朱力學(xué)，左 峰

（太原煤炭氣化集團有限責(zé)任公司選煤分公司，山西太原 030000）

1 選煤廠概述

山西省古交市福泰新選煤廠位于古交市梭峪鄉(xiāng)王龍溝村，設(shè)計能力為年入洗原煤180萬t，選用無壓三產(chǎn)品重介質(zhì)旋流器分選＋浮選聯(lián)合流程，煤泥濃縮后經(jīng)壓濾機回收，實現(xiàn)了洗水閉路循環(huán)。

2 項目內(nèi)容

2.1 立項背景

福泰新選煤廠廠房是四層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，每層空間設(shè)備布置緊密，空間不寬敞，尤其在夏季高溫天氣，廠房中設(shè)備高速運轉(zhuǎn)會產(chǎn)生大量熱量和粉塵，混合著煤和附加物里散發(fā)出的瓦斯、仲辛醇等有毒有害氣體，加上通風(fēng)不暢，刺鼻性氣味彌漫在整間廠房內(nèi)散發(fā)不出去，對職工的身體造成很大傷害。因此，在原有廠房鋼架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，對通風(fēng)系統(tǒng)進行改造，對保障選煤廠安全生產(chǎn)，實現(xiàn)綠色發(fā)展具有重要意義。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題

通過對廠房通風(fēng)狀況考察了解，廠房通風(fēng)分為自然通風(fēng)和機械通風(fēng)兩種方式。自然通風(fēng)是利用空氣的自然流動，將室外的空氣引入室內(nèi)，其效果與廠房結(jié)構(gòu)形式，進、出風(fēng)口的位置有關(guān)，并與廠房建筑所在地區(qū)和周圍環(huán)境有很大關(guān)系；機械通風(fēng)是以風(fēng)機為動力，使廠房內(nèi)空氣流動，達(dá)到通風(fēng)降溫和排出污染氣體的目的。大多選煤廠使用機械強排風(fēng)設(shè)備，費用較高，耗能較大。

福泰新選煤廠主洗車間是面積約48m×24m，高約25 m的4層廠房，從大門外和每層的窗戶進風(fēng)，排風(fēng)口在頂層，并裝有強排風(fēng)裝置。生產(chǎn)過程中，60%以上設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中散發(fā)熱量，包括壓風(fēng)機房的空氣壓縮機，高壓設(shè)備，配電設(shè)備等。這些設(shè)備大都安裝在廠房一、二層，產(chǎn)生熱量集中，尤其在夏季，室內(nèi)外溫差不大，熱壓作用不明顯時，雖然有大功率風(fēng)機改善熱環(huán)境，但由于從門口和窗戶進入的空氣強度不夠，干凈新鮮的空氣不能大量進入廠房中心區(qū)域，廠房內(nèi)的空氣只能沿著窗戶四周循環(huán)，大部分熱氣流滯留于廠房中間形成渦流，加上機械排風(fēng)沒有過濾設(shè)施，會再次產(chǎn)生熱量，對空氣造成了二次污染（如：空氣壓縮機、高壓泵和配電設(shè)備等產(chǎn)生熱能的設(shè)備，因通風(fēng)不暢、散熱差而發(fā)生停機故障）。因此，如何組織好廠房內(nèi)的進、排氣流，降低廠房內(nèi)散發(fā)的大量余熱及有害氣體，是選煤廠廠房通風(fēng)系統(tǒng)亟待解決的難題。

經(jīng)過對廠房的建筑所在地區(qū)和周圍環(huán)境進行調(diào)研，對廠房內(nèi)高溫形成的原因和解決方法進行了理論和實踐探討及試驗。福泰新選煤廠依山就勢，周邊平緩開闊，具有充足的風(fēng)力資源，利用流體力學(xué)原理，設(shè)計采用自然通風(fēng)對廠房進行通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造，是解決問題的最佳方案。

