萬噸儲煤倉下除塵系統管路改造分析

李育峰

(西山煤電集團 西銘礦選煤廠， 山西 太原 030052)

煤炭的轉運存儲歷來面臨比較嚴峻的煤塵污染問題。占煤塵總量15%～40%的細小顆粒分散度高、粒徑小、比表面積大、吸附力強，沉降速度慢。在作業崗位環境氣流的擾動下，長期懸浮于空氣中，容易被吸入人體肺部，嚴重危害人體健康；并且煤塵聚集達到一定濃度時，遇到高溫火源易造成煤塵爆炸事故，給安全生產帶來威脅[1-2]. 國內學者對煤粉塵治理進行了大量研究，武芳冰[3]根據氣固兩相流動原理運用稠密流方法，對選煤廠粉塵運動規律進行了深入研討，得出了轉載點產塵機理為沖擊波壓降誘導風是產塵的動力源相關理論。李剛等[4]進行了旋流帷幕除塵器的機理分析與試驗研究，該除塵器除塵效率達到99.8%.這些研究成果為現場治理煤塵提供了有力的技術支撐。西銘礦選煤廠萬噸儲煤倉于2009年投入使用，采用在給煤機簸箕部位安裝落煤密閉罩和導料吸塵罩，并與負壓誘導(抽風)相結合的方法進行粉塵治理。目前，除塵系統除塵效率低，必須對其進行改造優化。

1 除塵效率低的原因分析

1.1 原因分析

西銘礦選煤廠萬噸儲煤倉下產塵的主要部位是給煤機落煤受料口和膠帶輸送機轉載溜槽等處，其起塵原因主要有以下幾方面：

1) 原煤水分低至3%左右，微細顆粒在開采、運輸破碎等環節易從粗顆粒上脫落，分離出來形成粉塵，增加了粉塵量。

2) 噴霧除塵設施年久自動化程度低，故障率高；除塵系統管路破損銹蝕嚴重，存在漏風現象，捕捉粉塵降塵效果較差。

3) 給煤機溜槽落煤高度過大，加大了煤塵分散程度。

4) 除塵管路設計不合理，3個萬噸儲煤倉共用一趟主管路所接吸塵點多，管道布置直角拐彎多，傾斜管道未設置檢修清理積塵窗口，設備長時間運行后含塵氣體流通阻力大、抽風效能差，使得煤粉沒有在給煤機卸料處得到最有效處理。

1.2 管道除塵風速測試

3個萬噸儲煤倉為一字排列的獨立倉，筒倉直徑、高度、工藝布置等都相同，以2號倉為例進行分析，2號倉下配置4臺給煤機，每臺給煤機根據皮帶寬度和現場實際統一配置了規格(長1.4 m×寬1.4 m)相同的吸塵罩。采用中速表、高速表實測除塵系統不同部位的風速，具體數據收集計算分析如下：

1) 使用中速表分別以4臺全開、關2臺開2臺、關3臺開1臺方式實測吸塵罩風速數據(中速表校正曲線a=0.9，b=0.01).

a) 4臺全開狀態。

給煤機皮帶吸塵罩：V1=0.27 m/s；V2=0 m/s風表葉輪偶轉/不轉無讀數；V3=0 m/s風表葉輪偶轉/不轉無讀數；V4=0.28 m/s.

b) 關2臺開2臺狀態。

給煤機皮帶吸塵罩：V1=0.61 m/s；V2=0.47 m/s；V3=0.46 m/s；V4=0.61 m/s.

c) 關3臺開1臺狀態。

給煤機皮帶吸塵罩：V1=1.06 m/s；V2=1.12 m/s；V3=0.83 m/s；V4=1.14 m/s.

此狀態下罩內才感覺到明顯的風量，通過現場試驗表明皮帶受料運輸在此狀態下除塵有效。基于吸塵罩口風速取法經驗值范圍要求，結合現場實際效果，吸塵罩內最小吸入速度取值1 m/s.

2) 使用高速風表測4臺吸塵罩全開狀態下各罩抽風管口內吸風量(高速表校正曲線a=0.97，b=0.07).

現場收集數據時倉下4臺給煤機每臺測3次，每次計時60 s內，取高速風表3次所測數據均值，依次可得N值。

式中：

Q—風量，m3/min；

V真—實際風速，m/s；

a—校正常數，決定于風表的構造尺寸，取0.97；

b—表明風表啟動初速度的常數，決定于風表的慣性及摩擦力，取0.07；

N—3次測風表刻度盤讀數的平均值，m/min；

t—測風時間，s，一般取60；

S—管路橫截面積，m2；

d—管路直徑，m，取0.273.

實測4臺給煤機的N值分別為242 m/min、212 m/min、250 m/min、350 m/min. 由上述公式可得：

第1臺：V真1=3.98 m/s；Q1=14 m3/min

第2臺：V真2=3.5 m/s；Q2=12 m3/min

第3臺：V真3=4.11 m/s；Q3=14 m3/min

第4臺：V真1=5.73 m/s；Q4=20 m3/min

現4臺吸塵罩全開運行，吸塵管入口總風量3 600 m3/h.由現用的除塵器技術參數可知，風機額定風量處理量為25 000～30 000 m3/h，按通風效能75%折算，末端總風量至少應為18 700 m3/h，由此可見管道除塵風速均達不到規范要求，管道總阻力過大，造成典型的“大馬拉小車”現象。

