風(fēng)幕式通風(fēng)帶技術(shù)在全封閉煤場粉塵治理中的研究與應(yīng)用

摘""要：煤炭作為我國能源結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)資源，對保障國家能源安全與支撐經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長起到重要作用。針對全封閉煤場粉塵治理的難題，提出一種風(fēng)幕式通風(fēng)帶技術(shù)，該技術(shù)旨在改善煤倉內(nèi)空氣流通狀況，有效降低粉塵濃度。通過在神華X電廠全封閉煤場的應(yīng)用，風(fēng)幕式通風(fēng)帶技術(shù)展示出了高效、經(jīng)濟(jì)的粉塵治理效果，對增強(qiáng)煤炭儲存與轉(zhuǎn)運(yùn)過程的安全性具有重要意義。

關(guān)鍵詞：全封閉煤場"粉塵治理"風(fēng)幕式通風(fēng)帶"安全性

Research"and"Application"of"Wind"Curtain"Ventilation"Belt"Technology"in"Dust"Control"of"Fully"Enclosed"Coal"Mines

BAI"Jinwen1""NIU"Liyao2

1.Taiyuan"University"of"Technology，"Taiyuan，"Shanxi"Province，"030024"China;2.Shanxi"Junxiang"Law"Firm，Taiyuan，Shanxi"Province，030032"China

Abstract："Coal，"as"a"fundamental"resource"in"China's"energy"structure，"plays"an"important"role"in"ensuring"national"energy"security"and"supporting"stable"economic"growth."Aiming"at"the"problem"of"dust"control"in"fully"enclosed"coal"yards，"a"wind"curtain"ventilation"belt"technology"is"proposed."This"technology"aimsnbsp;to"improve"the"air"circulation"inside"the"coal"bunker"and"effectively"reduce"dust"concentration."The"application"of"air"curtain"ventilation"belt"technology"in"the"fully"enclosed"coal"yard"of"Shenhua"X"Power"Plant"has"demonstrated"efficient"and"economical"dust"control"effects，"which"is"of"great"significance"for"enhancing"the"security"of"coal"storage"and"transportation"processes.

Key"Words："Fully"enclosed"coal"yard;"Dust"control;"Wind"curtain"ventilation"belt;"Security

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源需求呈現(xiàn)持續(xù)增長的趨勢，這不僅推動了能源產(chǎn)業(yè)的革新與進(jìn)步，也對傳統(tǒng)能源的儲存、利用與安全管理提出了更高的要求。而煤炭作為我國能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分，在保障國家能源安全、支撐經(jīng)濟(jì)增長方面發(fā)揮著重要作用。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局最新發(fā)布的《中華人民共和國2023年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，煤炭消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的比重從上一年的56%降至55.3%，但依然顯示煤炭在我國能源消費(fèi)中的主導(dǎo)地位。

然而，在煤炭的儲存與轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，全封閉煤場的粉塵問題，一直以來就是影響煤場正常運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)。粉塵濃度高不僅會使作業(yè)環(huán)境惡劣，威脅員工的身體健康，還存在潛在的火災(zāi)及爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

傳統(tǒng)的粉塵治理方法，如射霧除塵、煤場噴淋等，雖然在一定程度上能夠降低粉塵濃度，但效果有限，存在治理效率低、運(yùn)行成本高、維護(hù)復(fù)雜等弊端。因此，本文提出了一種創(chuàng)新性的粉塵治理方案，即風(fēng)幕式通風(fēng)帶技術(shù)，用于提升煤炭儲存與轉(zhuǎn)運(yùn)的安全性。

1"全封閉煤場粉塵的成因與危害

1.1"全封閉煤場粉塵的成因

1.1.1密閉空間特性

全封閉煤場的設(shè)計(jì)初衷是為了防止煤塵外溢，但這也導(dǎo)致煤倉內(nèi)部形成了一個(gè)相對密閉的空間。在這個(gè)密閉的空間中，煤炭在堆存和取用過程中產(chǎn)生的大量粉塵無法及時(shí)排出，從而在煤倉內(nèi)部積聚。

