綜合除塵技術(shù)在潔凈煤廠改造設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

丁淑英，毛維龍，馮 超，李 帥

(兗煤藍(lán)天清潔能源有限公司，山東 鄒城 273500)

藍(lán)天工程潔凈煤項(xiàng)目是集團(tuán)公司傾力打造的潔凈型煤生產(chǎn)示范工程，被集團(tuán)公司列為“一號(hào)工程”。該工程符合國(guó)家煤炭高效清潔利用政策，是集團(tuán)公司轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要舉措，受到各級(jí)政府的高度關(guān)注。本文針對(duì)該工程型煤壓制氣爆嚴(yán)重、生產(chǎn)系統(tǒng)溢塵、產(chǎn)品輸送和包裝揚(yáng)塵等問(wèn)題，探索相關(guān)解決方案，以徹底解決粉料氣力輸送、實(shí)現(xiàn)潔凈型煤安全清潔高效生產(chǎn)，助推集團(tuán)公司轉(zhuǎn)型升級(jí)跨越發(fā)展。

1 產(chǎn)塵現(xiàn)狀分析

隨著潔凈煤項(xiàng)目調(diào)試生產(chǎn)的不斷推進(jìn)，在粉料氣力輸送、型煤壓制及輸送、包裝等生產(chǎn)過(guò)程中，出現(xiàn)了粉塵外溢的突出問(wèn)題，極大制約了潔凈型煤安全清潔高效生產(chǎn)，同時(shí)對(duì)職工身心健康造成一定危害。

2 潔凈型煤生產(chǎn)系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題

2.1 煤粉氣力輸送及煤粉緩沖系統(tǒng)

(1)潔凈型煤廠利用原電解鋁部分廠房，導(dǎo)致工藝布置受限，混合后的煤粉運(yùn)輸至成型機(jī)緩沖倉(cāng)采用了密相氣力輸送方式將煤粉輸送至每臺(tái)成型機(jī)緩沖倉(cāng)內(nèi)。由于原緩沖倉(cāng)倉(cāng)容設(shè)計(jì)較小(僅約15 m3)，氣體輸送打料短時(shí)間內(nèi)的大量氣體造成緩沖倉(cāng)內(nèi)形成正壓，沖擊、破壞與倉(cāng)體相連接的軟連結(jié)接口及相關(guān)聯(lián)的設(shè)備機(jī)械密封，進(jìn)而造成煤粉大量外溢。

(2)氣體輸送打料對(duì)緩沖倉(cāng)內(nèi)已有的粉料形成沖擊，破壞料層的穩(wěn)定性，成型機(jī)出現(xiàn)幾分鐘內(nèi)不能正常壓出型煤的現(xiàn)象，對(duì)正常生產(chǎn)造成極大影響。

2.2 成型機(jī)除塵器及管路系統(tǒng)

(1)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為3臺(tái)成型機(jī)共用1臺(tái)收塵器，而1臺(tái)成型機(jī)又有多路收塵分支管，主管路及各支管路均無(wú)閥門，各管路風(fēng)量風(fēng)速無(wú)法調(diào)節(jié)；存在管路風(fēng)速與實(shí)際需求不匹配，且同一收塵器所帶的3臺(tái)成型機(jī)不同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，造成不運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備收塵管路風(fēng)量浪費(fèi)。

(2)成品小皮帶機(jī)頭無(wú)負(fù)壓收塵，造成回程皮帶粘帶的細(xì)煤粉在清掃器和底托滾處落下形成揚(yáng)塵。

(3)部分收塵管道由于受條件限制大多為水平布置，部分管路風(fēng)速較低，且部分管路有盲端，存在煤塵堆積堵塞管道和煤塵自燃風(fēng)險(xiǎn)。

(4)收塵器收下的煤粉通過(guò)氣力輸送返回其中一個(gè)緩沖倉(cāng)內(nèi)。當(dāng)接受返料的成型機(jī)停運(yùn)時(shí)，由于停運(yùn)系統(tǒng)中不能長(zhǎng)時(shí)間存料(煤塵易發(fā)生自燃)，無(wú)法再繼續(xù)返料，影響另外2臺(tái)成型機(jī)運(yùn)行。

2.3 成型車間成型機(jī)系統(tǒng)

(1)10 t成型機(jī)一次篩分振動(dòng)分級(jí)篩采用了鋼絲繩吊掛方式，而振動(dòng)篩周圍擋板較低，兩側(cè)及后部要做到全密封較困難。振動(dòng)篩落料口處吸風(fēng)罩設(shè)計(jì)也不合理，且采用的密封材料強(qiáng)度低，易損壞造成漏料揚(yáng)塵，對(duì)工作環(huán)境污染嚴(yán)重，且該振動(dòng)篩故障率較高。

