動力煤選煤廠粉塵綜合治理措施

廉 凱，郭 磊

(神華準格爾能源有限責任公司 選煤廠，內蒙古 鄂爾多斯 010300)

我國是一個煤炭生產大國，煤炭資源豐富且成為國民經濟發展的重要支柱產業，但近些年，能源結構的變化，要求煤炭生產企業由粗放型生產向安全、高效生產方向轉變。2018年，煤炭市場雖有所好轉，但產能過剩的情況依舊存在，尤其動力煤生產企業的經營依然面臨較大壓力。如何提高煤炭企業安全、環保管理水平，降低生產、經營風險，已成為煤炭企業面臨的一個重要課題。選煤廠原煤破碎、篩分及洗選過程中的主要污染物是煤炭粉塵顆粒物，同時也是導致煤炭洗選加工作業現場以及造成周邊環境污染的重要因素。粉塵治理一直是選煤廠安全生產、文明生產中的重點和難點。因此，煤塵治理需結合選煤廠生產工藝、入洗煤的性質等實際情況，采取有效的防塵、降塵措施。

1 粉塵的危害

我國近些年工業在迅速發展的過程中，一定程度上忽略了對環境的保護，造成了環境的惡化，粉塵顆粒物也是造成環境問題的主要污染物之一。煤礦五大自然災害其中之一就包含粉塵顆粒物，粉塵污染是煤炭行業環境防治工作的重點。煤塵給煤炭生產企業員工和企業的安全生產造成極大危害：首先，煤塵污染的作業環境嚴重危害煤炭生產企業員工的身體健康，可造成塵肺病。煤礦粉塵顆粒物特有的性質決定了其具有非常大的危害性，容易誘發職業病塵肺病；其次，粉塵顆粒物進入機械運轉部件內部，加速機械設備磨損，使精密儀器損壞，甚至因煤塵濃度積聚導致爆炸事故的發生。因此，控制煤炭采掘及洗選企業粉塵的產生，對于確保從業人員身體健康、預防事故的發生尤為重要[1-2]。

2 煤塵產生原因

(1)原煤經露天開采后水分散失較大，大塊煤表面粘附的微細顆粒物在生產運輸過程中脫落，導致微細顆粒物分離出來形成粉塵。

(2)普通噴淋灑水裝置的水流與煤流運動不同步，噴水量不能及時進行調整，導致降塵效果不夠明顯。

(3)現使用的布袋式機械除塵器系統除塵能力有限，設計不夠合理，引風能力不足，漏風嚴重，且不能形成合理的流場，導致含塵氣體不能按預定密閉通道流動，造成粉塵在整個篩分破碎車間間的擴散與沉降。

(4)包括轉載點在內的主要煤塵起源點沒有安裝相應的降塵或除塵設施。

(5)大部分出入料溜槽落差過大，溜槽內未設置緩沖區，導致撒煤或皮帶跑偏時，加大了煤塵飛揚程度。

3 粉塵產生區域

大量煤塵是在原煤分級篩振動、破碎、膠帶輸送機轉載過程中產生。實際生產中較難對地面、設備、廠房結構表面積聚的煤塵進行及時、徹底的清理，由設備振動等原因引起的二次揚塵非常嚴重，從選煤的具體加工工序說，以運輸、破碎、粉碎、篩分等環節產生粉塵最多。其原因有：來煤外水量低(當煤的含水量低于8%時，煤塵飛揚嚴重)；個別原煤分級篩、破碎機所安裝的除塵設備處理能力較小，不能有效的控制粉塵；膠帶輸送機轉載點地面、膠帶輸送機棧橋鋼結構件和一些電纜橋架等衛生死角煤塵堆積，并產生二次粉塵飛揚；膠帶輸送機運行不正常(跑偏、密閉不嚴)也會造成膠帶灑煤起塵。通過分析可以得出結論，各膠帶輸送機轉載點落煤會產生的大量的揚塵，其次是煤炭洗選加工設備本體密封性能差，導致粉塵外溢及輸送機轉載點、棧橋地面和一些衛生死角的煤產生二次粉塵飛揚。經過對選煤廠主要煤塵起源點及其分散情況進行實際查看，起塵點主要分布在毛煤緩沖倉、篩分破碎車間、膠帶輸送機轉載站、產品煤倉及裝車站等地點。

