大型洗煤厂生产系统粉尘治理关键技术研究

1 项目背景

原煤洗选是提高煤炭质量的重要手段，是煤炭进入市场前必须的生产环节。洗煤厂生产过程中运输、破煤、分矸、振动筛选设备密封罩密封不严或机器设备敞开式工作，造成粉尘的大量逸散；洗煤厂车间内，尘源点多而且分散，含尘浓度变化范围广，只有采取针对性的粉尘治理方案，合理分布除尘装置，才能有效降低大型洗煤厂生产系统的粉尘浓度。工作人员长期暴露在高浓度粉尘环境中，会导致呼吸道疾病，严重的甚至会造成尘肺病；大量的粉尘还会导致机电设备故障发生率的增加，大型洗煤厂粉尘治理势在必行。

2 主要研究内容

项目以马脊梁选煤厂为依托，针对大型现代化洗煤厂原煤筛分车间、精煤洗选车间粉尘污染难以控制问题开展研究，系统研究洗煤作业中工艺性粉尘产生的原因、分布，以及粉尘组分、浓度、分散度等重要参数，全面、系统地研究粉尘发尘机理和移动规律，基于雾化除尘与密闭除尘相结合的思想，采取“外闭内抑”的技术路线，研究洗选煤工艺环境下粉尘抑制及降尘规律，开发针对不同尘源点的除尘设备，从根本上解决粉尘治理效果较差的技术难题。主要研究内容有：

（1）洗煤厂粉尘及其运动规律研究

洗煤厂粉尘主要由井下采掘活动中产生的附着于块煤表面的煤及岩粉，以及转载站、破碎站、振动筛、滑坡煤仓等环节煤体撞击产生的粉尘。通过采用La⁃grange法研究粉尘颗粒的运动轨迹，分析粉尘颗粒在车间内的运动、扩散规律，经过理论计算推导研究洗煤厂粉尘颗粒运动轨迹，得出洗煤厂车间内粉尘颗粒的运动主要受气流曳引阻力和颗粒自身重力的影响，为洗煤厂车间粉尘治理提供了理论依据。

（2）洗煤厂粉尘物性分析研究

针对大型洗煤厂的现状，对洗煤厂车间内粉尘浓度、粉尘的浸润性、吸湿性、分散度等物性进行了测试分析。使用CCHZ-1000全自动粉尘测定仪，通过对洗煤厂车间内粉尘浓度的测定及粉尘的物性分析，得出洗煤厂粉尘中的呼吸性粉尘浓度占比超过了总尘的60%，浸润性测定得出粉尘属于中等亲水性粉尘，粉尘的吸湿性为70.17%。BT-1600型图像颗粒分析系统对洗煤厂的粉尘样本进行分散度测试表明，洗煤厂车间内的呼吸性粉尘浓度占总尘浓度的比例超过了60%，细微颗粒粉尘悬浮在车间内依靠自身重力自然沉降很难，粉尘治理难度大。

图1洗煤厂的粉尘样本分散度测试

（3）洗煤厂除尘方法的选择

通过对洗煤厂粉尘物性测试结果综合分析可知，粉尘的吸湿能力较好，浸润速度为3.5 mm/min，该洗煤厂粉尘属于中等亲水性粉尘，得出该洗煤厂粉尘治理可以采用湿式除尘方法。由于洗煤厂具有尘源点多源、分散、尘源点空间有限的特殊性，且呼吸性粉尘浓度占总尘浓度的比例超过了60%，研究提出了气雾湿式除尘与除尘罩控尘抑尘相结合的“外闭内抑”粉尘治理方法，从而提高洗煤厂粉尘治理效果。

（4）降尘系统关键设备的研发

针对呼吸性粉尘浓度占比较高的具体情况，研究设计了喷嘴流体有效通过面积加大的气水雾化除尘喷嘴。根据洗煤厂车间内振动筛的产尘特点，研发了振动筛粉尘密闭装置，减少在原煤筛选过程中由于高频振动而产生的细小颗粒物向振动筛外扩散，振动筛粉尘密闭装置可自动或手动开合，满足了振动筛日常检修或更换筛板的工作需求。

图2喷嘴三维网格划分图

图3液体在喷嘴内部运动迹线图

（5）除尘系统工艺参数研究

模拟实验测定了不同水压、气压、不同体积空间相组合的喷雾降尘效率，得出水压0.4 MPa、气压为0.5 MPa时除尘效率最佳，可达95.57%；除尘体积空间为2.0 m3时水压气压喷雾除尘效率最高。

3 主要研究成果

（1）提出“外闭内抑”综合控尘方法

基于洗煤厂车间内尘源点多而且分散的特点，提出了“外闭内抑”的综合控尘方法，即在尘源点处采用密闭控尘与喷雾除尘相结合的方式，将车间内的粉尘控制在尘源点处，减少粉尘向车间内扩散。根据洗煤厂车间内每个尘源处的特点，设置了不同的密闭罩，通过改变除尘罩的体积，获得最佳的降尘效果。

（2）研发了气水雾化除尘喷嘴

基于“气液两相流”理论，研发了气水雾化除尘喷嘴。优化了喷嘴外缘结构，即通过改变唇厚、深入度为和唇宽，改进喷头内部结构，确定唇厚度为2 mm，深入度为0.8 mm，唇宽1.5 mm。使喷嘴具有抗腐蚀、抗堵塞和抗挂料等特性，可以直接使用洗煤厂车间内的煤泥复用水。气水雾化喷嘴所产生液滴粒径接近于洗煤厂车间内的粉尘粒径，增强了对微尘的捕获能力。

（3）洗煤厂振动筛产的密闭

设计制作了一种洗煤厂振动筛粉尘密闭装置，将洗煤厂车间内众多的振动筛逐一密闭，减少在原煤筛选过程中由于高频振动产生的细小颗粒物向振动筛外扩散。该振动筛粉尘密闭装置能够实现自动与手动开合，满足振动筛日常检修或更换筛板的工作需求。

（4）除尘装置自动控制系统的开发

集成开发了洗煤厂除尘自动控制系统，通过自主研发的具有防潮防湿功能的粉尘浓度传感器、自动控制模块、PC机远程控制软件包实现对喷雾除尘系统的自动控制。数据采集传感器外部装有保护壳，可应用于高湿度、小颗粒物料碰撞的密闭环境。

图4气水雾化除尘系统构成示意图

图5马脊梁洗煤厂准备车间气水雾化除尘系统

4 应用效果

大型洗煤厂生产系统粉尘治理技术成果，研发的喷嘴可以满足洗煤厂各种工况的需要，研究设计的喷雾除尘加密闭除尘的综合除尘方式，灵活应用于马脊梁洗煤厂车间内的各个产尘点。经过防腐蚀处理的洗煤厂振动筛粉尘密闭装置满足了日常工作需求，装置结构坚固耐用，在洗煤厂车间内的环境下稳定运行5000小时。除尘系统操作和维护简单，减少了维修人员的工作量。技术成果在马脊梁洗煤厂的应用，大幅度降低了洗煤厂车间内的粉尘浓度，特别是尘源点处粉尘浓度明显下降，有效解决了洗煤厂车间内粉尘浓度高的技术难题，更好地保护了现场工人的身心健康，同时有利于大型洗煤厂的安全生产。

该项目于2020年1月通过了中国煤炭工业协会组织的科技成果鉴定，研究成果为国际先进水平。