻力低、效率高、性能高、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢(shì)。有學(xué)者認(rèn)為應(yīng)用了上百年的袋式除塵器將會(huì)被新一代濾筒除塵器所取代。

2 主要研究?jī)?nèi)容

2.1 項(xiàng)目研究實(shí)施路線

1) 調(diào)研、分析國(guó)內(nèi)外除塵工藝發(fā)展及使用現(xiàn)狀,確定項(xiàng)目研究方向,擬采用箱體進(jìn)氣,經(jīng)導(dǎo)流裝置后,含塵氣體均勻進(jìn)入濾材過濾。粉塵經(jīng)攔截后落入卸灰裝置,經(jīng)脈沖自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)清灰。凈化后的氣體經(jīng)凈氣室進(jìn)入煙囪實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

2) 進(jìn)行項(xiàng)目理論實(shí)驗(yàn)及認(rèn)證,確認(rèn)方案可行性。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在進(jìn)口質(zhì)量濃度<10 g/m3,溫度小于60 ℃,噴吹壓力介于0.4～0.6 MPa時(shí),濾筒褶皺形狀設(shè)計(jì)不僅可有效提高過濾能力,且對(duì)微米級(jí)粉塵過濾效率可達(dá)99%,滿足當(dāng)?shù)丨h(huán)保排放要求。

3) 進(jìn)行濾筒材質(zhì)選擇實(shí)驗(yàn),決定采用創(chuàng)新型聚酯纖維濾筒(覆膜工藝)進(jìn)行精煤粉塵收集處理。可實(shí)現(xiàn)濾材的重復(fù)清洗利用,延長(zhǎng)濾材使用壽命。

4) 研發(fā)設(shè)計(jì)濾筒除塵主體部分,確定采用錐形下箱體設(shè)計(jì),利用設(shè)備清灰,卸灰口加插板閥控制,便于日常維護(hù)。

5) 測(cè)試濾材噴吹壓力合理區(qū)間,確定噴吹壓力為0.4～0.6 MPa;測(cè)試不同濾筒分部情況下設(shè)備的處理效率及風(fēng)阻,最終確認(rèn)濾筒采用頂抽式設(shè)計(jì),單支濾筒設(shè)置對(duì)應(yīng)的噴吹管路,完成系統(tǒng)主機(jī)制作。

6) 完成濾筒除塵系統(tǒng)箱體各部分制作。

7) 進(jìn)行系統(tǒng)安裝調(diào)試。①濾筒除塵系統(tǒng)主機(jī)安裝,清灰控制系統(tǒng)調(diào)試;②除塵系統(tǒng)管道等輔助設(shè)施安裝;③除塵系統(tǒng)調(diào)試和檢測(cè)。

2.2 工作原理研究

含塵氣體由風(fēng)管引入除塵器后,由于氣流斷面突然擴(kuò)大,氣流速度減小,其中顆粒粗大的塵粒,在重力和慣性力的作用下沉降于集塵灰斗內(nèi);粒度細(xì)、密度小的塵粒進(jìn)入過濾室后,通過布朗擴(kuò)散、篩濾、碰撞、鉤掛、靜電等綜合效應(yīng),使粉塵被沉積在濾料表面,而被凈化后的氣體進(jìn)入凈氣室,由排風(fēng)管經(jīng)風(fēng)機(jī)排出。

2.3 濾筒除塵器結(jié)構(gòu)研究

脈沖式濾筒除塵器主要由清灰系統(tǒng)、濾筒和箱體3部分組成。上箱體為凈氣室,內(nèi)部設(shè)置有噴吹管;側(cè)邊裝有控制箱和脈沖清灰系統(tǒng),脈沖清灰系統(tǒng)包括氣包、電磁脈沖閥、壓縮空氣過濾減壓兩聯(lián)件、球閥等。下箱體為塵氣室,內(nèi)部裝有濾筒;進(jìn)風(fēng)口位于設(shè)備頂部,經(jīng)內(nèi)部風(fēng)道與下箱體相通。底部設(shè)置有灰斗,灰斗用于及時(shí)排出濾筒除塵器收集的粉塵。除塵器上面設(shè)有檢修門,用于檢修上箱體和下箱體內(nèi)噴吹管和濾筒等。

