大型洗煤廠生產系統粉塵治理關鍵技術研究

1 項目背景

原煤洗選是提高煤炭質量的重要手段，是煤炭進入市場前必須的生產環節。洗煤廠生產過程中運輸、破煤、分矸、振動篩選設備密封罩密封不嚴或機器設備敞開式工作，造成粉塵的大量逸散；洗煤廠車間內，塵源點多而且分散，含塵濃度變化范圍廣，只有采取針對性的粉塵治理方案，合理分布除塵裝置，才能有效降低大型洗煤廠生產系統的粉塵濃度。工作人員長期暴露在高濃度粉塵環境中，會導致呼吸道疾病，嚴重的甚至會造成塵肺病；大量的粉塵還會導致機電設備故障發生率的增加，大型洗煤廠粉塵治理勢在必行。

2 主要研究內容

項目以馬脊梁選煤廠為依托，針對大型現代化洗煤廠原煤篩分車間、精煤洗選車間粉塵污染難以控制問題開展研究，系統研究洗煤作業中工藝性粉塵產生的原因、分布，以及粉塵組分、濃度、分散度等重要參數，全面、系統地研究粉塵發塵機理和移動規律，基于霧化除塵與密閉除塵相結合的思想，采取“外閉內抑”的技術路線，研究洗選煤工藝環境下粉塵抑制及降塵規律，開發針對不同塵源點的除塵設備，從根本上解決粉塵治理效果較差的技術難題。主要研究內容有：

（1）洗煤廠粉塵及其運動規律研究

洗煤廠粉塵主要由井下采掘活動中產生的附著于塊煤表面的煤及巖粉，以及轉載站、破碎站、振動篩、滑坡煤倉等環節煤體撞擊產生的粉塵。通過采用La?grange法研究粉塵顆粒的運動軌跡，分析粉塵顆粒在車間內的運動、擴散規律，經過理論計算推導研究洗煤廠粉塵顆粒運動軌跡，得出洗煤廠車間內粉塵顆粒的運動主要受氣流曳引阻力和顆粒自身重力的影響，為洗煤廠車間粉塵治理提供了理論依據。

（2）洗煤廠粉塵物性分析研究

針對大型洗煤廠的現狀，對洗煤廠車間內粉塵濃度、粉塵的浸潤性、吸濕性、分散度等物性進行了測試分析。使用CCHZ-1000全自動粉塵測定儀，通過對洗煤廠車間內粉塵濃度的測定及粉塵的物性分析，得出洗煤廠粉塵中的呼吸性粉塵濃度占比超過了總塵的60%，浸潤性測定得出粉塵屬于中等親水性粉塵，粉塵的吸濕性為70.17%。BT-1600型圖像顆粒分析系統對洗煤廠的粉塵樣本進行分散度測試表明，洗煤廠車間內的呼吸性粉塵濃度占總塵濃度的比例超過了60%，細微顆粒粉塵懸浮在車間內依靠自身重力自然沉降很難，粉塵治理難度大。

圖1洗煤廠的粉塵樣本分散度測試

（3）洗煤廠除塵方法的選擇

通過對洗煤廠粉塵物性測試結果綜合分析可知，粉塵的吸濕能力較好，浸潤速度為3.5 mm/min，該洗煤廠粉塵屬于中等親水性粉塵，得出該洗煤廠粉塵治理可以采用濕式除塵方法。由于洗煤廠具有塵源點多源、分散、塵源點空間有限的特殊性，且呼吸性粉塵濃度占總塵濃度的比例超過了60%，研究提出了氣霧濕式除塵與除塵罩控塵抑塵相結合的“外閉內抑”粉塵治理方法，從而提高洗煤廠粉塵治理效果。

（4）降塵系統關鍵設備的研發

針對呼吸性粉塵濃度占比較高的具體情況，研究設計了噴嘴流體有效通過面積加大的氣水霧化除塵噴嘴。根據洗煤廠車間內振動篩的產塵特點，研發了振動篩粉塵密閉裝置，減少在原煤篩選過程中由于高頻振動而產生的細小顆粒物向振動篩外擴散，振動篩粉塵密閉裝置可自動或手動開合，滿足了振動篩日常檢修或更換篩板的工作需求。

圖2噴嘴三維網格劃分圖

圖3液體在噴嘴內部運動跡線圖

（5）除塵系統工藝參數研究

模擬實驗測定了不同水壓、氣壓、不同體積空間相組合的噴霧降塵效率，得出水壓0.4 MPa、氣壓為0.5 MPa時除塵效率最佳，可達95.57%；除塵體積空間為2.0 m3時水壓氣壓噴霧除塵效率最高。

3 主要研究成果

（1）提出“外閉內抑”綜合控塵方法

基于洗煤廠車間內塵源點多而且分散的特點，提出了“外閉內抑”的綜合控塵方法，即在塵源點處采用密閉控塵與噴霧除塵相結合的方式，將車間內的粉塵控制在塵源點處，減少粉塵向車間內擴散。根據洗煤廠車間內每個塵源處的特點，設置了不同的密閉罩，通過改變除塵罩的體積，獲得最佳的降塵效果。

（2）研發了氣水霧化除塵噴嘴

基于“氣液兩相流”理論，研發了氣水霧化除塵噴嘴。優化了噴嘴外緣結構，即通過改變唇厚、深入度為和唇寬，改進噴頭內部結構，確定唇厚度為2 mm，深入度為0.8 mm，唇寬1.5 mm。使噴嘴具有抗腐蝕、抗堵塞和抗掛料等特性，可以直接使用洗煤廠車間內的煤泥復用水。氣水霧化噴嘴所產生液滴粒徑接近于洗煤廠車間內的粉塵粒徑，增強了對微塵的捕獲能力。

（3）洗煤廠振動篩產的密閉

設計制作了一種洗煤廠振動篩粉塵密閉裝置，將洗煤廠車間內眾多的振動篩逐一密閉，減少在原煤篩選過程中由于高頻振動產生的細小顆粒物向振動篩外擴散。該振動篩粉塵密閉裝置能夠實現自動與手動開合，滿足振動篩日常檢修或更換篩板的工作需求。

（4）除塵裝置自動控制系統的開發

集成開發了洗煤廠除塵自動控制系統，通過自主研發的具有防潮防濕功能的粉塵濃度傳感器、自動控制模塊、PC機遠程控制軟件包實現對噴霧除塵系統的自動控制。數據采集傳感器外部裝有保護殼，可應用于高濕度、小顆粒物料碰撞的密閉環境。

圖4氣水霧化除塵系統構成示意圖

圖5馬脊梁洗煤廠準備車間氣水霧化除塵系統

4 應用效果

大型洗煤廠生產系統粉塵治理技術成果，研發的噴嘴可以滿足洗煤廠各種工況的需要，研究設計的噴霧除塵加密閉除塵的綜合除塵方式，靈活應用于馬脊梁洗煤廠車間內的各個產塵點。經過防腐蝕處理的洗煤廠振動篩粉塵密閉裝置滿足了日常工作需求，裝置結構堅固耐用，在洗煤廠車間內的環境下穩定運行5000小時。除塵系統操作和維護簡單，減少了維修人員的工作量。技術成果在馬脊梁洗煤廠的應用，大幅度降低了洗煤廠車間內的粉塵濃度，特別是塵源點處粉塵濃度明顯下降，有效解決了洗煤廠車間內粉塵濃度高的技術難題，更好地保護了現場工人的身心健康，同時有利于大型洗煤廠的安全生產。

該項目于2020年1月通過了中國煤炭工業協會組織的科技成果鑒定，研究成果為國際先進水平。