(2)斗提機(jī)、給料螺旋、返料螺旋等設(shè)備間的軟連接密封材料強(qiáng)度低，極易損壞造成漏料。

(3)成品小膠帶輸送機(jī)為敞開(kāi)式運(yùn)輸，在產(chǎn)品轉(zhuǎn)載輸送過(guò)程中，溢塵嚴(yán)重，不符合環(huán)保要求。

2.4 包裝車間碼垛系統(tǒng)

(1)成品集運(yùn)膠帶原設(shè)計(jì)采用卸料小車方式為10個(gè)包裝倉(cāng)配料，而卸料小車無(wú)負(fù)壓收塵，在卸料過(guò)程中揚(yáng)塵嚴(yán)重，成品緩沖倉(cāng)內(nèi)密封不嚴(yán)，產(chǎn)品入倉(cāng)口處揚(yáng)塵嚴(yán)重。

(2)成品集運(yùn)膠帶機(jī)機(jī)頭未封閉，無(wú)負(fù)壓收塵，膠帶上粘帶的煤塵在整個(gè)回程膠帶底托輥處脫落，形成揚(yáng)塵和積塵。

(3)集運(yùn)膠帶機(jī)機(jī)頭應(yīng)急落料為開(kāi)放式設(shè)計(jì)。落料直接通過(guò)卸料溜槽落到包裝車間地面，易造成揚(yáng)塵，且在廢料回收處理過(guò)程中揚(yáng)塵嚴(yán)重。

(4)包裝機(jī)收塵管路多為水平布置，收塵效果差。

(5)目前，潔凈煤廠包裝車間包裝碼垛與成品裝卸區(qū)為聯(lián)合建筑，兩個(gè)廠房中間未實(shí)現(xiàn)完全隔離，包裝區(qū)產(chǎn)生的粉塵彌漫至碼垛機(jī)及成品裝卸區(qū)，極易污染碼垛機(jī)光電傳感器，對(duì)設(shè)備正常運(yùn)行造成影響，也給裝卸作業(yè)的職工帶來(lái)健康危害。

2.5 脫硫添加劑粗粉倉(cāng)放料系統(tǒng)

添加劑車間粗粉產(chǎn)品存儲(chǔ)設(shè)計(jì)粒度0.1～0.8 mm，后來(lái)根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整為0～0.5 mm。粒度變細(xì)后，產(chǎn)塵量增大，且裝車時(shí)必須開(kāi)啟流化裝置，造成原設(shè)計(jì)的倉(cāng)下散裝機(jī)收塵器能力不足，裝車過(guò)程中存在揚(yáng)塵大、收塵管路易出現(xiàn)積粉問(wèn)題，存在較大的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

3 除塵系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

3.1 成型車間

3.1.1 煤粉氣力輸送緩沖消塵系統(tǒng)

目前氣力輸送設(shè)計(jì)能力為40 t/h，原設(shè)計(jì)輸送氣體壓力為0.3 MPa。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，單罐輸送時(shí)間約240 s，單次消耗壓縮空氣量約50 m3。根據(jù)計(jì)算得出，進(jìn)入緩沖倉(cāng)的常壓氣體的體積為150 m3，短時(shí)間內(nèi)大量氣體進(jìn)入緩沖倉(cāng)，造成倉(cāng)內(nèi)正壓。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，為減少氣力輸送時(shí)目標(biāo)倉(cāng)形成的正壓，工藝上采取降低輸送氣體壓力(由0.3 MPa降低至0.2 MPa)運(yùn)行，雖然降低了系統(tǒng)的輸送能力，但仍未能解決正壓冒粉的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)研究，增加一級(jí)緩沖倉(cāng)消塵系統(tǒng)。

(1)在原緩沖倉(cāng)前面增加一個(gè)容積為50 m3的密封鋼制緩沖倉(cāng)，氣力輸送的煤粉首先進(jìn)入此鋼倉(cāng)暫存，還為此鋼倉(cāng)設(shè)計(jì)增加一路負(fù)壓收塵；合理設(shè)置物料最高倉(cāng)位，上部保留適度的緩沖倉(cāng)容(約為總倉(cāng)位的1/2)，通過(guò)緩沖倉(cāng)容空間和負(fù)壓收塵吸收氣力輸送氣體，而倉(cāng)體內(nèi)設(shè)置物料和收塵管隔離室，以避免過(guò)多煤粉直接被負(fù)壓管路吸走，造成物料內(nèi)循環(huán)消耗。

