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仓顶式布袋除尘器在地面煤仓粉尘和瓦斯综合治理中的应用研究

文章作者:九州环保   发布时间:2019-03-08
随着我国煤炭开采技术水平的不断提高,单矿井煤炭产量大幅度提高,地面煤仓的仓容体积也随之不断加大,煤炭地面储存成为从井下开采到地面加工、洗选、销售过程中的一个重要环节,煤炭

 针对矿井地面煤仓在入仓、放仓以及日常储煤状态下,因仓内粉尘和瓦斯积聚,致使浓度超限,存在严重安全隐患,而常见治理措施存在高能耗、低可靠性、排放不达标等问题,对矿井地面煤仓内粉尘、瓦斯产生的原因以及现有处理技术措施进行了分析,提出仓顶袋式除尘器系统对仓内粉尘、瓦斯进行综合治理。在实际工程应用中有效控制了矿井地面煤仓内粉尘、瓦斯浓度,排放标准达到环保要求,取得了良好的经济和社会效益。

随着我国煤炭开采技术水平的不断提高,单矿井煤炭产量大幅度提高,地面煤仓的仓容体积也随之不断加大,煤炭地面储存成为从井下开采到地面加工、洗选、销售过程中的一个重要环节,煤炭地面储存方式大多为圆筒形煤仓储存,煤炭仍向封闭的地面煤仓释放大量瓦斯,特别是一些高瓦斯矿井,煤仓瓦斯积聚超限现象时有发生;煤炭在入仓、放仓过程中产生大量粉尘,一方面,呼吸性粉尘吸入肺部可引起尘肺病,严重影响工人的身体健康,另一方面,粉尘都具有爆炸性,当粉尘颗粒达到一定浓度时会引起爆炸,严重威胁着及洗煤厂的安全生产,威胁着工人的人身安全,给工作环境和生活环境带来极大的危害。煤仓内粉尘和瓦斯的治理问题日渐突出,并时有此类事故发生。国内各洗煤厂大都采取了相应措施,例如,淮南矿业(集团)有限责任公司望峰岗选煤厂工程技术人员经过现场勘察,在煤仓顶安装一台隔爆轴流式风机,向煤仓内灌入大量空气,在原煤仓顶部安装一个630mm、高12m的瓦斯排放管;也有企业采用轴流风机机械抽排风的措施;晋城矿业集团有限责任公司成庄矿洗煤厂采用仓壁开孔、加装自然通风管和优化通风管路等技术手段解决仓内瓦斯集聚问题。对于煤仓内粉尘的治理这多采用安装导料槽,落料点密闭,配合除尘器机械除尘方式措施,或采用对扬尘点进行喷雾的方式实现粉尘的治理和无组织排放。
上述针对煤仓内瓦斯和粉尘的治理措施在运行过程中都取得了较好的效果,但仍然存在能耗高、可靠性差、气体排放不达标等问题,特别是瓦斯抽排过程中,废气携带大量粉尘直接排入大气,且煤仓一般位于厂区内显著位置,严重影响环境和文明生产形象。所以在煤仓粉尘和瓦斯治理方面仍有待进一步研究、应用和推广。
1.煤仓内粉尘及瓦斯产生原因分析
经多座选煤厂的调查反映,煤的外在水分大于7%时,很少有煤尘产生,另外,从《煤炭工业矿井设计规范》、《煤炭工业选煤厂设计规范》执行多年来的情况看,按此指标设计能够符合环境保护要求。因此,以外在水分7%作为设计除尘装置的分界线。在实际生产中,大多数煤炭进开采出地面后,在输送过程中水分流失,外在水分一般在7%以下,易产生扬尘。煤炭经胶带运输上仓,再由配煤胶带直接落入仓内,物料量大,落差大,在进仓过程中仓内空气受到挤压向上流动,与下落的物料相对冲,使物料散化,物料落入仓顶产生冲击气流也随之上升,随着仓内物料增多,仓内气压升高,大量含尘气流从卸料口向外涌出,因此煤仓内成为最严重的产尘点之一。
另外,煤炭在从地下开采出来以后,特别是透气性差,瓦斯吸附能力强的煤种,仍会不断释放吸附状态瓦斯,在仓内储存过程中,瓦斯不断在储煤位与仓顶之间的空间内积聚,极易浓度超限,或从落料口排入仓顶建筑内,造成安全隐患。
2.现有技术措施的不足
针对煤仓内粉尘和瓦斯的治理,现阶段大部分采用的都是安装机械通风机,强制性的将仓内粉尘和瓦斯抽出排放,同时还装设瓦斯监测监控系统、瓦斯电锁闭、风电锁闭等保护,或者采用粉尘治理和瓦斯治理两套系统,分别独立运行,这些措施有效控制了事故的发生,但仍存在问题。
(1)通风机长时间不间断运行,难免会发生故障,系统可靠性不强,检修期间若瓦斯及粉尘浓度超限,系统重新启动时存在安全隐患。
(2)仓内粉尘经通风机抽出后,未经过滤处理,直接排入大气,排放浓度不达标,容易造成环境污染,且排放口一般都位于项目显著位置,严重影响整体环保形象和文明生产,该问题在现有运行系统中最为突出。
(3)风机不间断运行,电能消耗较大,不节能,且噪音大,影响周边环境。
(4)双系统治理措施系统复杂,投入较高,且有时2套系统还存在相互干扰,达不到理想效果。
