李育峰

(西山煤電集團(tuán) 西銘礦選煤廠， 山西 太原 030052)

煤炭的轉(zhuǎn)運(yùn)存儲(chǔ)歷來(lái)面臨比較嚴(yán)峻的煤塵污染問(wèn)題。占煤塵總量15%～40%的細(xì)小顆粒分散度高、粒徑小、比表面積大、吸附力強(qiáng)，沉降速度慢。在作業(yè)崗位環(huán)境氣流的擾動(dòng)下，長(zhǎng)期懸浮于空氣中，容易被吸入人體肺部，嚴(yán)重危害人體健康；并且煤塵聚集達(dá)到一定濃度時(shí)，遇到高溫火源易造成煤塵爆炸事故，給安全生產(chǎn)帶來(lái)威脅[1-2]. 國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)煤粉塵治理進(jìn)行了大量研究，武芳冰[3]根據(jù)氣固兩相流動(dòng)原理運(yùn)用稠密流方法，對(duì)選煤廠粉塵運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了深入研討，得出了轉(zhuǎn)載點(diǎn)產(chǎn)塵機(jī)理為沖擊波壓降誘導(dǎo)風(fēng)是產(chǎn)塵的動(dòng)力源相關(guān)理論。李剛等[4]進(jìn)行了旋流帷幕除塵器的機(jī)理分析與試驗(yàn)研究，該除塵器除塵效率達(dá)到99.8%.這些研究成果為現(xiàn)場(chǎng)治理煤塵提供了有力的技術(shù)支撐。西銘礦選煤廠萬(wàn)噸儲(chǔ)煤倉(cāng)于2009年投入使用，采用在給煤機(jī)簸箕部位安裝落煤密閉罩和導(dǎo)料吸塵罩，并與負(fù)壓誘導(dǎo)(抽風(fēng))相結(jié)合的方法進(jìn)行粉塵治理。目前，除塵系統(tǒng)除塵效率低，必須對(duì)其進(jìn)行改造優(yōu)化。

1 除塵效率低的原因分析

1.1 原因分析

西銘礦選煤廠萬(wàn)噸儲(chǔ)煤倉(cāng)下產(chǎn)塵的主要部位是給煤機(jī)落煤受料口和膠帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)載溜槽等處，其起塵原因主要有以下幾方面：

1) 原煤水分低至3%左右，微細(xì)顆粒在開采、運(yùn)輸破碎等環(huán)節(jié)易從粗顆粒上脫落，分離出來(lái)形成粉塵，增加了粉塵量。

2) 噴霧除塵設(shè)施年久自動(dòng)化程度低，故障率高；除塵系統(tǒng)管路破損銹蝕嚴(yán)重，存在漏風(fēng)現(xiàn)象，捕捉粉塵降塵效果較差。

3) 給煤機(jī)溜槽落煤高度過(guò)大，加大了煤塵分散程度。

4) 除塵管路設(shè)計(jì)不合理，3個(gè)萬(wàn)噸儲(chǔ)煤倉(cāng)共用一趟主管路所接吸塵點(diǎn)多，管道布置直角拐彎多，傾斜管道未設(shè)置檢修清理積塵窗口，設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后含塵氣體流通阻力大、抽風(fēng)效能差，使得煤粉沒(méi)有在給煤機(jī)卸料處得到最有效處理。

1.2 管道除塵風(fēng)速測(cè)試

3個(gè)萬(wàn)噸儲(chǔ)煤倉(cāng)為一字排列的獨(dú)立倉(cāng)，筒倉(cāng)直徑、高度、工藝布置等都相同，以2號(hào)倉(cāng)為例進(jìn)行分析，2號(hào)倉(cāng)下配置4臺(tái)給煤機(jī)，每臺(tái)給煤機(jī)根據(jù)皮帶寬度和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際統(tǒng)一配置了規(guī)格(長(zhǎng)1.4 m×寬1.4 m)相同的吸塵罩。采用中速表、高速表實(shí)測(cè)除塵系統(tǒng)不同部位的風(fēng)速，具體數(shù)據(jù)收集計(jì)算分析如下：

