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倉頂式布袋除塵器在地面煤倉粉塵和瓦斯綜合治理中的應用研究

文章作者:九州環保   發布時間:2019-03-08
隨著我國煤炭開采技術水平的不斷提高,單礦井煤炭產量大幅度提高,地面煤倉的倉容體積也隨之不斷加大,煤炭地面儲存成為從井下開采到地面加工、洗選、銷售過程中的一個重要環節,煤炭

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隨著我國煤炭開采技術水平的不斷提高,單礦井煤炭產量大幅度提高,地面煤倉的倉容體積也隨之不斷加大,煤炭地面儲存成為從井下開采到地面加工、洗選、銷售過程中的一個重要環節,煤炭地面儲存方式大多為圓筒形煤倉儲存,煤炭仍向封閉的地面煤倉釋放大量瓦斯,特別是一些高瓦斯礦井,煤倉瓦斯積聚超限現象時有發生;煤炭在入倉、放倉過程中產生大量粉塵,一方面,呼吸性粉塵吸入肺部可引起塵肺病,嚴重影響工人的身體健康,另一方面,粉塵都具有爆炸性,當粉塵顆粒達到一定濃度時會引起爆炸,嚴重威脅著及洗煤廠的安全生產,威脅著工人的人身安全,給工作環境和生活環境帶來極大的危害。煤倉內粉塵和瓦斯的治理問題日漸突出,并時有此類事故發生。國內各洗煤廠大都采取了相應措施,例如,淮南礦業(集團)有限責任公司望峰崗選煤廠工程技術人員經過現場勘察,在煤倉頂安裝一臺隔爆軸流式風機,向煤倉內灌入大量空氣,在原煤倉頂部安裝一個630mm、高12m的瓦斯排放管;也有企業采用軸流風機機械抽排風的措施;晉城礦業集團有限責任公司成莊礦洗煤廠采用倉壁開孔、加裝自然通風管和優化通風管路等技術手段解決倉內瓦斯集聚問題。對于煤倉內粉塵的治理這多采用安裝導料槽,落料點密閉,配合除塵器機械除塵方式措施,或采用對揚塵點進行噴霧的方式實現粉塵的治理和無組織排放。
上述針對煤倉內瓦斯和粉塵的治理措施在運行過程中都取得了較好的效果,但仍然存在能耗高、可靠性差、氣體排放不達標等問題,特別是瓦斯抽排過程中,廢氣攜帶大量粉塵直接排入大氣,且煤倉一般位于廠區內顯著位置,嚴重影響環境和文明生產形象。所以在煤倉粉塵和瓦斯治理方面仍有待進一步研究、應用和推廣。
1.煤倉內粉塵及瓦斯產生原因分析
經多座選煤廠的調查反映,煤的外在水分大于7%時,很少有煤塵產生,另外,從《煤炭工業礦井設計規范》、《煤炭工業選煤廠設計規范》執行多年來的情況看,按此指標設計能夠符合環境保護要求。因此,以外在水分7%作為設計除塵裝置的分界線。在實際生產中,大多數煤炭進開采出地面后,在輸送過程中水分流失,外在水分一般在7%以下,易產生揚塵。煤炭經膠帶運輸上倉,再由配煤膠帶直接落入倉內,物料量大,落差大,在進倉過程中倉內空氣受到擠壓向上流動,與下落的物料相對沖,使物料散化,物料落入倉頂產生沖擊氣流也隨之上升,隨著倉內物料增多,倉內氣壓升高,大量含塵氣流從卸料口向外涌出,因此煤倉內成為最嚴重的產塵點之一。
另外,煤炭在從地下開采出來以后,特別是透氣性差,瓦斯吸附能力強的煤種,仍會不斷釋放吸附狀態瓦斯,在倉內儲存過程中,瓦斯不斷在儲煤位與倉頂之間的空間內積聚,極易濃度超限,或從落料口排入倉頂建筑內,造成安全隱患。
2.現有技術措施的不足
針對煤倉內粉塵和瓦斯的治理,現階段大部分采用的都是安裝機械通風機,強制性的將倉內粉塵和瓦斯抽出排放,同時還裝設瓦斯監測監控系統、瓦斯電鎖閉、風電鎖閉等保護,或者采用粉塵治理和瓦斯治理兩套系統,分別獨立運行,這些措施有效控制了事故的發生,但仍存在問題。
(1)通風機長時間不間斷運行,難免會發生故障,系統可靠性不強,檢修期間若瓦斯及粉塵濃度超限,系統重新啟動時存在安全隱患。
(2)倉內粉塵經通風機抽出后,未經過濾處理,直接排入大氣,排放濃度不達標,容易造成環境污染,且排放口一般都位于項目顯著位置,嚴重影響整體環保形象和文明生產,該問題在現有運行系統中最為突出。
(3)風機不間斷運行,電能消耗較大,不節能,且噪音大,影響周邊環境。
(4)雙系統治理措施系統復雜,投入較高,且有時2套系統還存在相互干擾,達不到理想效果。
3.倉頂式布袋除塵器治理粉塵瓦斯措施
針對系統中存在的問題,考慮利用倉頂式布袋除塵器來對倉內粉塵和瓦斯進行同時治理,達到安全、穩定、高效、環保的目的。
