綜合除塵技術在潔凈煤廠改造設計中的應用

丁淑英，毛維龍，馮 超，李 帥

(兗煤藍天清潔能源有限公司，山東 鄒城 273500)

藍天工程潔凈煤項目是集團公司傾力打造的潔凈型煤生產示范工程，被集團公司列為“一號工程”。該工程符合國家煤炭高效清潔利用政策，是集團公司轉型發展的重要舉措，受到各級政府的高度關注。本文針對該工程型煤壓制氣爆嚴重、生產系統溢塵、產品輸送和包裝揚塵等問題，探索相關解決方案，以徹底解決粉料氣力輸送、實現潔凈型煤安全清潔高效生產，助推集團公司轉型升級跨越發展。

1 產塵現狀分析

隨著潔凈煤項目調試生產的不斷推進，在粉料氣力輸送、型煤壓制及輸送、包裝等生產過程中，出現了粉塵外溢的突出問題，極大制約了潔凈型煤安全清潔高效生產，同時對職工身心健康造成一定危害。

2 潔凈型煤生產系統存在的主要問題

2.1 煤粉氣力輸送及煤粉緩沖系統

(1)潔凈型煤廠利用原電解鋁部分廠房，導致工藝布置受限，混合后的煤粉運輸至成型機緩沖倉采用了密相氣力輸送方式將煤粉輸送至每臺成型機緩沖倉內。由于原緩沖倉倉容設計較小(僅約15 m3)，氣體輸送打料短時間內的大量氣體造成緩沖倉內形成正壓，沖擊、破壞與倉體相連接的軟連結接口及相關聯的設備機械密封，進而造成煤粉大量外溢。

(2)氣體輸送打料對緩沖倉內已有的粉料形成沖擊，破壞料層的穩定性，成型機出現幾分鐘內不能正常壓出型煤的現象，對正常生產造成極大影響。

2.2 成型機除塵器及管路系統

(1)系統設計為3臺成型機共用1臺收塵器，而1臺成型機又有多路收塵分支管，主管路及各支管路均無閥門，各管路風量風速無法調節；存在管路風速與實際需求不匹配，且同一收塵器所帶的3臺成型機不同時運轉時，造成不運轉設備收塵管路風量浪費。

(2)成品小皮帶機頭無負壓收塵，造成回程皮帶粘帶的細煤粉在清掃器和底托滾處落下形成揚塵。

(3)部分收塵管道由于受條件限制大多為水平布置，部分管路風速較低，且部分管路有盲端，存在煤塵堆積堵塞管道和煤塵自燃風險。

(4)收塵器收下的煤粉通過氣力輸送返回其中一個緩沖倉內。當接受返料的成型機停運時，由于停運系統中不能長時間存料(煤塵易發生自燃)，無法再繼續返料，影響另外2臺成型機運行。

2.3 成型車間成型機系統

(1)10 t成型機一次篩分振動分級篩采用了鋼絲繩吊掛方式，而振動篩周圍擋板較低，兩側及后部要做到全密封較困難。振動篩落料口處吸風罩設計也不合理，且采用的密封材料強度低，易損壞造成漏料揚塵，對工作環境污染嚴重，且該振動篩故障率較高。