圖1 工作原理

圖2 除塵器外形圖(單位:mm)

2.4 除塵方案設(shè)計(jì)

1) 粉塵治理場(chǎng)所選擇:通過儲(chǔ)裝運(yùn)洗系統(tǒng)粉塵治理現(xiàn)狀診斷和揚(yáng)塵點(diǎn)準(zhǔn)確研判,治理場(chǎng)所選擇確定為1702精煤膠帶廊。

2) 除塵吸入點(diǎn)優(yōu)化設(shè)置:針對(duì)1702精煤膠帶3個(gè)落煤點(diǎn):精塊、末精、浮精,落煤點(diǎn)揚(yáng)塵嚴(yán)重,設(shè)置3個(gè)吸塵點(diǎn)。

3) 除塵工藝參數(shù)設(shè)定:開展吸入管徑與風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)壓等參數(shù)匹配試驗(yàn),確定除塵工藝參數(shù),進(jìn)一步優(yōu)化除塵方案設(shè)計(jì)。

2.4.1 風(fēng)管及集塵罩設(shè)計(jì)

風(fēng)管路徑采取低阻力設(shè)計(jì),避免長(zhǎng)距離的水平管道布置,盡量減少?gòu)澒?。風(fēng)管根據(jù)工況進(jìn)行相應(yīng)的防腐及保溫處理。風(fēng)管系統(tǒng)的適宜部位可裝設(shè)閥門,管道采用法蘭連接,連接處設(shè)置密封墊。

2.4.2 風(fēng)量和風(fēng)壓的選擇

風(fēng)機(jī)風(fēng)量為除塵器處理風(fēng)量的1.1～1.15倍,壓力取系統(tǒng)阻力的1.2倍。

2.4.3 過濾風(fēng)速的選擇

過濾風(fēng)速的高低,主要取決于粉塵性質(zhì),及進(jìn)入除塵器的氣體含塵質(zhì)量濃度大小,一般可參照下述進(jìn)行確定:

入口處含塵質(zhì)量濃度≤30 g/m3,過濾風(fēng)速≈1 m/min;入口處含塵質(zhì)量濃度≥30 g/m3,過濾風(fēng)速≈0.5 m/min;

對(duì)于比重比較輕,粒度小的粘性粉塵,如滑石粉、碳黑、煙塵、飛灰等粉塵的過濾風(fēng)速要相對(duì)低一些。

2.4.4 噴吹參數(shù)的選擇

噴吹時(shí)間(脈沖寬度)一般為0.08～0.15 sec.

噴吹間隔(脈沖間隔)可參照下列參數(shù):氣源壓力≥0.4 MPa;過濾風(fēng)速V≤1 m/min, 入口處氣體含塵質(zhì)量濃度C≤15 g/m3時(shí),噴吹間隔為20～25 s;過濾風(fēng)速V≤1 m/min,入口處氣體含塵質(zhì)量濃度C≥15 g/m3時(shí),噴吹間隔為10～20 s.

4) 方案前置條件:為提高吸入點(diǎn)粉塵收集除塵效率,實(shí)施落煤點(diǎn)封閉工程。

3 應(yīng)用效果論證

3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

投入設(shè)備成本30萬,使用年限15 a,每年增加設(shè)備投入2萬。濾筒除塵器采用兼崗巡查、定期清理管理模式,增加清煤工一人,按工資每年8萬元/人,每年增加人工費(fèi)8萬元。減少膠帶廊人工清理煤塵,按每日清煤工3人,工資每年8萬元/人,每年可節(jié)約人工費(fèi)24萬元;該濾筒清灰系統(tǒng)可回收精煤50 kg/日,每年回收精煤增加效益3.6萬元(12月×30日/月×50 kg/日×精煤2 000元/1 000 kg);濾筒除塵濾材消耗較布袋除塵節(jié)約:2.2萬元/3 a(濾材315 m2,布袋除塵濾材50元/ m2,使用壽命1 a,濾筒除塵濾材80元/ m2,使用壽命3 a)。每年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益18.3萬元。

