濾筒除塵技術在煤礦儲裝運洗系統研究與應用

王海珊,李輝兵,馮瑞云

(潞安化工集團 漳村煤礦,山西 長治 046200)

煤礦企業所屬儲裝運洗系統,在產品運輸轉載過程中普遍會產生大量粉塵,尤其是膠帶廊轉載落煤點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險、環境污染和引發塵肺病等職業危害的現實問題。目前,漳村煤礦洗煤廠有3個原煤膠帶廊、1個精煤總膠帶廊、2個矸石膠帶廊、1個煤泥膠帶廊,均采用噴淋降塵。為保證精煤產品水分指標要求,1702精煤膠帶廊噴淋系統被迫處于停用狀態,嚴重制約了該廠現場作業環境治理和職業病防治工作。

1 國內外除塵技術現狀概述

隨著國家對職業病防治和環境保護一系列政策和法規的出臺,對儲裝運洗系統粉塵治理刻不容緩。目前,國內儲裝運洗系統主要依靠自然通風排塵、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,老舊降塵設施均未達到國家相關顆粒物排放要求。根據除塵方式的不同,主要分為濕式除塵和干式除塵兩類。對比而言,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。

隨著國際、國內除塵技術的不斷發展,逐漸推出了一系列新型的除塵技術。其中,使用濾筒除塵器進行抽氣凈化就是最為有效的一種,而且其應用效果得到了社會的一致認同,濾筒除塵器最早由美國的唐納森公司研發,以新型的濾筒為濾料,具有體積小、使用便捷、管理簡單、阻力低、效率高、性能高、結構緊湊等優勢。有學者認為應用了上百年的袋式除塵器將會被新一代濾筒除塵器所取代。

2 主要研究內容

2.1 項目研究實施路線

1) 調研、分析國內外除塵工藝發展及使用現狀,確定項目研究方向,擬采用箱體進氣,經導流裝置后,含塵氣體均勻進入濾材過濾。粉塵經攔截后落入卸灰裝置,經脈沖自動控制實現清灰。凈化后的氣體經凈氣室進入煙囪實現達標排放。

2) 進行項目理論實驗及認證,確認方案可行性。經試驗發現,在進口質量濃度<10 g/m3,溫度小于60 ℃,噴吹壓力介于0.4～0.6 MPa時,濾筒褶皺形狀設計不僅可有效提高過濾能力,且對微米級粉塵過濾效率可達99%,滿足當地環保排放要求。

3) 進行濾筒材質選擇實驗,決定采用創新型聚酯纖維濾筒(覆膜工藝)進行精煤粉塵收集處理。可實現濾材的重復清洗利用,延長濾材使用壽命。

4) 研發設計濾筒除塵主體部分,確定采用錐形下箱體設計,利用設備清灰,卸灰口加插板閥控制,便于日常維護。

5) 測試濾材噴吹壓力合理區間,確定噴吹壓力為0.4～0.6 MPa;測試不同濾筒分部情況下設備的處理效率及風阻,最終確認濾筒采用頂抽式設計,單支濾筒設置對應的噴吹管路,完成系統主機制作。

6) 完成濾筒除塵系統箱體各部分制作。

7) 進行系統安裝調試。①濾筒除塵系統主機安裝,清灰控制系統調試;②除塵系統管道等輔助設施安裝;③除塵系統調試和檢測。

2.2 工作原理研究

含塵氣體由風管引入除塵器后,由于氣流斷面突然擴大,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;粒度細、密度小的塵粒進入過濾室后,通過布朗擴散、篩濾、碰撞、鉤掛、靜電等綜合效應,使粉塵被沉積在濾料表面,而被凈化后的氣體進入凈氣室,由排風管經風機排出。

2.3 濾筒除塵器結構研究

脈沖式濾筒除塵器主要由清灰系統、濾筒和箱體3部分組成。上箱體為凈氣室,內部設置有噴吹管;側邊裝有控制箱和脈沖清灰系統,脈沖清灰系統包括氣包、電磁脈沖閥、壓縮空氣過濾減壓兩聯件、球閥等。下箱體為塵氣室,內部裝有濾筒;進風口位于設備頂部,經內部風道與下箱體相通。底部設置有灰斗,灰斗用于及時排出濾筒除塵器收集的粉塵。除塵器上面設有檢修門,用于檢修上箱體和下箱體內噴吹管和濾筒等。

圖1 工作原理

圖2 除塵器外形圖(單位:mm)

