選煤廠粉塵在線監(jiān)測與治理技術(shù)

李永梅

0 引言

粉塵是煤礦生產(chǎn)的五大災(zāi)害之一，因此不僅要了解粉塵的污染狀況，還需采取相應(yīng)的降塵措施。適時(shí)監(jiān)測作業(yè)場所的粉塵，不僅能將粉塵濃度控制在安全范圍之內(nèi)，還能提高工人的作業(yè)效率，同時(shí)對煤礦其他產(chǎn)塵場所的防塵工作具有很好的借鑒意義，各個(gè)礦山都對作業(yè)場所的粉塵進(jìn)行了防治和監(jiān)測。粉塵監(jiān)測也是管理人員掌握現(xiàn)場粉塵狀況的重要手段，是塵害防治和科學(xué)管理的重要環(huán)節(jié)。

1 粉塵污染狀況

大同煤礦集團(tuán)公司塔山選煤廠多數(shù)作業(yè)場所全塵濃度和呼吸性粉塵濃度都嚴(yán)重超標(biāo)，尤其2111、2112 兩條皮帶機(jī)尾處污染情況最嚴(yán)重，粉塵濃度130 mg/m3～180 mg/m3，呼吸性粉塵濃度38.5 mg/m3～46.6 mg/m3。

2 粉塵治理方式

粉塵治理方法可分為干式除塵、濕式除塵以及綜合除塵。經(jīng)過各種方法的比較和試驗(yàn)，選用適合塔山選煤廠的氣水兩路噴霧技術(shù)，在2111 與2112 皮帶機(jī)尾安裝噴霧除塵裝置。

氣水兩路噴霧系統(tǒng)主要包括礦用螺桿式空壓機(jī)、儲(chǔ)氣罐、C 級主管道過濾器、T 級精密過濾器、水泵及空氣霧化噴嘴（見圖1）。

圖1 氣水兩路噴霧降塵系統(tǒng)原理

3 粉塵在線監(jiān)測與噴霧系統(tǒng)及參數(shù)的選擇

先在2111 和2112 兩條皮帶機(jī)尾安裝粉塵監(jiān)測與噴霧除塵系統(tǒng)，選用GCG1000 (A)型傳感器，置于現(xiàn)場兩條皮帶機(jī)尾部上方，對粉塵情況進(jìn)行檢測，GKT5 礦用設(shè)備開停傳感器對皮帶電機(jī)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)粉塵濃度超限進(jìn)行噴霧。由于作業(yè)空間粉塵濃度較高，將空壓機(jī)與儲(chǔ)氣罐安裝在室外，信號采集模塊放在空壓機(jī)房中，對現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與變換；信號傳輸模塊置于機(jī)房內(nèi)的防爆箱中，將現(xiàn)場采集信息進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸；上位機(jī)位于監(jiān)控室，安裝監(jiān)控系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。從原煤準(zhǔn)備車間的電源箱中引出380 V 電源，經(jīng)過KJ209-D 型防爆變壓器、防爆電源，為系統(tǒng)各設(shè)備進(jìn)行供電。

3.1 監(jiān)測系統(tǒng)

粉塵監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控部分的主要功能是檢測現(xiàn)場粉塵濃度，將粉塵濃度信息遠(yuǎn)程傳輸?shù)奖O(jiān)控室，可在監(jiān)控室主機(jī)上進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的顯示、報(bào)警、存儲(chǔ)、查詢等，并能夠?qū)ΜF(xiàn)場噴霧設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)啟停，實(shí)現(xiàn)有效噴霧降塵。

正常工作時(shí)，粉塵濃度傳感器測得現(xiàn)場的粉塵濃度并上傳給控制箱，控制箱判斷是否達(dá)到或超過設(shè)定值，如果比預(yù)先設(shè)定的值小，不執(zhí)行任何動(dòng)作；如果滿足條件，將給繼電器一個(gè)高電平信號，使常開型的繼電器閉合，從而打開電磁閥，使水路與氣路暢通，開始噴霧。隨著噴霧的進(jìn)行，粉塵濃度不斷降低，當(dāng)降低至預(yù)先設(shè)定值時(shí)，輸出低電平信號，使繼電器恢復(fù)常開狀態(tài)，從而關(guān)閉電磁閥，切斷水路與氣路，停止噴霧(見圖2）。[1]

圖2 粉塵監(jiān)測系統(tǒng)原理

3.2 噴霧系統(tǒng)

氣水兩路噴霧除塵系統(tǒng)噴嘴噴霧空間見圖1。噴嘴分散安裝在導(dǎo)料槽上方，噴霧空間取決于導(dǎo)料槽的橫截面和長度。為了避免噴霧量過大導(dǎo)致皮帶跑偏，每套噴霧系統(tǒng)設(shè)置3 個(gè)噴嘴，2 個(gè)噴嘴噴射觀察口，1 個(gè)噴嘴噴射導(dǎo)料槽。噴嘴選擇0.5 m～1 m 的半球形區(qū)域作為霧粒比例測定空間。在現(xiàn)場噴霧除塵效果測定時(shí)，測塵點(diǎn)選擇在導(dǎo)料槽兩端擋塵簾附近。[2]

