滤筒除尘技术在煤矿储装运洗系统研究与应用

王海珊,李辉兵,冯瑞云

(潞安化工集团 漳村煤矿,山西 长治 046200)

煤矿企业所属储装运洗系统,在产品运输转载过程中普遍会产生大量粉尘,尤其是胶带廊转载落煤点粉尘积聚问题更为突出。粉尘治理普遍面临煤尘爆炸安全风险、环境污染和引发尘肺病等职业危害的现实问题。目前,漳村煤矿洗煤厂有3个原煤胶带廊、1个精煤总胶带廊、2个矸石胶带廊、1个煤泥胶带廊,均采用喷淋降尘。为保证精煤产品水分指标要求,1702精煤胶带廊喷淋系统被迫处于停用状态,严重制约了该厂现场作业环境治理和职业病防治工作。

1 国内外除尘技术现状概述

随着国家对职业病防治和环境保护一系列政策和法规的出台,对储装运洗系统粉尘治理刻不容缓。目前,国内储装运洗系统主要依靠自然通风排尘、喷雾洒水降尘和布袋除尘器除尘,但是呼吸性粉尘的含量依然不能得到有效控制,老旧降尘设施均未达到国家相关颗粒物排放要求。根据除尘方式的不同,主要分为湿式除尘和干式除尘两类。对比而言,湿式除尘的除尘效率低且除尘量小,除尘效果一般;干式除尘的除尘效率高且除尘量大,除尘效果极佳。

随着国际、国内除尘技术的不断发展,逐渐推出了一系列新型的除尘技术。其中,使用滤筒除尘器进行抽气净化就是最为有效的一种,而且其应用效果得到了社会的一致认同,滤筒除尘器最早由美国的唐纳森公司研发,以新型的滤筒为滤料,具有体积小、使用便捷、管理简单、阻力低、效率高、性能高、结构紧凑等优势。有学者认为应用了上百年的袋式除尘器将会被新一代滤筒除尘器所取代。

2 主要研究内容

2.1 项目研究实施路线

1) 调研、分析国内外除尘工艺发展及使用现状,确定项目研究方向,拟采用箱体进气,经导流装置后,含尘气体均匀进入滤材过滤。粉尘经拦截后落入卸灰装置,经脉冲自动控制实现清灰。净化后的气体经净气室进入烟囱实现达标排放。

2) 进行项目理论实验及认证,确认方案可行性。经试验发现,在进口质量浓度<10 g/m3,温度小于60 ℃,喷吹压力介于0.4～0.6 MPa时,滤筒褶皱形状设计不仅可有效提高过滤能力,且对微米级粉尘过滤效率可达99%,满足当地环保排放要求。

3) 进行滤筒材质选择实验,决定采用创新型聚酯纤维滤筒(覆膜工艺)进行精煤粉尘收集处理。可实现滤材的重复清洗利用,延长滤材使用寿命。

4) 研发设计滤筒除尘主体部分,确定采用锥形下箱体设计,利用设备清灰,卸灰口加插板阀控制,便于日常维护。

5) 测试滤材喷吹压力合理区间,确定喷吹压力为0.4～0.6 MPa;测试不同滤筒分部情况下设备的处理效率及风阻,最终确认滤筒采用顶抽式设计,单支滤筒设置对应的喷吹管路,完成系统主机制作。

6) 完成滤筒除尘系统箱体各部分制作。

7) 进行系统安装调试。①滤筒除尘系统主机安装,清灰控制系统调试;②除尘系统管道等辅助设施安装;③除尘系统调试和检测。

2.2 工作原理研究

含尘气体由风管引入除尘器后,由于气流断面突然扩大,气流速度减小,其中颗粒粗大的尘粒,在重力和惯性力的作用下沉降于集尘灰斗内;粒度细、密度小的尘粒进入过滤室后,通过布朗扩散、筛滤、碰撞、钩挂、静电等综合效应,使粉尘被沉积在滤料表面,而被净化后的气体进入净气室,由排风管经风机排出。

2.3 滤筒除尘器结构研究

脉冲式滤筒除尘器主要由清灰系统、滤筒和箱体3部分组成。上箱体为净气室,内部设置有喷吹管;侧边装有控制箱和脉冲清灰系统,脉冲清灰系统包括气包、电磁脉冲阀、压缩空气过滤减压两联件、球阀等。下箱体为尘气室,内部装有滤筒;进风口位于设备顶部,经内部风道与下箱体相通。底部设置有灰斗,灰斗用于及时排出滤筒除尘器收集的粉尘。除尘器上面设有检修门,用于检修上箱体和下箱体内喷吹管和滤筒等。

图1 工作原理

图2 除尘器外形图(单位:mm)

2.4 除尘方案设计

1) 粉尘治理场所选择:通过储装运洗系统粉尘治理现状诊断和扬尘点准确研判,治理场所选择确定为1702精煤胶带廊。

2) 除尘吸入点优化设置:针对1702精煤胶带3个落煤点:精块、末精、浮精,落煤点扬尘严重,设置3个吸尘点。

3) 除尘工艺参数设定:开展吸入管径与风量、风速、风压等参数匹配试验,确定除尘工艺参数,进一步优化除尘方案设计。

2.4.1 风管及集尘罩设计

风管路径采取低阻力设计,避免长距离的水平管道布置,尽量减少弯管。风管根据工况进行相应的防腐及保温处理。风管系统的适宜部位可装设阀门,管道采用法兰连接,连接处设置密封垫。