2.4 除塵方案設計

1) 粉塵治理場所選擇:通過儲裝運洗系統粉塵治理現狀診斷和揚塵點準確研判,治理場所選擇確定為1702精煤膠帶廊。

2) 除塵吸入點優化設置:針對1702精煤膠帶3個落煤點:精塊、末精、浮精,落煤點揚塵嚴重,設置3個吸塵點。

3) 除塵工藝參數設定:開展吸入管徑與風量、風速、風壓等參數匹配試驗,確定除塵工藝參數,進一步優化除塵方案設計。

2.4.1 風管及集塵罩設計

風管路徑采取低阻力設計,避免長距離的水平管道布置,盡量減少彎管。風管根據工況進行相應的防腐及保溫處理。風管系統的適宜部位可裝設閥門,管道采用法蘭連接,連接處設置密封墊。

2.4.2 風量和風壓的選擇

風機風量為除塵器處理風量的1.1～1.15倍,壓力取系統阻力的1.2倍。

2.4.3 過濾風速的選擇

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

入口處含塵質量濃度≤30 g/m3,過濾風速≈1 m/min;入口處含塵質量濃度≥30 g/m3,過濾風速≈0.5 m/min;

對于比重比較輕,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速要相對低一些。

2.4.4 噴吹參數的選擇

噴吹時間(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:氣源壓力≥0.4 MPa;過濾風速V≤1 m/min, 入口處氣體含塵質量濃度C≤15 g/m3時,噴吹間隔為20～25 s;過濾風速V≤1 m/min,入口處氣體含塵質量濃度C≥15 g/m3時,噴吹間隔為10～20 s.

4) 方案前置條件:為提高吸入點粉塵收集除塵效率,實施落煤點封閉工程。

3 應用效果論證

3.1 經濟效益分析

投入設備成本30萬,使用年限15 a,每年增加設備投入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,每年可節約人工費24萬元;該濾筒清灰系統可回收精煤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)。每年創造經濟效益18.3萬元。

3.2 應用前后效果對比

新除塵系統調試運行正常后,1702精煤膠帶廊3個落煤點揚塵現象得到明顯改善,9月、10月、11月對揚塵點進行了粉塵檢測,與應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《洗煤廠安全規程》規定。

3.3 主要研究結論

1) 借鑒了國內外先進的除塵技術,研究應用了煤塵治理領域新型前沿技術。該科研項目借鑒美國唐納森公司干法除塵新型技術,以新型的聚酯纖維濾筒為濾料,設計采用了先進的覆膜工藝,具有阻力低、除塵效率高、結構緊湊、水洗性能好等技術優勢。

2) 形成了一定的發明點和創新點。研發應用的錐形下箱體和脈沖壓縮空氣清灰裝置,具有一定的創新性。

表1 1702精煤膠帶廊粉塵檢測數據對比

3) 設計了儲裝運洗環節粉塵高效治理最佳方案。針對國內儲裝運洗系統廣泛選用噴霧除塵、布袋除塵等常規除塵方案,有效規避了噴霧影響產品水分、布袋除塵系統復雜和效率低的缺點,設計了除塵效率高、阻力小、水洗性能強、過濾風速和入口質量濃度范圍廣得濾筒除塵方案。

4) 項目取得了良好的經濟效益和安全效益。研發的高效脈沖清灰系統可回收精煤,且效益可觀;濾筒濾材可清洗、壽命長,較國內普遍采用布袋除塵器,具有材料損耗小、維護工作量小等優點。高效的除塵效率,有效預防了煤塵爆炸風險,也提升了職業病危害防治水平。

5) 新型濾筒除塵技術在環保治理領域具有一定推廣應用價值。研制應用的濾筒除塵系統,經工業試驗和第三方檢測,除塵效率達到95%以上,作業場所呼吸塵和總塵指標均符合《洗煤廠安全規程》規定,排放物固體含量在30 mg/m3以下,滿足環保要求。

3.4 研究改進方向

該項目通過在漳村礦洗煤廠精煤膠帶廊的研究和應用,為使濾筒除塵技術在儲裝運洗系統進一步有效推廣應用,研究和改進的方向主要有以下幾個方面:

1) 進一步優化除塵工藝。儲裝運洗系統粉塵治理現狀診斷和揚塵點準確研判,進一步優化除塵吸入點合理設置;開展吸入管徑與風量、風速、風壓等參數匹配試驗,進一步優化濾筒除塵器設計。

2) 進一步研制新型核心濾材。納米級聚酯纖維濾材研發改進涂層材質,過濾精度由0.3 μm提高到0.1 μm.