2 改造方案

2.1 除塵工藝

目前使用的是氣箱脈沖袋式除塵器，與之配套的是45 kW防爆離心風機(風量25 000～30 000 m3/h、風壓2 540 Pa)，其綜合分室反吹和噴吹脈沖清灰各類袋式除塵器的優點，克服了分室反吹清灰強度不夠、噴吹脈沖清灰和過濾同時進行的缺點，提高了收塵效率，延長了濾袋的使用壽命，又不會產生二次污染。現階段，該工藝較先進，除塵器能正常使用，故不更新除塵器。

萬噸倉下輸煤系統除塵工藝流程見圖1，分為含塵氣體收集部分、含塵氣體處理部分及粉塵回收部分。

圖1 除塵工藝流程示意圖

2.2 管路選型

1) 除塵器管道風速分析。

基于吸塵罩口風速取法經驗值范圍，結合現場實際效果，吸塵罩內最小吸入速度取值1 m/s. 除塵器風管直徑選型時要考慮到管道內的最低流速，這一流速主要取決于濾袋處理粉塵的性質和管道的傾斜情況。風速的選擇應根據粉塵的密度，一般在10～20 m/s，同時除塵器系統的管道都應盡量避免采用水平的管道，實在無法避免時，風速應取值稍大一些，一般除塵器管道風速不小于17 m/s.

2) 排風量的確定原則。

一般情況下，吸塵罩的排風量主要由被運動物料帶入吸塵罩內的空氣量與吸塵罩不嚴密處吸入的空氣量兩部分構成[5]. 在實踐應用中，由于工作特點和吸塵罩設備加工樣式的不同，無法統一計算。采用較常用的按截面風速計算排風量公式計算：

Q=3 600AV

式中：

A—吸塵罩有效凈截面面積，m2；

V—控制風速， m/s，取1；

Q—吸塵罩的排風量，m3/h.

凈截面面積為罩橫截面積與管的橫截面積之差，即：

Q=3 600AV=6 840 m3/h

由此可得，吸塵罩4臺全開情況下，最優除塵效果理論值6 840×4=27 360 m3/h，小于風機的額定值30 000 m3/h，說明現有的吸塵罩大小能夠滿足要求，只需把銹蝕破損嚴重的罩更新。

3) 風管布置原則。

除塵管路在傾斜管道低處尾部設置清掃口，防止積塵；管道彎頭的曲率半徑以取管徑的1.5～2.0倍為宜；管道漸擴管和漸縮管的擴張角以10°～20°為宜。

風管管徑的確定：

圓形除塵管道的直徑確定公式為：

式中：

Dn—除塵管道直徑，mm；

Q—除塵管道內風量，m3/h；

Vg—除塵管道內風速，m/s，取17.

由除塵技術規范可知，煤塵除塵管道內要求的最小風速為：垂直風管11 m/s，水平風管13 m/s. 管道內最大風速在16～20 m/s. 萬噸2號倉下除塵系統平面布置示意圖見圖2，圖中1管路水平傾斜布置，下接距除塵風機最遠端吸塵罩，上接2管路末端；2管路水平布置，末端接2、3吸塵罩支管，首端接3管路末端；3管路水平傾斜布置，末端接1、4吸塵罩支管，首端接4管路尾部；4管路為倉外緩傾斜布置。所有主、支管接口和拐彎都在施工中做了弧度處理。

圖2 萬噸2號倉下除塵系統平面布置示意圖

以2號倉下為例計算管路直徑：

取Dn1=373 mm，則風管中的實際風速為：

取Dn2=530 mm，則風管中的實際風速為：

取Dn3=750 mm，則風管中的實際風速為：

4管路：由圖1可知，4管路和3管路理論風量值相同，取Dn4=800 mm，則風管中的實際風速為：

因此，4管路風速在除塵技術規范的合理區間，故原有倉外D=800 mm風管符合要求,可利用不做更改。

3 管道壓力損失計算

通風管道的壓力損失計算是為了確定各管段的管徑和阻力，保證系統內達到要求的風量分配。

式中：

h摩—摩擦阻力，Pa；

α—摩擦阻力系數參考經驗值，管=0.025 kg/m3；彎頭=0.011 kg/m3；閘板=0.02 kg/m3；收縮段=0.04 kg/m3；

L—管道長度，m；

U—管道截面周長，m；

S—管道截面面積，m2;

Q—管道風量，m3/h.

根據現場實際布置，L1=6 m,L2=11 m,L3=2 m,L4=20 m.

總管路考慮10%的局部阻力，取值1.1，h摩=(h摩1+h摩2+h摩3+h摩4)K=1 366 Pa，小于風機的額定風壓2 540 Pa.

綜上所述，確定風管管路1、2、3的管路直徑分別為373 mm,530 mm,750 mm，無論根據吸塵罩內最小吸入速度1 m/s計算的理論吸風量4臺總和還是以管道優化風速選型的管道直徑計算的最長沿程阻力，均小于風機每小時處理風量和風壓，選型可用。改造前后除塵管道直徑對比見表1.

表1 萬噸2號倉下除塵管道選型比對表 mm

4 應用效果

除塵系統改造完成投入運行后可靠穩定，倉下空間的粉塵降低，從2019年9—11月經過專業檢測效果看，粉塵濃度由150～200 mg/m3降到8 mg/m3以下。

5 結 語

西銘礦選煤廠除塵系統除塵效率低，分析其原因為管道阻力過大，提出對管路進行選型改造，改造后，每個倉4臺給煤機除塵罩內吸風量都滿足除塵要求，粉塵濃度由150～200 mg/m3降到8 mg/m3以下，除塵效果良好。建議在設計除塵系統時，管路通風量應與除塵設施處理量相匹配，同時在管路布置時，盡量減少直角拐彎，并在傾斜管道上設置檢修清理積塵窗口。