2.4.2 风量和风压的选择

风机风量为除尘器处理风量的1.1～1.15倍,压力取系统阻力的1.2倍。

2.4.3 过滤风速的选择

过滤风速的高低,主要取决于粉尘性质,及进入除尘器的气体含尘质量浓度大小,一般可参照下述进行确定:

入口处含尘质量浓度≤30 g/m3,过滤风速≈1 m/min;入口处含尘质量浓度≥30 g/m3,过滤风速≈0.5 m/min;

对于比重比较轻,粒度小的粘性粉尘,如滑石粉、碳黑、烟尘、飞灰等粉尘的过滤风速要相对低一些。

2.4.4 喷吹参数的选择

喷吹时间(脉冲宽度)一般为0.08～0.15 sec.

喷吹间隔(脉冲间隔)可参照下列参数:气源压力≥0.4 MPa;过滤风速V≤1 m/min, 入口处气体含尘质量浓度C≤15 g/m3时,喷吹间隔为20～25 s;过滤风速V≤1 m/min,入口处气体含尘质量浓度C≥15 g/m3时,喷吹间隔为10～20 s.

4) 方案前置条件:为提高吸入点粉尘收集除尘效率,实施落煤点封闭工程。

3 应用效果论证

3.1 经济效益分析

投入设备成本30万,使用年限15 a,每年增加设备投入2万。滤筒除尘器采用兼岗巡查、定期清理管理模式,增加清煤工一人,按工资每年8万元/人,每年增加人工费8万元。减少胶带廊人工清理煤尘,按每日清煤工3人,工资每年8万元/人,每年可节约人工费24万元;该滤筒清灰系统可回收精煤50 kg/日,每年回收精煤增加效益3.6万元(12月×30日/月×50 kg/日×精煤2 000元/1 000 kg);滤筒除尘滤材消耗较布袋除尘节约:2.2万元/3 a(滤材315 m2,布袋除尘滤材50元/ m2,使用寿命1 a,滤筒除尘滤材80元/ m2,使用寿命3 a)。每年创造经济效益18.3万元。

3.2 应用前后效果对比

新除尘系统调试运行正常后,1702精煤胶带廊3个落煤点扬尘现象得到明显改善,9月、10月、11月对扬尘点进行了粉尘检测,与应用前相比呼吸尘均小于2.5 mg/m3,全尘均小于4 mg/m3,均符合AQ1010-2005《洗煤厂安全规程》规定。

3.3 主要研究结论

1) 借鉴了国内外先进的除尘技术,研究应用了煤尘治理领域新型前沿技术。该科研项目借鉴美国唐纳森公司干法除尘新型技术,以新型的聚酯纤维滤筒为滤料,设计采用了先进的覆膜工艺,具有阻力低、除尘效率高、结构紧凑、水洗性能好等技术优势。

2) 形成了一定的发明点和创新点。研发应用的锥形下箱体和脉冲压缩空气清灰装置,具有一定的创新性。

表1 1702精煤胶带廊粉尘检测数据对比

3) 设计了储装运洗环节粉尘高效治理最佳方案。针对国内储装运洗系统广泛选用喷雾除尘、布袋除尘等常规除尘方案,有效规避了喷雾影响产品水分、布袋除尘系统复杂和效率低的缺点,设计了除尘效率高、阻力小、水洗性能强、过滤风速和入口质量浓度范围广得滤筒除尘方案。

4) 项目取得了良好的经济效益和安全效益。研发的高效脉冲清灰系统可回收精煤,且效益可观;滤筒滤材可清洗、寿命长,较国内普遍采用布袋除尘器,具有材料损耗小、维护工作量小等优点。高效的除尘效率,有效预防了煤尘爆炸风险,也提升了职业病危害防治水平。

5) 新型滤筒除尘技术在环保治理领域具有一定推广应用价值。研制应用的滤筒除尘系统,经工业试验和第三方检测,除尘效率达到95%以上,作业场所呼吸尘和总尘指标均符合《洗煤厂安全规程》规定,排放物固体含量在30 mg/m3以下,满足环保要求。

3.4 研究改进方向

该项目通过在漳村矿洗煤厂精煤胶带廊的研究和应用,为使滤筒除尘技术在储装运洗系统进一步有效推广应用,研究和改进的方向主要有以下几个方面:

1) 进一步优化除尘工艺。储装运洗系统粉尘治理现状诊断和扬尘点准确研判,进一步优化除尘吸入点合理设置;开展吸入管径与风量、风速、风压等参数匹配试验,进一步优化滤筒除尘器设计。

2) 进一步研制新型核心滤材。纳米级聚酯纤维滤材研发改进涂层材质,过滤精度由0.3 μm提高到0.1 μm.