4 煤塵防治原則及方式

4.1 煤塵防治原則

(1)抑制煤塵產生，提高破碎站原煤水分，減少原煤中能被塵化的微細粒含量。

(2)煤塵擴散降低，用微米級噴霧灑水裝置，可使形成的煤塵或浮游煤塵從空氣中沉降，沉降率可達9%以上。灑水裝置可采用水和水汽混合等方法，如干霧抑塵裝置。

(3)除塵設備使用機械式除塵器除塵，是目前應用比較廣泛的一種方法，即局部通風除塵方法。機械式除塵器是利用各類集氣罩捕收塵源處含塵氣流，送至除塵器凈化后排空。

(4)防塵作業時，工作人員要配帶防塵罩，提高自身防護意識。

(5)不定點噴霧，在膠帶輸送機溜槽上方安裝壓力軟管嘴，隨機行走噴霧降塵，在末煤煤倉上方安裝壓力軟管噴霧降塵，隨移動皮帶移動噴霧。

4.2 控制煤塵產生的方式

(1)當原煤含水量小于8%時，為控制水量加濕外來煤，可在膠帶輸送機轉載點處設置干霧抑塵噴水裝置，可較大降低篩分廠房、輸送機轉載點的煤塵污染。

(2)當帶式輸送機轉載煤炭產生煤塵時，采用機械式布袋除塵器負壓排風控制塵源，除塵器與膠帶輸送機聯鎖控制，除塵器延遲15 min退出運行。

(3)當轉載通風不良時，采用離心風機加強排塵風速、風量。

(4)對各轉載點無除塵器的塵源處用噴霧灑水定點噴霧，在所有原煤和末煤膠帶輸送機的頭、尾部安裝適量的噴水嘴，使其形成水幕，從不同角度噴霧降塵。

5 傳統除塵降塵措施

5.1 除塵方式

黑岱溝選煤廠投產后，當初的粉塵治理主要是針對篩分破碎車間。采用旁插扁布袋除塵器和防爆離心通風機相結合的方式。該除塵裝置布置不合理，管網結堵嚴重，設計風量不能有效吸塵，龐大的管網系統和安裝在地面的除塵器占據了巨大空間，且給設備檢修、物料運輸等都帶來了不便。

根據粉塵分布特征，選擇微負壓除塵方式。對膠帶輸送機，采用雙密封弓形導料槽結合復膜扁袋除塵器進行治理。安裝在膠帶輸送機上，且由導料槽、擋塵簾所形成的密閉空間，可在皮帶運轉時對粉塵完全控制。通過合理布置導料槽長度，使絕大部分大粒徑粉塵自然沉降落回皮帶。安裝在導料槽出口的除塵器，對整個密閉空間進行微負壓抽風處理。對于篩分機機體與篩子防塵罩的縫隙，采用專門設計的伸縮橡膠密封帶進行密封，結合除塵器進行治理，確保整個防塵罩內的微負壓狀態。除塵器出口風滿足排放標準，就地排放在室內，不影響室內溫度。收集起來的粉塵通過間斷機械振打的方式落回設備上。

5.2 微負壓除塵治理方案

(1)轉載點粉塵治理：在落料點和機頭轉載點兩處，采取局部密閉控制、消除正壓與負壓誘導的治理措施，并且局部密閉控制裝置采用弓形導料槽。負壓誘導裝置采用除塵器。為進一步提高粉塵治理效果，在導料槽尾部出口處加裝自控式干霧抑塵噴水裝置。

(2)煤倉上粉塵治理：包括落料轉載點粉塵治理和倉頂落煤處并在原煤倉上行走皮帶中段安設弓形導料槽和加裝除塵器。倉頂落煤處粉塵治理方案則采用封堵—卸壓降塵，皮帶頭部安設弓形導料槽和除塵器，同時對落煤口安裝倉間密封箱和除塵器，實現倉內泄壓，并對每座煤倉的4個卸煤口中的2個進行封堵，而另外2個作為卸料口。

(3)煤倉下粉塵治理：對煤倉下給料機與溜槽的結合部，采用特種橡膠密封帶進行密封，并在皮帶機上安設弓形導料槽和裝除塵器。

(4)篩分破碎車間煤塵防治：為防止原煤分級篩煤塵溢出、擴散，采用絕對封閉結合負壓控制方案，上部加裝除塵器進行負壓除塵處理；破碎機采用特制的密封橡膠系統修復、替換破碎機的密封失效部位。