3.仓顶式布袋除尘器治理粉尘瓦斯措施
针对系统中存在的问题,考虑利用仓顶式布袋除尘器来对仓内粉尘和瓦斯进行同时治理,达到安全、稳定、高效、环保的目的。
3.1袋式除尘器除尘原理
布袋除尘器除尘原理运用过滤机理,是重力、筛滤、惯性碰撞、吸附效应和扩散与静电吸引等各种力的综合效应。当含尘气流经滤料时,比滤料空隙大的粉尘颗粒,在重力作用下沉降,或在惯性作用下被滤料挡住;比滤料空隙小的微粒,由于和滤料发生碰撞或被滤料纤维吸附,停留在滤料表面和空隙中,并形成附着在滤料上的一次尘,用来过滤后来的二次尘,即用粉尘过滤粉尘,从而提高除尘器的除尘效率。布袋除尘器的除尘过滤原理如图1所示。在此过程中,瓦斯气体随气流一并排出。
3.2综合治理粉尘瓦斯措施整个系统主要由有害气体检测系统、仓顶袋式除尘器、防爆式风机、放空管及风帽组成。
煤仓内瓦斯及粉尘大量聚集在仓体顶部,仓顶落煤口面积有限,不利于自然排出,所以在仓顶结构允许位置预留仓顶袋式除尘器安装位置,除尘器与仓体预留口做密闭处理,放空管通至室外。系统运行时,仓内瓦斯及粉尘一起从除尘器底部进风口进入,含尘气体通过除尘器内滤料过滤后,经防爆式风机排出,除尘效率≥99%,排气达到国家排放标准;滤料上的积尘,在仓内瓦斯和粉尘浓度正常的情况下,定期进行清理。
防爆式风机安装于仓顶合理位置,或与除尘器集成安装,风机风量按照煤仓容积每小时换气0.5~1.0次计算,风压按克服整个系统阻力计算,并留有一定余压;除尘器选型按照风量计算,滤料过滤风速为2.0~3.5m3/min。风机可与除尘器集成布置,也可安装在屋面或室内楼板上,风机安装做减震处理;风机控制系统与煤仓生产系统和有害气体安全监控系统联动,也可单独控制;物料进仓时,除尘器与胶带输送系统同时工作,不配仓时,除尘器与瓦斯传感器联动控制,瓦斯浓度达到设定限值时,除尘器风机启动,达到安全值时系统停止运行,便于日常管理。
仓内保持负压状态,煤炭入仓时,室外空气通过落料口随煤炭一起进入,及增加了仓内新鲜空气量,又减少了落料点的扬尘产生。在条件允许的情况下,仓顶可设备用系统,当一套系统检修时,另一套系统可正常工作,更加提高系统的安全可靠性。
4.应用实例
该技术已广泛应用于矿井、选煤厂仓储系统中,取得了明显的社会经济效益。其中山西潞安集团李阳煤矿选煤厂设计年洗选能力1.80Mt/a,选煤厂设置一座直径22.0m原煤筒仓,仓体高度27.8m,设计储煤力能10kt。煤仓上部设两条原煤配仓胶带,仓下采用带式给料机排料,仓顶设置4个落料口。原设计中,在仓顶设有两台FBDC抽出式局部通风机,单台风量245~380m3/min,单台耗电功率11kW,运行后,仓内瓦斯浓度一直保持在正常水平,但风机排风口粉尘浓度较大,达不到排放要求,对该项目进行改造后,将原有通风机拆除,更换为2台LNGM-CD型仓顶脉冲袋式除尘器,单台处理风量6800m3/h,风机采用防爆风机,单台耗电功率4kW。投入运行后,仓内瓦斯浓度保持正常水平,排风口粉尘浓度大幅降低,达到环保排放要求。
该技术在诸多项目应用中有以下优点:
(1)煤仓内瓦斯浓度得到有效控制,且粉尘排放浓度达到国家相关规定要求,大幅增强了矿井的安全生产保障。
(2)系统运行时间大大缩减,机械损耗和电力成本大为降低。
(3)由于风机运行时间缩短,也会减少由于风机故障(如叶片变形、松旷导致的摩擦火花等)引发的瓦斯和粉尘事故。
(4)日常维护、定期检修成本下降。
(5)安全效益,该系统为积极主动型系统,以预防为主,超标报警即时处理为辅,最大限度地杜绝了瓦斯和粉尘超标事故的发生。
(6)环境效益,场内的粉尘经除尘器过滤,除尘效率≥99%,排气达到国家排放标准;落料口为负压区域,杜绝扬尘扩散到仓顶建筑人员作业区域,保证了工人的职业健康安全。
5.结语
仓顶式布袋除尘器综合治理粉尘瓦斯系统具有安全可靠,安装施工简单等优点。煤仓瓦斯和粉尘得到同时治理,一方面使仓内粉尘瓦斯浓度低于安全限值,另一方面使气体排放含尘浓度满足大气污染物排放标准。风机控制系统与煤仓生产系统和有害气体安全监控系统联动,也可单独控制,便于日常管理,值得各煤炭企业大力推广。随着煤仓安全技术的不断发展及新技术的出现(如煤仓充氮惰化技术、煤仓安全防爆技术等),仓顶式布袋除尘器综合治理粉尘瓦斯系统应有针对性的进行适当调整,使其更具普遍适用性。
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