1) 使用中速表分別以4臺(tái)全開、關(guān)2臺(tái)開2臺(tái)、關(guān)3臺(tái)開1臺(tái)方式實(shí)測(cè)吸塵罩風(fēng)速數(shù)據(jù)(中速表校正曲線a=0.9，b=0.01).

a) 4臺(tái)全開狀態(tài)。

給煤機(jī)皮帶吸塵罩：V1=0.27 m/s；V2=0 m/s風(fēng)表葉輪偶轉(zhuǎn)/不轉(zhuǎn)無(wú)讀數(shù)；V3=0 m/s風(fēng)表葉輪偶轉(zhuǎn)/不轉(zhuǎn)無(wú)讀數(shù)；V4=0.28 m/s.

b) 關(guān)2臺(tái)開2臺(tái)狀態(tài)。

給煤機(jī)皮帶吸塵罩：V1=0.61 m/s；V2=0.47 m/s；V3=0.46 m/s；V4=0.61 m/s.

c) 關(guān)3臺(tái)開1臺(tái)狀態(tài)。

給煤機(jī)皮帶吸塵罩：V1=1.06 m/s；V2=1.12 m/s；V3=0.83 m/s；V4=1.14 m/s.

此狀態(tài)下罩內(nèi)才感覺(jué)到明顯的風(fēng)量，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明皮帶受料運(yùn)輸在此狀態(tài)下除塵有效?；谖鼔m罩口風(fēng)速取法經(jīng)驗(yàn)值范圍要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際效果，吸塵罩內(nèi)最小吸入速度取值1 m/s.

2) 使用高速風(fēng)表測(cè)4臺(tái)吸塵罩全開狀態(tài)下各罩抽風(fēng)管口內(nèi)吸風(fēng)量(高速表校正曲線a=0.97，b=0.07).

現(xiàn)場(chǎng)收集數(shù)據(jù)時(shí)倉(cāng)下4臺(tái)給煤機(jī)每臺(tái)測(cè)3次，每次計(jì)時(shí)60 s內(nèi)，取高速風(fēng)表3次所測(cè)數(shù)據(jù)均值，依次可得N值。

式中：

Q—風(fēng)量，m3/min；

V真—實(shí)際風(fēng)速，m/s；

a—校正常數(shù)，決定于風(fēng)表的構(gòu)造尺寸，取0.97；

b—表明風(fēng)表啟動(dòng)初速度的常數(shù)，決定于風(fēng)表的慣性及摩擦力，取0.07；

N—3次測(cè)風(fēng)表刻度盤讀數(shù)的平均值，m/min；

t—測(cè)風(fēng)時(shí)間，s，一般取60；

S—管路橫截面積，m2；

d—管路直徑，m，取0.273.

實(shí)測(cè)4臺(tái)給煤機(jī)的N值分別為242 m/min、212 m/min、250 m/min、350 m/min. 由上述公式可得：

第1臺(tái)：V真1=3.98 m/s；Q1=14 m3/min

第2臺(tái)：V真2=3.5 m/s；Q2=12 m3/min

第3臺(tái)：V真3=4.11 m/s；Q3=14 m3/min

第4臺(tái)：V真1=5.73 m/s；Q4=20 m3/min

現(xiàn)4臺(tái)吸塵罩全開運(yùn)行，吸塵管入口總風(fēng)量3 600 m3/h.由現(xiàn)用的除塵器技術(shù)參數(shù)可知，風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量處理量為25 000～30 000 m3/h，按通風(fēng)效能75%折算，末端總風(fēng)量至少應(yīng)為18 700 m3/h，由此可見(jiàn)管道除塵風(fēng)速均達(dá)不到規(guī)范要求，管道總阻力過(guò)大，造成典型的“大馬拉小車”現(xiàn)象。