1.1.2煤炭處理過程

在煤炭的堆存、取用和運(yùn)輸過程中，由于外力作用，煤炭表面的水分和雜質(zhì)就會與煤炭顆粒分離，形成粉塵[1]。特別是在堆取料機(jī)取煤、堆煤的過程中，在機(jī)械的作用下，使煤炭顆粒之間的摩擦和碰撞加劇，從而產(chǎn)生大量的粉塵。

1.1.3粉塵類型與分布

全封閉煤倉內(nèi)的粉塵主要可以分為可沉降粉塵和不可沉降粉塵兩種。其中，容易引起粉塵爆炸的主要是可沉降粉塵，或者是可沉降粉塵與不可沉降粉塵交叉密集的區(qū)域。這些粉塵主要集中在煤場的中上部區(qū)域，如煤場高度為50"m，則主要集中在20～40"m的區(qū)域。

1.1.4環(huán)境因素

煤場內(nèi)部的環(huán)境條件，如溫度、濕度的變化也會影響粉塵的產(chǎn)生。例如：在夏季高溫季節(jié)，全封閉煤倉內(nèi)的溫度可能超過50"℃，這樣的高溫環(huán)境將加劇粉塵的飛揚(yáng)和積聚。同時(shí)，由于煤倉的密閉特性，空間內(nèi)部空氣流通不暢，將導(dǎo)致粉塵濃度進(jìn)一步升高。

1.2"全封閉煤場粉塵的危害

1.2.1粉塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)

在作業(yè)過程中產(chǎn)生的粉塵會在全封閉煤倉內(nèi)部積聚，一旦這些懸浮的粉塵形成一定濃度的粉塵云，遇到火源、強(qiáng)烈振動或摩擦，就可能引發(fā)粉塵爆炸，造成重大安全事故[2]。

1.2.2職業(yè)健康安全風(fēng)險(xiǎn)

作業(yè)人員在全封閉煤倉內(nèi)，長時(shí)間接觸粉塵，可能導(dǎo)致皮膚毛囊堵塞及鼻腔黏膜損傷等，容易引起粉塵類疾病[3]。此外，在夏季高溫季節(jié)，倉內(nèi)溫度非常高，還可能引發(fā)熱射病等職業(yè)病，存在重大職業(yè)健康安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.2.3煤炭自燃風(fēng)險(xiǎn)

煤炭在存儲過程中會揮發(fā)CH4、C2H6等易燃?xì)怏w，容易發(fā)生自燃現(xiàn)象。一旦自燃發(fā)生，煙氣就會迅速充斥煤倉，致使作業(yè)人員視線迷失，逃生困難，造成人員傷亡。更嚴(yán)重的后果，將導(dǎo)致全封閉煤倉整體結(jié)構(gòu)垮塌重大安全事故的發(fā)生。

1.2.4作業(yè)環(huán)境惡劣

由于全封閉煤場為密閉空間，通風(fēng)不暢，導(dǎo)致煤倉內(nèi)粉塵濃度大，溫度高，作業(yè)環(huán)境差。這不僅影響作業(yè)人員的身體健康，還可能增大設(shè)備的磨損程度，降低工作效率[4]。

2"風(fēng)幕式通風(fēng)帶技術(shù)

傳統(tǒng)的粉塵治理方法有射霧除塵技術(shù)[5]、煤場噴淋系統(tǒng)等。但是在運(yùn)用過程中，都存在其弊端，如射霧除塵技術(shù)耗水量大、能耗高，并且容易導(dǎo)致煤炭過分濕潤，降低煤炭的質(zhì)量；煤場噴淋系統(tǒng)可能會因?yàn)樗昧髁肯拗啤⑺磫栴}等原因影響降塵效果。為此，本文闡述了一種全新的技術(shù)——風(fēng)幕式通風(fēng)帶，并創(chuàng)新性地運(yùn)用于全封閉煤場粉塵治理。