2.3 廠房內(nèi)自然通風(fēng)原理及通風(fēng)設(shè)計問題分析

2.3.1 自然通風(fēng)的基本原理

自然通風(fēng)分為熱壓通風(fēng)和風(fēng)壓通風(fēng)兩種。廠房內(nèi)部由于生產(chǎn)過程中的熱量（主要是大功率設(shè)備運轉(zhuǎn)）產(chǎn)生，室內(nèi)空氣膨脹，密度減小，導(dǎo)致熱空氣上升。由于熱空氣的上升，頂層通風(fēng)口內(nèi)側(cè)的氣壓大于外部氣壓，使廠房內(nèi)熱空氣排出，室外的冷空氣通過設(shè)在廠房底部的進風(fēng)口進入室內(nèi)，如此循環(huán)，取得自然通風(fēng)的效果，這種通風(fēng)方式稱為熱壓通風(fēng)。熱壓作用與進、出風(fēng)口的高差有關(guān)，也與室內(nèi)外空氣的密度有關(guān)。

風(fēng)壓通風(fēng)原理是，當(dāng)風(fēng)吹過建筑物時，遇到建筑物的阻礙，迎風(fēng)面空氣壓力增大，形成正壓風(fēng)。當(dāng)氣流通過房屋兩側(cè)和上方時，氣流變窄，風(fēng)帶加大，形成負(fù)壓風(fēng)。因此，對廠房進行自然通風(fēng)設(shè)計時，將廠房的進風(fēng)口設(shè)在正壓區(qū)，排風(fēng)口設(shè)在負(fù)壓區(qū)，利用風(fēng)的流動產(chǎn)生空氣壓力差而形成通風(fēng)。

在設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)熱壓和風(fēng)壓的通風(fēng)原理綜合考慮對廠房通風(fēng)效果的影響，合理布置進、出風(fēng)口的位置，組織好自然通風(fēng)。

2.3.2 通風(fēng)設(shè)計問題分析

研究當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)玫瑰圖可知，附近沒有建筑阻擋，自然風(fēng)條件充分，有足夠大面積的進風(fēng)口，完全可以提高廠房內(nèi)的熱舒適度和能源利用率。

通過解決以下主要問題，可以改善廠房內(nèi)空氣循環(huán)系統(tǒng)，降低廠房溫度，凈化空氣質(zhì)量，降低運轉(zhuǎn)設(shè)備故障率，減少維修費用。

（1）廠房空氣中粉塵含量較高，高速氣流中的粉塵造成設(shè)備磨損，粉塵在氣流通道上結(jié)垢，降低了設(shè)備運行效率，粉塵中的腐蝕性成分使設(shè)備易遭受化學(xué)腐蝕，加大維護工作量。

（2）現(xiàn)有風(fēng)冷系統(tǒng)不能滿足設(shè)備運行需要，原有風(fēng)冷卻系統(tǒng)完全靠風(fēng)扇吹風(fēng)對設(shè)備降溫，風(fēng)扇不斷將含有粉塵的空氣吹向翅片；但由于周圍通風(fēng)不暢，剛排出的熱風(fēng)和粉塵會再次進入設(shè)備內(nèi)部，極易造成設(shè)備故障。

（3）壓風(fēng)機設(shè)備是靠機械壓縮并需要大量空氣進入后產(chǎn)生風(fēng)壓的設(shè)備，當(dāng)大量的粉塵氣體和熱氣體進入風(fēng)壓機時，空濾、油濾系統(tǒng)容易堵塞，更換頻繁，消耗大量費用。

（4）廠房內(nèi)空氣流通不暢，熱空氣混入進氣流，冷卻效果很難達(dá)到設(shè)備運行需要，造成設(shè)備因高溫而停止運行。

3 通風(fēng)設(shè)計方案

一是通過強進風(fēng)，引入干凈自然風(fēng)；二是架設(shè)排風(fēng)管，每層排風(fēng)管上安裝2個U型進氣口，每個U型管底部加裝水凈化裝置，使空氣得到凈化，達(dá)到清潔生產(chǎn)。