3.2 應(yīng)用前后效果對(duì)比

新除塵系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行正常后,1702精煤膠帶廊3個(gè)落煤點(diǎn)揚(yáng)塵現(xiàn)象得到明顯改善,9月、10月、11月對(duì)揚(yáng)塵點(diǎn)進(jìn)行了粉塵檢測(cè),與應(yīng)用前相比呼吸塵均小于2.5 mg/m3,全塵均小于4 mg/m3,均符合AQ1010-2005《洗煤廠安全規(guī)程》規(guī)定。

3.3 主要研究結(jié)論

1) 借鑒了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的除塵技術(shù),研究應(yīng)用了煤塵治理領(lǐng)域新型前沿技術(shù)。該科研項(xiàng)目借鑒美國(guó)唐納森公司干法除塵新型技術(shù),以新型的聚酯纖維濾筒為濾料,設(shè)計(jì)采用了先進(jìn)的覆膜工藝,具有阻力低、除塵效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、水洗性能好等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

2) 形成了一定的發(fā)明點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)。研發(fā)應(yīng)用的錐形下箱體和脈沖壓縮空氣清灰裝置,具有一定的創(chuàng)新性。

表1 1702精煤膠帶廊粉塵檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

3) 設(shè)計(jì)了儲(chǔ)裝運(yùn)洗環(huán)節(jié)粉塵高效治理最佳方案。針對(duì)國(guó)內(nèi)儲(chǔ)裝運(yùn)洗系統(tǒng)廣泛選用噴霧除塵、布袋除塵等常規(guī)除塵方案,有效規(guī)避了噴霧影響產(chǎn)品水分、布袋除塵系統(tǒng)復(fù)雜和效率低的缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了除塵效率高、阻力小、水洗性能強(qiáng)、過濾風(fēng)速和入口質(zhì)量濃度范圍廣得濾筒除塵方案。

4) 項(xiàng)目取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。研發(fā)的高效脈沖清灰系統(tǒng)可回收精煤,且效益可觀;濾筒濾材可清洗、壽命長(zhǎng),較國(guó)內(nèi)普遍采用布袋除塵器,具有材料損耗小、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)。高效的除塵效率,有效預(yù)防了煤塵爆炸風(fēng)險(xiǎn),也提升了職業(yè)病危害防治水平。

5) 新型濾筒除塵技術(shù)在環(huán)保治理領(lǐng)域具有一定推廣應(yīng)用價(jià)值。研制應(yīng)用的濾筒除塵系統(tǒng),經(jīng)工業(yè)試驗(yàn)和第三方檢測(cè),除塵效率達(dá)到95%以上,作業(yè)場(chǎng)所呼吸塵和總塵指標(biāo)均符合《洗煤廠安全規(guī)程》規(guī)定,排放物固體含量在30 mg/m3以下,滿足環(huán)保要求。

3.4 研究改進(jìn)方向

該項(xiàng)目通過在漳村礦洗煤廠精煤膠帶廊的研究和應(yīng)用,為使濾筒除塵技術(shù)在儲(chǔ)裝運(yùn)洗系統(tǒng)進(jìn)一步有效推廣應(yīng)用,研究和改進(jìn)的方向主要有以下幾個(gè)方面:

1) 進(jìn)一步優(yōu)化除塵工藝。儲(chǔ)裝運(yùn)洗系統(tǒng)粉塵治理現(xiàn)狀診斷和揚(yáng)塵點(diǎn)準(zhǔn)確研判,進(jìn)一步優(yōu)化除塵吸入點(diǎn)合理設(shè)置;開展吸入管徑與風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)壓等參數(shù)匹配試驗(yàn),進(jìn)一步優(yōu)化濾筒除塵器設(shè)計(jì)。

2) 進(jìn)一步研制新型核心濾材。納米級(jí)聚酯纖維濾材研發(fā)改進(jìn)涂層材質(zhì),過濾精度由0.3 μm提高到0.1 μm.