(2)倉(cāng)下設(shè)置鎖風(fēng)閥，將煤粉與設(shè)備和下級(jí)緩沖倉(cāng)隔離，通過(guò)螺旋給料將煤粉送入成型機(jī)原返料斗提，和返料混合后一并被送入下一級(jí)緩沖倉(cāng)。由于返料斗提原設(shè)計(jì)能力不能同時(shí)滿足進(jìn)料和返料的要求，因此，需提升斗提機(jī)產(chǎn)能：一是增加提料斗容積，根據(jù)斗提機(jī)實(shí)際，20 t/h成型機(jī)斗提機(jī)料斗優(yōu)化后容積由4.8 m3改為8.6 m3，10 t/h成型機(jī)斗提機(jī)料斗寬度由250 mm增加到300 mm，料斗傾斜角度適當(dāng)增大；二是在現(xiàn)有功率不變的基礎(chǔ)上，更換膠帶輪、降低減速比，適當(dāng)提高斗提機(jī)料斗的運(yùn)行速度。通過(guò)以上兩個(gè)改造方案，斗提機(jī)運(yùn)輸能力提高約80%以上，滿足了成型機(jī)連續(xù)運(yùn)行要求。

3.1.2 成型負(fù)壓除塵系統(tǒng)

成型機(jī)系統(tǒng)主要收塵點(diǎn)如圖1所示。

圖1 成型機(jī)系統(tǒng)工藝

目前成型機(jī)配置的除塵器為L(zhǎng)PM6D-930(M)型氣箱式脈沖除塵器，其參數(shù)如表1所示。

表1 LPM6D-930(M)型氣箱式脈沖除塵器參數(shù)

原設(shè)計(jì)主管路中不同的三段內(nèi)風(fēng)量和風(fēng)速分別為：53 700 m3，19 m/s；35 800 m3；12.6 m/s；17 900 m3，6.3 m/s。由此可以看出，原設(shè)計(jì)第一段內(nèi)滿足了粉塵最低風(fēng)速要求，第二段特別是第三段內(nèi)風(fēng)速明顯低于帶走粉塵的最低風(fēng)速，極易造成積塵。同時(shí)，管路中彎頭多為直角轉(zhuǎn)彎，系統(tǒng)阻力較大。

根據(jù)各管路所需的最小風(fēng)速，重新進(jìn)行配風(fēng)計(jì)算，重新設(shè)計(jì)確定分支管路管徑。原設(shè)計(jì)據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的收塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的綜合收塵能力偏小，不能滿足3臺(tái)成型機(jī)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)需求。為此，提出以下方案。

(1)根據(jù)原設(shè)計(jì)的“一帶三”負(fù)壓收塵系統(tǒng)實(shí)際，在三條分支管路上分別加裝氣控蝶閥，設(shè)計(jì)一套控制系統(tǒng)安裝在室外的收塵風(fēng)機(jī)處，當(dāng)某成型機(jī)不運(yùn)行時(shí)，可以關(guān)閉該分支管路的閥門，剩余分支管路的風(fēng)量將加大，增強(qiáng)了風(fēng)機(jī)的有效利用率；而且將該控制信號(hào)上傳至中央控制室，可以實(shí)現(xiàn)就地和遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)該閥門。每個(gè)支管設(shè)置一個(gè)測(cè)風(fēng)速孔，以方便監(jiān)測(cè)風(fēng)管風(fēng)速。

(2)針對(duì)主管路積塵的現(xiàn)狀，在主管路原盲端加裝一個(gè)閥門，同時(shí)在主管路內(nèi)底部全長(zhǎng)布設(shè)一根直徑2 in(5.08 cm)壓風(fēng)管路。在壓風(fēng)管路上沿管路方向每隔200 mm均勻鉆5排直徑2 mm小孔(圖2)，設(shè)置壓風(fēng)控制閥門定時(shí)開(kāi)啟進(jìn)行分段吹掃，防止煤塵長(zhǎng)時(shí)間堆積在管道內(nèi)發(fā)生自燃。

圖2 噴吹管鉆孔示意

(3)優(yōu)化室內(nèi)分支管管徑，使風(fēng)量和風(fēng)速配置合理。具備條件的改為倒“V”形布置，防止管內(nèi)積塵，并在550 mm分支管路末端設(shè)置可用于定期觀察清理的閥門。各支管上分別增加手動(dòng)蝶閥，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)各閥門開(kāi)度，使各點(diǎn)通風(fēng)量得到合理分配。