5.3 破碎站和儲煤場防風抑塵墻抑塵

風導致地面上的固體顆粒物運動的首要決定因素是風速，防風抑塵墻是根據空氣動力學原理，結合現場環境的風洞試驗結果加工成一定幾何形狀的防風板，并將防風板組成“防風抑塵墻”，使通過它的強風(空氣)在墻體內側形成上下干擾的氣流，以達到外側強風、內側弱風；外側小風、內側無風的效果。最大限度降低來流風的動能，避免來流風的明顯渦流，從而達到減少起塵的目的。合理設置的防風抑塵墻，其綜合防塵效果能達到 85% 以上。

黑岱溝選煤廠儲煤場堆容量 100 萬t，場地南邊和東南面是高24 m 的土崖，形成自然屏障，儲煤場主體形狀接近矩形。儲煤場內布置 2 臺堆取料機進行煤炭堆取作業。由于設備運行與自然風的共同作用，煤料中較小顆粒的煤被帶入大氣中形成煤塵。

儲煤場粉塵治理，采取主體設置防風抑塵墻與局部利用自然地形屏障相結合的方式。根據場地實際情況，充分利用土崖作為自然屏障，僅在北邊和東西兩邊的局部設計抑塵墻，與土崖構成一個完整的防風抑塵體系。防風抑塵網高度為17 m，墻體材料選用開孔率為 40%的高密度聚乙烯螺旋編織網。

破碎站為坑式建筑，破碎機和配套膠帶輸送機都設置在坑內。破碎站的粉塵主要由重型自卸卡車卸煤、破碎機工作轉動等所引起。破碎站粉塵治理采取防風抑塵墻和灑水相結合的方法。防風抑塵墻為全包圍結構，墻高17 m，施工技術措施與儲煤場相同。

擋風抑塵墻可有效抑制粉塵散發，抑塵效率達到75%～90%。使用壽命長，建成后不需任何維護，適合露天礦場，可以較好解決粉塵污染的擴散問題。但僅能消除和減弱外界風的影響，將粉塵抑制在抑塵墻包圍的區域之內，但無法根除設備工作時產生的粉塵。風大時，揚塵還可以越過抑塵網向周圍擴散[3]。

6 新型降塵及抑塵設施

6.1 室外破碎站化學抑塵劑抑塵

2009 年，準能集團公司將選煤廠生產廠房內粉塵治理經驗推廣到原煤輸送系統的膠帶輸送機轉載點，并在各個轉載點安裝扁袋式除塵器和弓形導料槽結合的微負壓除塵裝置，有一定效果，但不能完全控制粉塵。特別是對粉塵產生源頭的原煤破碎站不能處理。為此，2012年，通過與北京某科技公司對破碎站及原煤輸送系統研究采用化學抑塵劑進行粉塵治理新方式。

抑塵劑是一種表面活性劑，水中添加抑塵劑后，水霧表面張力降低，吸附、團聚粉塵微粒的能力提高，從而把塵粒充分濕潤，使煤粉與水霧迅速結合，將物料顆粒彼此充分粘合在一起并凝結下落，起到瞬間降塵的效果，而且還可以減少用水量。這種方法，比普通噴物體降塵降低用水量 50%。抑塵劑可生物降解，不損害生態環境。

2012年，準能公司對選煤廠破碎輸煤系統進行整體設計，在每套破碎站受料斗的左、右及前三面，各設計安裝一排噴頭。當卡車卸煤時，3排噴頭同時工作，噴射出按比例稀釋的抑塵劑，產生一個很大的抑塵水簾來控制卸車時產生的煤塵。另外，在每套破碎站的第一個膠帶輸送機轉載點，設計安裝一排噴頭，持續不斷的對膠帶輸送機上的煤炭噴射稀釋的化學抑塵劑。抑塵劑和水的混合比率目標值為1∶600，原煤新增水分控制在0.5%以內。

實施該技術，可以安全有效地減少卸車、破碎系統85%以上的煤塵外逸，降低煤炭轉運系統 90%以上粉塵。最終將破碎及轉運系統附近的粉塵濃度降低至 20 mg/m3以下，卸車點的粉塵濃度降低至30 mg/m3以下。抑塵效果最遠可在經過4個轉載點、2 km輸送距離內保持，無需在其他轉載點設除塵裝置，具有較好的長效性。但成本費用較高，噴灑成本0.5～0.7元/t煤。抑塵效果受風影響較大，風力達到3～4級時，由于風吹致使噴頭形成的水簾飄搖，影響抑塵效果。