2.1"風(fēng)幕式通風(fēng)帶的技術(shù)原理

風(fēng)幕式通風(fēng)帶由導(dǎo)流板和通風(fēng)板兩部分組合而成，利用空氣動力學(xué)的原理，當(dāng)煤場外部氣流通過時(shí)，將在導(dǎo)流板周圍產(chǎn)生快速流動的氣流，在通風(fēng)板區(qū)域形成風(fēng)幕。當(dāng)煤倉內(nèi)粉塵隨氣流到達(dá)通風(fēng)帶附近時(shí)，在風(fēng)幕的作用下，煤倉內(nèi)外將產(chǎn)生不同的壓力，但煤倉外壓力大，煤倉內(nèi)壓力小，內(nèi)外壓力差可以有效地阻止粉塵外溢。同時(shí)，還可以促進(jìn)煤倉內(nèi)氣流循環(huán)流通以及煤倉內(nèi)外的熱量交換。風(fēng)幕式通風(fēng)帶技術(shù)原理見圖1。

風(fēng)幕式通風(fēng)帶可以根據(jù)具體的需求采用為固定模式，或者自動模式。當(dāng)采用自動模式時(shí)，可以根據(jù)外部環(huán)境風(fēng)速、風(fēng)向，自動調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量的大小，使風(fēng)幕條件達(dá)到最合適的狀態(tài)。這樣，一方面保證了煤倉內(nèi)氣流流通的速度低于起塵風(fēng)速，另一方面，加強(qiáng)了煤倉內(nèi)氣流循環(huán)流通，降低了粉塵的濃度。

2.2"風(fēng)幕式通風(fēng)帶的工作原理

通過粉塵特性分析，可以繪出全封閉煤場內(nèi)部不同高度煤塵分布圖，從下往上，第一層為堆煤層，第二層為作業(yè)區(qū)域，第三層為可沉降粉塵密集區(qū)域，第四層為可沉降粉塵和不可沉降粉塵交叉區(qū)域，最上層為不可沉降粉塵區(qū)域。全封閉煤場內(nèi)部粉塵分布見圖2。

如果設(shè)定全封閉煤場的高度為50"m，斗輪機(jī)在10～20"m高度范圍作業(yè)，當(dāng)煤倉內(nèi)風(fēng)速大于等于2.5"m/s時(shí)，依據(jù)全封閉煤場內(nèi)部粉塵分布圖，可以計(jì)算得到粉塵顆粒分布，如表1所示。

一般來說，干燥的粉塵濃度達(dá)到30～40"g/m3，就可能成為粉塵爆炸的條件之一，而粉塵爆炸顆粒的粒徑閾值通常認(rèn)為小于75"μm[6]。所以，在高度為10～20"m區(qū)域內(nèi)，粉塵顆粒粒徑超過100"μm，且為堆煤和斗輪機(jī)作業(yè)區(qū)域，粉塵濃度低，沒有爆炸的風(fēng)險(xiǎn)；在高度為20～30"m區(qū)域內(nèi)，粉塵顆粒粒徑≤50"μm，并且在這個(gè)區(qū)域容易形成粉塵云，達(dá)到粉塵濃度爆炸條件，很可能發(fā)生爆炸；在高度為30～40"m區(qū)域內(nèi)，粉塵顆粒粒徑≤30"μm，但由于粉塵濃度低，發(fā)生爆炸的可能性小；而在高度為40～50"m區(qū)域內(nèi)，粉塵顆粒粒徑≤10"μm，由于粉塵濃度更低，不容易發(fā)生爆炸。

由此可見，在全封閉煤場中上部高度為20～30"m范圍內(nèi)設(shè)置風(fēng)幕式通風(fēng)帶，可以改善煤倉內(nèi)部通風(fēng)條件，降低煤倉內(nèi)粉塵濃度，防止粉塵云的形成，降低粉塵爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。

3"風(fēng)幕式通風(fēng)帶技術(shù)的應(yīng)用

3.1"工程概況

神華X電廠依托神華巴蜀江油國家煤炭應(yīng)急儲備基地，一期工程建設(shè)2×1"000"MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，同步建設(shè)儲量30萬t的配套的全封閉煤場，該煤場平面尺寸為110×360"m。神華X電廠全封閉煤場側(cè)面見圖3。

在煤場的底部兩側(cè)設(shè)置機(jī)械送風(fēng)，機(jī)械進(jìn)風(fēng)量為24×104"m3/h。煤場頂部設(shè)置屋頂通風(fēng)器6組，每組喉口27×2.88"m，沿長度方向布設(shè)。屋頂通風(fēng)器的流量系數(shù)0.62，喉口總面積466"m2，排出的總風(fēng)量為170×104"m3/h。