3.1袋式除塵器除塵原理
布袋除塵器除塵原理運用過濾機理,是重力、篩濾、慣性碰撞、吸附效應和擴散與靜電吸引等各種力的綜合效應。當含塵氣流經濾料時,比濾料空隙大的粉塵顆粒,在重力作用下沉降,或在慣性作用下被濾料擋住;比濾料空隙小的微粒,由于和濾料發生碰撞或被濾料纖維吸附,停留在濾料表面和空隙中,并形成附著在濾料上的一次塵,用來過濾后來的二次塵,即用粉塵過濾粉塵,從而提高除塵器的除塵效率。布袋除塵器的除塵過濾原理如圖1所示。在此過程中,瓦斯氣體隨氣流一并排出。
3.2綜合治理粉塵瓦斯措施整個系統主要由有害氣體檢測系統、倉頂袋式除塵器、防爆式風機、放空管及風帽組成。
煤倉內瓦斯及粉塵大量聚集在倉體頂部,倉頂落煤口面積有限,不利于自然排出,所以在倉頂結構允許位置預留倉頂袋式除塵器安裝位置,除塵器與倉體預留口做密閉處理,放空管通至室外。系統運行時,倉內瓦斯及粉塵一起從除塵器底部進風口進入,含塵氣體通過除塵器內濾料過濾后,經防爆式風機排出,除塵效率≥99%,排氣達到國家排放標準;濾料上的積塵,在倉內瓦斯和粉塵濃度正常的情況下,定期進行清理。
防爆式風機安裝于倉頂合理位置,或與除塵器集成安裝,風機風量按照煤倉容積每小時換氣0.5~1.0次計算,風壓按克服整個系統阻力計算,并留有一定余壓;除塵器選型按照風量計算,濾料過濾風速為2.0~3.5m3/min。風機可與除塵器集成布置,也可安裝在屋面或室內樓板上,風機安裝做減震處理;風機控制系統與煤倉生產系統和有害氣體安全監控系統聯動,也可單獨控制;物料進倉時,除塵器與膠帶輸送系統同時工作,不配倉時,除塵器與瓦斯傳感器聯動控制,瓦斯濃度達到設定限值時,除塵器風機啟動,達到安全值時系統停止運行,便于日常管理。
倉內保持負壓狀態,煤炭入倉時,室外空氣通過落料口隨煤炭一起進入,及增加了倉內新鮮空氣量,又減少了落料點的揚塵產生。在條件允許的情況下,倉頂可設備用系統,當一套系統檢修時,另一套系統可正常工作,更加提高系統的安全可靠性。
4.應用實例
該技術已廣泛應用于礦井、選煤廠倉儲系統中,取得了明顯的社會經濟效益。其中山西潞安集團李陽煤礦選煤廠設計年洗選能力1.80Mt/a,選煤廠設置一座直徑22.0m原煤筒倉,倉體高度27.8m,設計儲煤力能10kt。煤倉上部設兩條原煤配倉膠帶,倉下采用帶式給料機排料,倉頂設置4個落料口。原設計中,在倉頂設有兩臺FBDC抽出式局部通風機,單臺風量245~380m3/min,單臺耗電功率11kW,運行后,倉內瓦斯濃度一直保持在正常水平,但風機排風口粉塵濃度較大,達不到排放要求,對該項目進行改造后,將原有通風機拆除,更換為2臺LNGM-CD型倉頂脈沖袋式除塵器,單臺處理風量6800m3/h,風機采用防爆風機,單臺耗電功率4kW。投入運行后,倉內瓦斯濃度保持正常水平,排風口粉塵濃度大幅降低,達到環保排放要求。
該技術在諸多項目應用中有以下優點:
(1)煤倉內瓦斯濃度得到有效控制,且粉塵排放濃度達到國家相關規定要求,大幅增強了礦井的安全生產保障。
(2)系統運行時間大大縮減,機械損耗和電力成本大為降低。
(3)由于風機運行時間縮短,也會減少由于風機故障(如葉片變形、松曠導致的摩擦火花等)引發的瓦斯和粉塵事故。
(4)日常維護、定期檢修成本下降。
(5)安全效益,該系統為積極主動型系統,以預防為主,超標報警即時處理為輔,最大限度地杜絕了瓦斯和粉塵超標事故的發生。
(6)環境效益,場內的粉塵經除塵器過濾,除塵效率≥99%,排氣達到國家排放標準;落料口為負壓區域,杜絕揚塵擴散到倉頂建筑人員作業區域,保證了工人的職業健康安全。
5.結語
倉頂式布袋除塵器綜合治理粉塵瓦斯系統具有安全可靠,安裝施工簡單等優點。煤倉瓦斯和粉塵得到同時治理,一方面使倉內粉塵瓦斯濃度低于安全限值,另一方面使氣體排放含塵濃度滿足大氣污染物排放標準。風機控制系統與煤倉生產系統和有害氣體安全監控系統聯動,也可單獨控制,便于日常管理,值得各煤炭企業大力推廣。隨著煤倉安全技術的不斷發展及新技術的出現(如煤倉充氮惰化技術、煤倉安全防爆技術等),倉頂式布袋除塵器綜合治理粉塵瓦斯系統應有針對性的進行適當調整,使其更具普遍適用性。
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