(4)成品小膠帶機(jī)機(jī)頭回程底膠帶下部增加毛刷機(jī)械掃塵裝置，并在下部設(shè)置積塵罩，同時(shí)增加一路收塵管路，與每臺(tái)成型機(jī)分支管路相連，可大大減少回程膠帶的帶粉量。

3.1.3 產(chǎn)塵點(diǎn)密封系統(tǒng)

(1)對(duì)成品小膠帶上部增設(shè)全封閉護(hù)罩，與機(jī)頭、機(jī)尾導(dǎo)料槽相連接，與皮帶尾部振動(dòng)篩形成相對(duì)負(fù)壓收塵，防止皮帶上部物料揚(yáng)塵。采用半徑為605 mm的波紋彩鋼板進(jìn)行封閉。

(2)針對(duì)斗提機(jī)和緩沖倉(cāng)、給料螺旋和預(yù)壓倉(cāng)、振動(dòng)篩和返料螺旋間的軟連接經(jīng)常被磨損漏粉的問(wèn)題，采用高強(qiáng)度的耐磨涂覆材料進(jìn)行更換，并采用內(nèi)置金屬導(dǎo)料槽外加軟連接密封的方式，減少物料對(duì)軟連接的磨損，提高防塵效果。

(3)對(duì)成型機(jī)本體周圍密封不嚴(yán)的空隙進(jìn)一步密封，提高負(fù)壓收塵效果。

(4)針對(duì)10 t成型機(jī)振動(dòng)篩吊掛方式不利于密封、篩分效率低、產(chǎn)品堵篩孔導(dǎo)致物料堆積、密封不嚴(yán)漏粉嚴(yán)重的問(wèn)題，進(jìn)行改進(jìn)。改鋼絲繩加彈簧吊掛方式為落地支撐架加橡膠彈簧方式，并增加一組震動(dòng)器，以提高篩分效率。同時(shí)，對(duì)振動(dòng)篩上部與成型機(jī)本體間密封重新設(shè)計(jì)：上部采用鋼板硬連接，上部鋼板與振動(dòng)篩側(cè)板采用保護(hù)軟連接；將原振動(dòng)篩前部固定敞口式溜槽改為與振動(dòng)篩一體化設(shè)計(jì)，并采用全密封方式與膠帶機(jī)導(dǎo)料槽直接連接，既減少了揚(yáng)塵的產(chǎn)生，又可防止物料堆積堵料。

3.1.4 成型車間室外收塵器返料系統(tǒng)

設(shè)計(jì)將成型車間室外收塵器返料系統(tǒng)由單一目標(biāo)倉(cāng)優(yōu)化為3個(gè)目標(biāo)倉(cāng)。設(shè)計(jì)增加部分氣力輸送管道及控制閥門，同時(shí)增加一套自動(dòng)控制系統(tǒng)，并將該控制信號(hào)上傳至中央控制室，通過(guò)就地或遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)相應(yīng)閥門，可根據(jù)生產(chǎn)需要，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)選擇目標(biāo)倉(cāng)，解決當(dāng)接受返料的成型機(jī)停運(yùn)時(shí)影響另外2臺(tái)成型機(jī)運(yùn)行和單一目標(biāo)倉(cāng)滿料冒塵等問(wèn)題。方案如圖3。

圖3 收塵器返料系

3.1.5 成型車間通風(fēng)系統(tǒng)

成型車間增加軸流風(fēng)機(jī)，進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)。依據(jù)車間實(shí)際，墻面換氣通風(fēng)裝置采用低噪聲軸流通風(fēng)裝置。該裝置具有投資成本低、耗能小、運(yùn)行平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、效率高等特點(diǎn)，可有效改善車間空氣質(zhì)量，保障職工健康。

3.2 包裝車間

3.2.1 成品大膠帶收塵系統(tǒng)

(1)對(duì)成品大膠帶機(jī)頭段進(jìn)行封閉，回程底膠帶下部增加毛刷機(jī)械掃塵裝置和壓縮空氣吹掃裝置，并增加一路收塵管路與既有收塵管路相連，可大大減少回程膠帶的帶粉量。

(2)在集運(yùn)膠帶機(jī)機(jī)頭落料部位設(shè)計(jì)增加煤粉倉(cāng)，收集此處撒落的碎煤及未被收塵管道回收的煤塵，經(jīng)破碎后的細(xì)顆粒利用機(jī)頭的收塵器收集后統(tǒng)一返回原料倉(cāng)。

(3)將移動(dòng)式卸料小車改為固定犁刀式卸料器，同時(shí)在成品緩沖倉(cāng)頂部增加倒“V”型收塵管道，以解決在卸料過(guò)程中揚(yáng)塵問(wèn)題。