6.2 原煤系統無動力除塵溜槽

準能選煤廠及哈爾烏素選煤廠原煤系統部分溜槽目前使用了“無動力除塵溜槽”，其結構形式如下。

(1)集料斗及集料斗調節機構。集料斗及集料斗調節機構主要由U型弧形集料斗、支撐座、調節機構等組成，各部件母材選用鈑金材料及工藝。集料斗內襯鋪設16 mm厚的BTW耐磨板；耐磨板焊接方式采用四周滿焊加中間塞焊(滿焊)的方式固定，每塊耐磨板的塞焊孔數量為4個，布置在耐磨板四個角上，塞焊孔為矩形，矩形塞焊孔的長X寬為30×50 mm。塞焊孔設置在耐磨板上，耐磨板與耐磨板中間的焊縫填滿，每塊耐磨板的尺寸為550×550 mm，主要受料點設“田”字型方格筋板，用于積存煤料，以降低物料對耐磨板的磨損，采用上位截料，自帶式輸送機機頭滾筒處開始最大落差≤0.5 m。集料斗為圓弧形變徑結構，其曲線經過仿真模擬，保證物料通過落料管的速度均勻、柔和、沖擊小。

(2)給料匙及給料匙支架。給料匙及給料匙支架主要由“匙”型的溜槽和溜槽支架組成，其中各部件母材選用鈑金材料及工藝，集料斗內襯鋪設16 mm厚的BTW耐磨板。給料匙設計成角度可以調整，用于保證在各種復雜的工況下，更好的實現給料匙的功能，保證料流從落料管轉移至受料輸送帶時，料流沿輸送帶運行方向的分速度與輸送帶的運行速度盡量接近(兩者速度差低于10%)，以減小物料流摩擦沖擊對輸送帶造成的損害，并且降低了由于過度沖擊產生的破碎和粉塵。同時，給料匙控制輸送帶垂直方向料流分速度，將此速度控制在較小范圍內，以減少物料流對膠帶輸送機造成的垂直沖擊，延長輸送帶使用壽命，并且降低了由于過度沖擊產生的破碎和粉塵。

(3)頭罩。頭罩主要由Q345鋼板鈑金焊接而成的結構件，其中頭罩側面預留清掃器安裝孔，并安裝配有清掃器，同時安裝有擋塵簾和密封橡膠板，保證溜槽密封。是收容物料，安裝集料斗及集料斗調節裝置，安裝清掃器和擋塵簾，收集皮帶清掃器物料和阻止誘導風進入溜槽，頭罩外殼采用8 mm厚的Q345板。

(4)沉降式導料槽。沉降式導料槽主要由導料槽主體、擋塵簾、擋塵簾盒、防溢裙板、快速夾持器及角鋁及導料槽兩側耐磨襯板組成。通過擴容和設置擋塵簾逐漸降低氣流速率，來穩定含塵空氣和優化含塵空氣，從而使懸浮顆粒物脫離空氣逐漸沉積下來，使粉塵得到降壓、減速、沉降，返回至物料層上而不會逃逸，使潔凈的氣流在導料槽出口流出。

(5)防溢裙邊。防溢裙邊由純天然橡膠(NR)添加半凝固潤滑劑的方式制成。用于輸送帶與導料槽之間、緩沖床與導料槽之間的密封。防溢裙板采用“裙邊雙層密封+直板”的一體化結構，導料槽側幫緊貼直板，底部與膠帶接觸，防止溢出物料；裙邊外翻起，可在一定角度內旋轉，靠橡膠板彈力，自動跟蹤皮帶，始終與皮帶保持緊密接觸，密封性能優異。

(6)擋風簾。采用優質橡膠材料制作圓柱型的擋風簾，擋風簾從導料槽的外部安裝，為可抽出式結構，安裝方便。具有阻擋、過濾粉塵的作用。由于慣性原理，當含塵的氣流通過擋風簾時，粉塵被吸附在膠條上后抖落在皮帶上，從而降低了風流煤塵濃度，凈化了風流，達到除塵的作用。擋風簾采用微波硫化工藝一次成型，表面光潔具有良好的彈性，耐磨損，柔軟韌性好，冬季使用不變硬、不開裂，使用壽命長；擋風簾主要參數為每道兩層，每層為直徑6 mm的圓柱橡膠條組成。