3.2"風(fēng)幕式通風(fēng)帶技術(shù)的應(yīng)用

為治理神華X電廠全封閉煤場粉塵的問題，在煤倉高度為20"m的位置屋面兩側(cè)設(shè)置2組330×10"m的風(fēng)幕式通風(fēng)帶，在煤倉兩端設(shè)置2組面積為32×10"m的風(fēng)幕式通風(fēng)帶。在工程設(shè)計(jì)階段，進(jìn)行了計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬全封閉煤場速度。從數(shù)值模擬結(jié)果看，在采用風(fēng)幕式通風(fēng)帶技術(shù)后，煤倉通風(fēng)效果良好，有效地降低了粉塵的濃度。神華X電廠全封閉煤場計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬速度云如圖4所示。

神華X電廠全封閉煤場于2021年10月竣工驗(yàn)收。神華X電廠全封閉煤場外景圖如圖5所示。在之后的運(yùn)行期間，未發(fā)生任何粉塵危害的事件，在以下幾個(gè)方面取得了顯著成果。

（1）通風(fēng)性能顯著提升。神華X電廠全封閉煤場空氣流通明顯增強(qiáng)，煤倉內(nèi)形成有效的氣流循環(huán)，極大地降低了粉塵濃度，避免了粉塵云的形成，從而提高了全封閉煤倉運(yùn)行的安全性。

（2）粉塵外溢得到有效控制。神華X電廠全封閉煤場在增強(qiáng)氣流流通的同時(shí)，也有效地阻擋了煤倉內(nèi)粉塵的向外擴(kuò)散，防止了粉塵對外部環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)了粉塵零排放的目標(biāo)。

（3）作業(yè)環(huán)境得到改善。神華X電廠全封閉煤場通過加強(qiáng)煤倉內(nèi)氣流循環(huán)，使CO、H2S等有毒有害氣體[7]得以及時(shí)的排放，保障了煤倉內(nèi)作業(yè)人員的身體健康，降低了職業(yè)病發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

（4）具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。與其他粉塵治理技術(shù)相比，風(fēng)幕式通風(fēng)帶造價(jià)成本可節(jié)約30%以上，而且后期維護(hù)簡單方便。同時(shí)，由于其良好的通風(fēng)效果，減少了粉塵所造成的煤炭損失。

4"結(jié)語

本文針對全封閉煤場粉塵治理的問題，提出了一種風(fēng)幕式通風(fēng)帶技術(shù)，詳細(xì)論述了其技術(shù)原理與工作原理。通過實(shí)例分析，風(fēng)幕式通風(fēng)帶技術(shù)在神華X電廠全封閉煤場的應(yīng)用，證實(shí)了這種技術(shù)不僅可以有效降低粉塵濃度，改善作業(yè)環(huán)境，還可以實(shí)現(xiàn)粉塵零排放的目標(biāo)，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。風(fēng)幕式通風(fēng)帶技術(shù)的成功應(yīng)用，為全封閉煤場的粉塵治理提供了新的思路和方案，對類似煤場粉塵治理具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]賀川，李少華，吳兆柱.斗輪機(jī)封閉煤場粉塵治理分析[J].電力勘測設(shè)計(jì)，2024（S1）：112-116.

[2]余斌.火電廠輸煤系統(tǒng)粉塵治理技術(shù)措施[J].科技資訊，2023，21（17）：179-182.

[3]王晶，楊俊輝，王濤，等.輸煤系統(tǒng)粉塵綜合治理技術(shù)研究與應(yīng)用[J].煤炭加工與綜合利用，2023（8）：99-104.

[4]甘維科.輸煤系統(tǒng)#3轉(zhuǎn)運(yùn)站粉塵治理的可行性探討[J].自動化應(yīng)用，2023，64（6）：34-35，38.

[5]鄒常富.儲煤場粉塵監(jiān)測與防治技術(shù)研究[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2019，35（9）：227-229.

[6]竇玉田.電廠輸煤系統(tǒng)粉塵綜合治理分析[J].設(shè)備管理與維修，2024（7）：170-172.

[7]周玉祥，趙玉，郭利華，等.露天煤礦揚(yáng)塵機(jī)理及對策[J].露天采礦技術(shù)，2022，37（4）：41-43，47.