3.3 噴霧系統(tǒng)參數(shù)的選擇

3.3.1 氣壓的選擇

氣壓對噴霧效果影響較大。實(shí)驗(yàn)測試，當(dāng)氣壓在0.1 MPa～0.3 MPa 范圍內(nèi)噴霧效果近似直線迅速提高，超過0.4 MPa 時(shí)噴霧效果提高微弱。水壓過高，對管路系統(tǒng)的要求越高，且產(chǎn)生較大噪聲。因此，水壓保持在0.4 MPa 左右效果最好。

3.3.2 噴嘴孔徑的選擇

不同孔徑噴嘴的噴霧效果不同。正常來說，孔徑越小產(chǎn)生的霧粒越小，噴霧效果越好。但霧粒過于微小，霧粒附著在粉塵上，不足于讓粉塵降落，同時(shí)水分也會(huì)被風(fēng)流帶走和蒸發(fā)，不利捕塵。最佳霧粒直徑0.5 mm～2.5 mm。本項(xiàng)目選擇噴嘴實(shí)現(xiàn)最佳捕塵霧粒粒徑2 mm。孔徑為2 mm 的噴嘴即能使除塵效率高達(dá)99%，且對氣水兩路噴霧系統(tǒng)等設(shè)備要求不高，可行性好。

3.3.2 水流量的選擇

水流量對噴霧效果的影響也是比較大的。根據(jù)方案比較和實(shí)驗(yàn)測試，選擇最佳水流量在0.2 L/min～0.65 L/min 范圍內(nèi)，當(dāng)水流量超過0.65 L/min 后噴霧效果提高微弱，因此保持水流量在0.65 L/min 左右噴霧效果較好。

系統(tǒng)運(yùn)行開始前，現(xiàn)場粉塵濃度較高，超過100 mg/m3。系統(tǒng)運(yùn)行后，首先噴水，然后配合噴霧，噴霧量非常充足，能夠有效對主要出塵的機(jī)尾位置進(jìn)行降塵。經(jīng)過2 min 左右，粉塵濃度降低到19.37 mg/m3，現(xiàn)場環(huán)境良好，沒有明顯的粉塵污染現(xiàn)象；經(jīng)過5 min 左右，粉塵濃度已經(jīng)降低到4 mg/m3的國家標(biāo)準(zhǔn)以下，系統(tǒng)停止噴霧(見表1、表2）。

表1 2111、2112 機(jī)尾治理前粉塵濃度測試

表2 2111、2112 機(jī)尾除塵工程完成后粉塵濃度測試

實(shí)際運(yùn)行表明，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對原煤車間粉塵濃度的遠(yuǎn)程監(jiān)測及濃度超標(biāo)后自動(dòng)啟動(dòng)噴霧降塵系統(tǒng)，有效對噴塵位置進(jìn)行降塵處理，降塵效果良好，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，滿足現(xiàn)場需要。

4 粉塵管理建議

（1）選煤廠煤塵中游離SiO2含量應(yīng)小于5%，人吸入游離二氧化硅的粉塵可引起矽肺。

（2）煤塵易爆炸，要及時(shí)清掃落塵，清掃沖洗地面，防止落塵轉(zhuǎn)變成浮塵，以免發(fā)生煤塵爆炸。嚴(yán)格管理火源與熱源，粉塵濃度極大的場所嚴(yán)禁使用明火。

（3）煤易自燃，應(yīng)盡量縮短煤炭主要滯留環(huán)節(jié)。

（4）簡化破碎篩分的作業(yè)環(huán)節(jié)，減少粉塵源。在篩分作業(yè)中采用大產(chǎn)能、多層篩網(wǎng)的篩分設(shè)備，減少篩分次數(shù)。在運(yùn)輸過程中應(yīng)用密封性能好的運(yùn)輸設(shè)備，可減少物料散落和揚(yáng)塵。減少卸料物流的高差和傾角，盡可能設(shè)置隔離設(shè)施，在保證物料流動(dòng)順暢的前提下降低物料的流速，以減少粉塵的飛揚(yáng)。[3]

[1]侯宇剛，劉增平，崔琛.粉塵在線監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦企業(yè)的應(yīng)用[J].采礦技術(shù)，2006，6（3）：426-428.

[2]王兆喜，江兆利，周長超等.煤礦粉塵在線監(jiān)測及智能噴霧降塵技術(shù)[J].煤礦安全，2008（7）：35-38.

[3]李金剛，孫俊林，潘月軍 等.淺析選煤廠粉塵的抑制方法及防治對策.科學(xué)與財(cái)富，2014（2）：91.