(2)斗提機、給料螺旋、返料螺旋等設備間的軟連接密封材料強度低，極易損壞造成漏料。

(3)成品小膠帶輸送機為敞開式運輸，在產品轉載輸送過程中，溢塵嚴重，不符合環保要求。

2.4 包裝車間碼垛系統

(1)成品集運膠帶原設計采用卸料小車方式為10個包裝倉配料，而卸料小車無負壓收塵，在卸料過程中揚塵嚴重，成品緩沖倉內密封不嚴，產品入倉口處揚塵嚴重。

(2)成品集運膠帶機機頭未封閉，無負壓收塵，膠帶上粘帶的煤塵在整個回程膠帶底托輥處脫落，形成揚塵和積塵。

(3)集運膠帶機機頭應急落料為開放式設計。落料直接通過卸料溜槽落到包裝車間地面，易造成揚塵，且在廢料回收處理過程中揚塵嚴重。

(4)包裝機收塵管路多為水平布置，收塵效果差。

(5)目前，潔凈煤廠包裝車間包裝碼垛與成品裝卸區為聯合建筑，兩個廠房中間未實現完全隔離，包裝區產生的粉塵彌漫至碼垛機及成品裝卸區，極易污染碼垛機光電傳感器，對設備正常運行造成影響，也給裝卸作業的職工帶來健康危害。

2.5 脫硫添加劑粗粉倉放料系統

添加劑車間粗粉產品存儲設計粒度0.1～0.8 mm，后來根據實際需要調整為0～0.5 mm。粒度變細后，產塵量增大，且裝車時必須開啟流化裝置，造成原設計的倉下散裝機收塵器能力不足，裝車過程中存在揚塵大、收塵管路易出現積粉問題，存在較大的環保風險。

3 除塵系統的改進設計

3.1 成型車間

3.1.1 煤粉氣力輸送緩沖消塵系統

目前氣力輸送設計能力為40 t/h，原設計輸送氣體壓力為0.3 MPa。根據實際運行發現，單罐輸送時間約240 s，單次消耗壓縮空氣量約50 m3。根據計算得出，進入緩沖倉的常壓氣體的體積為150 m3，短時間內大量氣體進入緩沖倉，造成倉內正壓。實際運行過程中，為減少氣力輸送時目標倉形成的正壓，工藝上采取降低輸送氣體壓力(由0.3 MPa降低至0.2 MPa)運行，雖然降低了系統的輸送能力，但仍未能解決正壓冒粉的問題。經過研究，增加一級緩沖倉消塵系統。

(1)在原緩沖倉前面增加一個容積為50 m3的密封鋼制緩沖倉，氣力輸送的煤粉首先進入此鋼倉暫存，還為此鋼倉設計增加一路負壓收塵；合理設置物料最高倉位，上部保留適度的緩沖倉容(約為總倉位的1/2)，通過緩沖倉容空間和負壓收塵吸收氣力輸送氣體，而倉體內設置物料和收塵管隔離室，以避免過多煤粉直接被負壓管路吸走，造成物料內循環消耗。

(2)倉下設置鎖風閥，將煤粉與設備和下級緩沖倉隔離，通過螺旋給料將煤粉送入成型機原返料斗提，和返料混合后一并被送入下一級緩沖倉。由于返料斗提原設計能力不能同時滿足進料和返料的要求，因此，需提升斗提機產能：一是增加提料斗容積，根據斗提機實際，20 t/h成型機斗提機料斗優化后容積由4.8 m3改為8.6 m3，10 t/h成型機斗提機料斗寬度由250 mm增加到300 mm，料斗傾斜角度適當增大；二是在現有功率不變的基礎上，更換膠帶輪、降低減速比，適當提高斗提機料斗的運行速度。通過以上兩個改造方案，斗提機運輸能力提高約80%以上，滿足了成型機連續運行要求。

3.1.2 成型負壓除塵系統

成型機系統主要收塵點如圖1所示。

圖1 成型機系統工藝

目前成型機配置的除塵器為LPM6D-930(M)型氣箱式脈沖除塵器，其參數如表1所示。

表1 LPM6D-930(M)型氣箱式脈沖除塵器參數

原設計主管路中不同的三段內風量和風速分別為：53 700 m3，19 m/s；35 800 m3；12.6 m/s；17 900 m3，6.3 m/s。由此可以看出，原設計第一段內滿足了粉塵最低風速要求，第二段特別是第三段內風速明顯低于帶走粉塵的最低風速，極易造成積塵。同時，管路中彎頭多為直角轉彎，系統阻力較大。