(4)犁刀式卸料器增設(shè)密封罩，與成品緩沖倉(cāng)形成密閉空間，以提高負(fù)壓收塵效果。

3.2.2 包裝工藝收塵系統(tǒng)

(1)包裝機(jī)收塵管路原為水平布置，收塵效果差。設(shè)計(jì)將水平布置管道改為倒“V”形式布置，收塵管道增加調(diào)節(jié)閥門，做到可根據(jù)生產(chǎn)需要實(shí)現(xiàn)風(fēng)量控制，減少風(fēng)量浪費(fèi)，提高收塵效果。

(2)對(duì)包裝機(jī)本體密封不嚴(yán)的空隙進(jìn)行進(jìn)一步密封，提高負(fù)壓收塵效果。

3.2.3 包裝車間通風(fēng)系統(tǒng)

對(duì)該車間設(shè)計(jì)增設(shè)軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)。根據(jù)車間實(shí)際，選擇墻面換氣風(fēng)機(jī)為低噪聲軸流通風(fēng)裝置。該裝置具有投資成本低、風(fēng)量大、噪音低、耗能小、運(yùn)行平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、效率高等特點(diǎn)，可有效改善車間空氣質(zhì)量，保障職工健康。

3.2.4 包裝車間防塵隔離系統(tǒng)

對(duì)于該車間包裝碼垛區(qū)和成品裝卸區(qū)為聯(lián)合建筑，設(shè)計(jì)將該車間包裝碼垛區(qū)與成品裝卸區(qū)進(jìn)行隔離，以避免包裝區(qū)域粉塵彌漫至成品車間。

3.3 脫硫添加劑粗粉倉(cāng)裝車除塵系統(tǒng)

對(duì)粗粉倉(cāng)開(kāi)啟流化裝置裝車的工況進(jìn)行分析，判斷原卸料裝置密封及收塵系統(tǒng)不能滿足負(fù)壓收塵的要求。現(xiàn)對(duì)卸料裝置設(shè)計(jì)增加密封式收塵罩，優(yōu)化收塵管道布置，增大收塵器布袋噴吹壓力，提高收塵器工作效率。優(yōu)化后，收塵器處理風(fēng)量將達(dá)到12 000 m3/h，可以解決流化狀態(tài)下裝車冒粉的問(wèn)題。

4 項(xiàng)目效益

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

(1)根據(jù)前期生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)比消耗原料煤與產(chǎn)出潔凈型煤數(shù)量，除去原料煤干燥水分蒸發(fā)的影響，計(jì)算得出生產(chǎn)系統(tǒng)粉塵損失比率為0.51%。各項(xiàng)方案實(shí)施后，在改善工作場(chǎng)所作業(yè)環(huán)境的同時(shí)，可減少煤粉(含添加劑)跑冒漏損失。

(2)項(xiàng)目實(shí)施后，可大大減少煤粉在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的數(shù)量，提高設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行效率，預(yù)計(jì)可節(jié)省電能5%以上。

4.2 社會(huì)效益

4.2.1 安全方面

生產(chǎn)場(chǎng)所的煤粉得到有效控制，杜絕生產(chǎn)車間煤粉積聚引發(fā)的自燃和爆炸事故。同時(shí)，生產(chǎn)場(chǎng)所的粉塵濃度符合工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，大大降低職工患職業(yè)病的風(fēng)險(xiǎn)。

4.2.2 環(huán)保方面

實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全封閉負(fù)壓運(yùn)行，減少顆粒物無(wú)組織排放，降低污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)，保障環(huán)保排放符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié) 論

采用全負(fù)壓收塵設(shè)計(jì)理念，在對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)充分分析研究和核算的基礎(chǔ)上，在不更換現(xiàn)有設(shè)備的前提下，研發(fā)了在粉體正壓氣力輸送過(guò)程中增加過(guò)渡緩沖倉(cāng)與負(fù)壓收塵相結(jié)合的技術(shù)工藝，通過(guò)緩沖倉(cāng)容空間和負(fù)壓收塵吸收氣力輸送氣體，實(shí)現(xiàn)安全、清潔輸送粉體物料的目的。潔凈煤生產(chǎn)系統(tǒng)綜合防塵技術(shù)為同類型行業(yè)治理粉塵外溢提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，尤其是系統(tǒng)思維指導(dǎo)下的復(fù)合式粉塵防治技術(shù)的研究與應(yīng)用，在潔凈型煤生產(chǎn)行業(yè)中具有廣闊的示范推廣前景。