2 改造方案

2.1 除塵工藝

目前使用的是氣箱脈沖袋式除塵器，與之配套的是45 kW防爆離心風(fēng)機(jī)(風(fēng)量25 000～30 000 m3/h、風(fēng)壓2 540 Pa)，其綜合分室反吹和噴吹脈沖清灰各類袋式除塵器的優(yōu)點(diǎn)，克服了分室反吹清灰強(qiáng)度不夠、噴吹脈沖清灰和過(guò)濾同時(shí)進(jìn)行的缺點(diǎn)，提高了收塵效率，延長(zhǎng)了濾袋的使用壽命，又不會(huì)產(chǎn)生二次污染?，F(xiàn)階段，該工藝較先進(jìn)，除塵器能正常使用，故不更新除塵器。

萬(wàn)噸倉(cāng)下輸煤系統(tǒng)除塵工藝流程見(jiàn)圖1，分為含塵氣體收集部分、含塵氣體處理部分及粉塵回收部分。

圖1 除塵工藝流程示意圖

2.2 管路選型

1) 除塵器管道風(fēng)速分析。

基于吸塵罩口風(fēng)速取法經(jīng)驗(yàn)值范圍，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際效果，吸塵罩內(nèi)最小吸入速度取值1 m/s. 除塵器風(fēng)管直徑選型時(shí)要考慮到管道內(nèi)的最低流速，這一流速主要取決于濾袋處理粉塵的性質(zhì)和管道的傾斜情況。風(fēng)速的選擇應(yīng)根據(jù)粉塵的密度，一般在10～20 m/s，同時(shí)除塵器系統(tǒng)的管道都應(yīng)盡量避免采用水平的管道，實(shí)在無(wú)法避免時(shí)，風(fēng)速應(yīng)取值稍大一些，一般除塵器管道風(fēng)速不小于17 m/s.

2) 排風(fēng)量的確定原則。

一般情況下，吸塵罩的排風(fēng)量主要由被運(yùn)動(dòng)物料帶入吸塵罩內(nèi)的空氣量與吸塵罩不嚴(yán)密處吸入的空氣量?jī)刹糠謽?gòu)成[5]. 在實(shí)踐應(yīng)用中，由于工作特點(diǎn)和吸塵罩設(shè)備加工樣式的不同，無(wú)法統(tǒng)一計(jì)算。采用較常用的按截面風(fēng)速計(jì)算排風(fēng)量公式計(jì)算：

Q=3 600AV

式中：

A—吸塵罩有效凈截面面積，m2；

V—控制風(fēng)速， m/s，取1；

Q—吸塵罩的排風(fēng)量，m3/h.

凈截面面積為罩橫截面積與管的橫截面積之差，即：

Q=3 600AV=6 840 m3/h

由此可得，吸塵罩4臺(tái)全開情況下，最優(yōu)除塵效果理論值6 840×4=27 360 m3/h，小于風(fēng)機(jī)的額定值30 000 m3/h，說(shuō)明現(xiàn)有的吸塵罩大小能夠滿足要求，只需把銹蝕破損嚴(yán)重的罩更新。

3) 風(fēng)管布置原則。

除塵管路在傾斜管道低處尾部設(shè)置清掃口，防止積塵；管道彎頭的曲率半徑以取管徑的1.5～2.0倍為宜；管道漸擴(kuò)管和漸縮管的擴(kuò)張角以10°～20°為宜。

風(fēng)管管徑的確定：

圓形除塵管道的直徑確定公式為：

式中：

Dn—除塵管道直徑，mm；

Q—除塵管道內(nèi)風(fēng)量，m3/h；

Vg—除塵管道內(nèi)風(fēng)速，m/s，取17.