根據各管路所需的最小風速，重新進行配風計算，重新設計確定分支管路管徑。原設計據經驗確定的收塵系統風機的綜合收塵能力偏小，不能滿足3臺成型機同時運轉的生產需求。為此，提出以下方案。

(1)根據原設計的“一帶三”負壓收塵系統實際，在三條分支管路上分別加裝氣控蝶閥，設計一套控制系統安裝在室外的收塵風機處，當某成型機不運行時，可以關閉該分支管路的閥門，剩余分支管路的風量將加大，增強了風機的有效利用率；而且將該控制信號上傳至中央控制室，可以實現就地和遠程開關該閥門。每個支管設置一個測風速孔，以方便監測風管風速。

(2)針對主管路積塵的現狀，在主管路原盲端加裝一個閥門，同時在主管路內底部全長布設一根直徑2 in(5.08 cm)壓風管路。在壓風管路上沿管路方向每隔200 mm均勻鉆5排直徑2 mm小孔(圖2)，設置壓風控制閥門定時開啟進行分段吹掃，防止煤塵長時間堆積在管道內發生自燃。

圖2 噴吹管鉆孔示意

(3)優化室內分支管管徑，使風量和風速配置合理。具備條件的改為倒“V”形布置，防止管內積塵，并在550 mm分支管路末端設置可用于定期觀察清理的閥門。各支管上分別增加手動蝶閥，可根據需要調節各閥門開度，使各點通風量得到合理分配。

(4)成品小膠帶機機頭回程底膠帶下部增加毛刷機械掃塵裝置，并在下部設置積塵罩，同時增加一路收塵管路，與每臺成型機分支管路相連，可大大減少回程膠帶的帶粉量。

3.1.3 產塵點密封系統

(1)對成品小膠帶上部增設全封閉護罩，與機頭、機尾導料槽相連接，與皮帶尾部振動篩形成相對負壓收塵，防止皮帶上部物料揚塵。采用半徑為605 mm的波紋彩鋼板進行封閉。

(2)針對斗提機和緩沖倉、給料螺旋和預壓倉、振動篩和返料螺旋間的軟連接經常被磨損漏粉的問題，采用高強度的耐磨涂覆材料進行更換，并采用內置金屬導料槽外加軟連接密封的方式，減少物料對軟連接的磨損，提高防塵效果。

(3)對成型機本體周圍密封不嚴的空隙進一步密封，提高負壓收塵效果。

(4)針對10 t成型機振動篩吊掛方式不利于密封、篩分效率低、產品堵篩孔導致物料堆積、密封不嚴漏粉嚴重的問題，進行改進。改鋼絲繩加彈簧吊掛方式為落地支撐架加橡膠彈簧方式，并增加一組震動器，以提高篩分效率。同時，對振動篩上部與成型機本體間密封重新設計：上部采用鋼板硬連接，上部鋼板與振動篩側板采用保護軟連接；將原振動篩前部固定敞口式溜槽改為與振動篩一體化設計，并采用全密封方式與膠帶機導料槽直接連接，既減少了揚塵的產生，又可防止物料堆積堵料。

3.1.4 成型車間室外收塵器返料系統

設計將成型車間室外收塵器返料系統由單一目標倉優化為3個目標倉。設計增加部分氣力輸送管道及控制閥門，同時增加一套自動控制系統，并將該控制信號上傳至中央控制室，通過就地或遠程開關相應閥門，可根據生產需要，實現自動選擇目標倉，解決當接受返料的成型機停運時影響另外2臺成型機運行和單一目標倉滿料冒塵等問題。方案如圖3。

圖3 收塵器返料系

3.1.5 成型車間通風系統

成型車間增加軸流風機，進行強制通風。依據車間實際，墻面換氣通風裝置采用低噪聲軸流通風裝置。該裝置具有投資成本低、耗能小、運行平穩、壽命長、效率高等特點，可有效改善車間空氣質量，保障職工健康。