（1）在廠房外側(cè)，根據(jù)風(fēng)向選擇最佳位置作為進風(fēng)口，高度2.8～3.3 m左右，保持自然風(fēng)質(zhì)量干凈，走入地下平側(cè)管網(wǎng)，進入廠房一層，在不影響人行通道、設(shè)備運行的情況下，將進風(fēng)口分布在每臺產(chǎn)生高熱能設(shè)備（風(fēng)機房的6臺風(fēng)機、高壓設(shè)備、配電設(shè)備等）的電機機尾處。當(dāng)設(shè)備高速運轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生的熱量由為電機降溫的風(fēng)扇排出的同時，機尾對進風(fēng)口的自然風(fēng)有抽風(fēng)功效。強自然風(fēng)進入后，很大程度降低了設(shè)備運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量，通過持續(xù)降溫，使機器保持長時間正常運轉(zhuǎn)，大大減少了因散熱不好導(dǎo)致的設(shè)備故障。

（2）結(jié)合廠房結(jié)構(gòu)，以面積48m×24m，高約25 m的四層廠房為例計算，廠房每6 m有一個工字鋼支撐，長和寬每跨度2個6 m的工字鋼架上，將室外地下管網(wǎng)引入的自然風(fēng)排風(fēng)管固定在工字鋼上；排風(fēng)管在每層相對安全高度3～4 m處留有2個U型進氣口，每個U型進氣口安裝排風(fēng)凈化裝置，并由自動和手動開關(guān)進風(fēng)，控制風(fēng)量大小；安裝電子監(jiān)測系統(tǒng)，可監(jiān)控用于凈化空氣的水面高度；管道一直延伸到頂層廠房排出，排風(fēng)口加裝倒風(fēng)帽，防止氣流倒灌。

4 改造方案的創(chuàng)新點

（1）強自然風(fēng)的進入，完全靠電機尾部風(fēng)扇的抽風(fēng)作用，沒有消耗任何能源，當(dāng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)為電機降溫的同時，也將室外的自然風(fēng)由管路引進，直對風(fēng)扇尾部，由風(fēng)扇強力吸入室內(nèi)，熱氣流直接上升，室內(nèi)空氣流量達(dá)到4萬m3／h以上，空氣快速循環(huán)，沒有用任何其他能量對設(shè)備降溫，保持了廠房內(nèi)空氣舒適。

（2）將新鮮干凈的自然風(fēng)引入壓風(fēng)機，保障了設(shè)備良好的通風(fēng)循環(huán)狀態(tài)，設(shè)備故障率降低。

（3）每層排風(fēng)管的U型進氣口加裝電子自動控制裝置，由電腦控制進風(fēng)量和進氣口的開關(guān)，具有手動和自動控制功能。

（4）在排風(fēng)管U型進氣口加裝排風(fēng)凈化裝置。在U型進氣口的上部加裝進水口，在U型彎處底部加裝排水口，利用電子傳感監(jiān)測儀監(jiān)測水量的多少，并定時排水，旨在利用U型管內(nèi)的水循環(huán)系統(tǒng)，達(dá)到除塵、凈化空氣的目的。

（5）在通風(fēng)管道上安裝風(fēng)速測量儀器，可以根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)情況調(diào)節(jié)風(fēng)量大小。

（6）在廠房頂層將通風(fēng)管適當(dāng)延伸出去一部分，在排風(fēng)口位置利用大量排出的氣流，帶動小型風(fēng)機發(fā)電，用于廠房照明，使能源再次轉(zhuǎn)化和利用。

5 總 結(jié)

福泰新選煤廠廠房通風(fēng)系統(tǒng)的改造具有實用性、創(chuàng)新性，主要體現(xiàn)在原廠房結(jié)構(gòu)、設(shè)備不變的情況下，利用從廠房外強引進自然風(fēng)來改造通風(fēng)系統(tǒng)；風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)質(zhì)的設(shè)計科學(xué)合理，設(shè)計安裝了排風(fēng)凈化裝置，利用電子程序自動或手動控制風(fēng)量大小，達(dá)到了除塵、清潔、環(huán)保、節(jié)能的效果，降低了設(shè)備故障率，保障了職工身體健康和安全生產(chǎn)，對類似選煤廠具有很好的借鑒作用，值得推廣應(yīng)用。