6.3 干霧抑塵系統

微米級干霧抑塵是基于科學界的研究理論“塵埃顆粒與水霧顆粒大小相近時產生過濾、吸附、凝結的機率最大”。 干霧抑塵原理就是用微米級干霧抑塵機產生霧狀水，將空氣中顆粒進行吸附和包裹后受重力影響落下。微米級干霧抑塵裝置由空壓機、微米級干霧抑塵機、儲氣罐、汽水分離器、噴霧箱總成和PLC控制系統等組成。微米級干霧抑塵裝置能夠產生直徑在1～10 μm 的水霧顆粒，將懸浮在空氣中的粉塵吸附包裹。尤其對于直徑<5 μm的可吸入顆粒物粉塵有很好的效果，當干霧與粉塵顆粒相互碰撞時，使粉塵顆粒相互粘結凝聚成團，受重力作用下沉降，從而達到抑塵效果。

微米級干霧抑塵裝置是將氣、水過濾后，以設定的氣壓、水壓、氣流量、水流量，經管道輸送到噴霧器總成中去，實現噴霧抑塵。空氣壓縮機的作用是為微米級干霧抑塵系統提供標準氣源。噴霧器總成接收由干霧抑塵機輸送來的氣、水并將其轉化成干霧噴向抑塵點。

干霧抑塵主要特點是水霧顆粒為干霧級，抑塵點形成濃密的霧池，抑塵效率高，針對<2.5 μm的可吸入及可入肺粉塵治理效果可達 96%。耗水量小，物料水分增加<0.1%，物料無熱值損失。

準能選煤廠8.0 Mt/a系統篩分車間干霧抑塵為：在入選膠帶機機頭、原煤一次篩、原煤二次篩、帶式給煤機、破碎機、刮板機、入洗膠帶尾部分別加裝噴霧箱，對原煤分級篩、破碎機、給料機、給煤機產生的煤塵進行抑制。干霧抑塵系統與洗選系統連鎖控制，并與上下游設備進行連鎖啟動。當入選膠帶帶料啟機時，抑塵系統主機開啟，噴霧組件啟動，開始抑塵作業。干霧抑塵系統抑塵率可達 90%，可吸入性顆粒物濃度達到國家衛生標準，降低了自然排放對環境的污染，減少了煤炭損失，也減輕了員工勞動強度。與噴霧灑水比較，耗水量相對減少，使煤炭熱值損失也相應減少。

干霧抑塵系統屬于煤炭洗選加工企業采用的最為有效一種降塵技術。但要想取得最佳的降塵效果，需在設計中仔細考慮空壓機選型、管路布置、噴頭選型、噴水水壓限定、安裝位置以及水過濾等級等參數。如有些煤炭企業噴霧降塵系統運行不正常，主要是由于水質不能滿足使用要求或對過濾器使用維護不當，另外，噴頭堵塞不及時清理，也會造成整個系統癱瘓。

7 結 論

煤炭洗選加工企業粉塵綜合治理的效果是由原煤的性質，抑塵系統設計方案的合理性，抑塵裝置選型及安裝施工水平及系統運行維護、管理水平等多種因素決定的。要想達到預期的設計效果，就需要設計前必須深入調査研究，和相關專業密切配合，選擇合理方案，認真測算。煤炭洗選加工企業的粉塵綜合治理實踐表明：煤炭洗選加工企業的粉塵治理必須根據不同的煤種、洗選工藝、篩分及洗選設備、運行工況、產塵環節、現場環境、氣象狀況等因素科學分析其產塵機理，選擇有針對性的、適用的治理工藝技術、方案措施和設備設施，實施單點源頭治理、多方式綜合治理、全過程系統治理相結合的方案，才能取得理想的效果。

粉塵污染的治理也是我國環境治理的重要目標之一，煤炭粉塵污染在煤炭行業具有相當的普遍性。抑塵技術在黑岱溝露天煤礦選煤廠的成功實施，不僅可帶來相當的經濟和社會效益，且可作為治理煤炭行業粉塵的思路和方法，具有行業推廣價值。