3.2 包裝車間

3.2.1 成品大膠帶收塵系統

(1)對成品大膠帶機頭段進行封閉，回程底膠帶下部增加毛刷機械掃塵裝置和壓縮空氣吹掃裝置，并增加一路收塵管路與既有收塵管路相連，可大大減少回程膠帶的帶粉量。

(2)在集運膠帶機機頭落料部位設計增加煤粉倉，收集此處撒落的碎煤及未被收塵管道回收的煤塵，經破碎后的細顆粒利用機頭的收塵器收集后統一返回原料倉。

(3)將移動式卸料小車改為固定犁刀式卸料器，同時在成品緩沖倉頂部增加倒“V”型收塵管道，以解決在卸料過程中揚塵問題。

(4)犁刀式卸料器增設密封罩，與成品緩沖倉形成密閉空間，以提高負壓收塵效果。

3.2.2 包裝工藝收塵系統

(1)包裝機收塵管路原為水平布置，收塵效果差。設計將水平布置管道改為倒“V”形式布置，收塵管道增加調節閥門，做到可根據生產需要實現風量控制，減少風量浪費，提高收塵效果。

(2)對包裝機本體密封不嚴的空隙進行進一步密封，提高負壓收塵效果。

3.2.3 包裝車間通風系統

對該車間設計增設軸流風機進行強制通風。根據車間實際，選擇墻面換氣風機為低噪聲軸流通風裝置。該裝置具有投資成本低、風量大、噪音低、耗能小、運行平穩、壽命長、效率高等特點，可有效改善車間空氣質量，保障職工健康。

3.2.4 包裝車間防塵隔離系統

對于該車間包裝碼垛區和成品裝卸區為聯合建筑，設計將該車間包裝碼垛區與成品裝卸區進行隔離，以避免包裝區域粉塵彌漫至成品車間。

3.3 脫硫添加劑粗粉倉裝車除塵系統

對粗粉倉開啟流化裝置裝車的工況進行分析，判斷原卸料裝置密封及收塵系統不能滿足負壓收塵的要求。現對卸料裝置設計增加密封式收塵罩，優化收塵管道布置，增大收塵器布袋噴吹壓力，提高收塵器工作效率。優化后，收塵器處理風量將達到12 000 m3/h，可以解決流化狀態下裝車冒粉的問題。

4 項目效益

4.1 經濟效益

(1)根據前期生產統計數據，對比消耗原料煤與產出潔凈型煤數量，除去原料煤干燥水分蒸發的影響，計算得出生產系統粉塵損失比率為0.51%。各項方案實施后，在改善工作場所作業環境的同時，可減少煤粉(含添加劑)跑冒漏損失。

(2)項目實施后，可大大減少煤粉在系統內循環的數量，提高設備系統運行效率，預計可節省電能5%以上。

4.2 社會效益

4.2.1 安全方面

生產場所的煤粉得到有效控制，杜絕生產車間煤粉積聚引發的自燃和爆炸事故。同時，生產場所的粉塵濃度符合工作場所有害因素職業接觸限值相關標準，大大降低職工患職業病的風險。

4.2.2 環保方面

實現系統全封閉負壓運行，減少顆粒物無組織排放，降低污染環境的風險，保障環保排放符合國家標準。

5 結 論

采用全負壓收塵設計理念，在對現有系統充分分析研究和核算的基礎上，在不更換現有設備的前提下，研發了在粉體正壓氣力輸送過程中增加過渡緩沖倉與負壓收塵相結合的技術工藝，通過緩沖倉容空間和負壓收塵吸收氣力輸送氣體，實現安全、清潔輸送粉體物料的目的。潔凈煤生產系統綜合防塵技術為同類型行業治理粉塵外溢提供了可借鑒的經驗，尤其是系統思維指導下的復合式粉塵防治技術的研究與應用，在潔凈型煤生產行業中具有廣闊的示范推廣前景。