由除塵技術(shù)規(guī)范可知，煤塵除塵管道內(nèi)要求的最小風(fēng)速為：垂直風(fēng)管11 m/s，水平風(fēng)管13 m/s. 管道內(nèi)最大風(fēng)速在16～20 m/s. 萬(wàn)噸2號(hào)倉(cāng)下除塵系統(tǒng)平面布置示意圖見(jiàn)圖2，圖中1管路水平傾斜布置，下接距除塵風(fēng)機(jī)最遠(yuǎn)端吸塵罩，上接2管路末端；2管路水平布置，末端接2、3吸塵罩支管，首端接3管路末端；3管路水平傾斜布置，末端接1、4吸塵罩支管，首端接4管路尾部；4管路為倉(cāng)外緩傾斜布置。所有主、支管接口和拐彎都在施工中做了弧度處理。

圖2 萬(wàn)噸2號(hào)倉(cāng)下除塵系統(tǒng)平面布置示意圖

以2號(hào)倉(cāng)下為例計(jì)算管路直徑：

取Dn1=373 mm，則風(fēng)管中的實(shí)際風(fēng)速為：

取Dn2=530 mm，則風(fēng)管中的實(shí)際風(fēng)速為：

取Dn3=750 mm，則風(fēng)管中的實(shí)際風(fēng)速為：

4管路：由圖1可知，4管路和3管路理論風(fēng)量值相同，取Dn4=800 mm，則風(fēng)管中的實(shí)際風(fēng)速為：

因此，4管路風(fēng)速在除塵技術(shù)規(guī)范的合理區(qū)間，故原有倉(cāng)外D=800 mm風(fēng)管符合要求,可利用不做更改。

3 管道壓力損失計(jì)算

通風(fēng)管道的壓力損失計(jì)算是為了確定各管段的管徑和阻力，保證系統(tǒng)內(nèi)達(dá)到要求的風(fēng)量分配。

式中：

h摩—摩擦阻力，Pa；

α—摩擦阻力系數(shù)參考經(jīng)驗(yàn)值，管=0.025 kg/m3；彎頭=0.011 kg/m3；閘板=0.02 kg/m3；收縮段=0.04 kg/m3；

L—管道長(zhǎng)度，m；

U—管道截面周長(zhǎng)，m；

S—管道截面面積，m2;

Q—管道風(fēng)量，m3/h.

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際布置，L1=6 m,L2=11 m,L3=2 m,L4=20 m.

總管路考慮10%的局部阻力，取值1.1，h摩=(h摩1+h摩2+h摩3+h摩4)K=1 366 Pa，小于風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)壓2 540 Pa.

綜上所述，確定風(fēng)管管路1、2、3的管路直徑分別為373 mm,530 mm,750 mm，無(wú)論根據(jù)吸塵罩內(nèi)最小吸入速度1 m/s計(jì)算的理論吸風(fēng)量4臺(tái)總和還是以管道優(yōu)化風(fēng)速選型的管道直徑計(jì)算的最長(zhǎng)沿程阻力，均小于風(fēng)機(jī)每小時(shí)處理風(fēng)量和風(fēng)壓，選型可用。改造前后除塵管道直徑對(duì)比見(jiàn)表1.

表1 萬(wàn)噸2號(hào)倉(cāng)下除塵管道選型比對(duì)表 mm

4 應(yīng)用效果

除塵系統(tǒng)改造完成投入運(yùn)行后可靠穩(wěn)定，倉(cāng)下空間的粉塵降低，從2019年9—11月經(jīng)過(guò)專業(yè)檢測(cè)效果看，粉塵濃度由150～200 mg/m3降到8 mg/m3以下。

5 結(jié) 語(yǔ)

西銘礦選煤廠除塵系統(tǒng)除塵效率低，分析其原因?yàn)楣艿雷枇^(guò)大，提出對(duì)管路進(jìn)行選型改造，改造后，每個(gè)倉(cāng)4臺(tái)給煤機(jī)除塵罩內(nèi)吸風(fēng)量都滿足除塵要求，粉塵濃度由150～200 mg/m3降到8 mg/m3以下，除塵效果良好。建議在設(shè)計(jì)除塵系統(tǒng)時(shí)，管路通風(fēng)量應(yīng)與除塵設(shè)施處理量相匹配，同時(shí)在管路布置時(shí)，盡量減少直角拐彎，并在傾斜管道上設(shè)置檢修清理積塵窗口。