刘河选煤厂喷雾降尘系统项目可行性研究报告.docx
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刘河选煤厂喷雾降尘系统项目可行性研究报告
《刘河选煤厂喷雾降尘系统》项目
技术研究报告
目录
1概述1
2粉尘的危害2
2.1对人体的危害2
2.2粉尘火灾、爆炸2
3刘河选煤厂粉尘治理现状2
3.1抑尘。
2
3.2降尘。
3
3.3除尘。
3
3.4排尘。
3
4刘河选煤厂产尘点分析及除尘系统存在的主要问题3
4.1给煤机产尘点分析。
3
4.2破碎机产尘点分析。
4
4.3转载点产尘点分析。
5
5降尘装置的选择6
5.1高压喷雾降尘的原理有：
6
5.2BH-5000高压喷雾降尘系统的优点：
6
6喷水压力和喷水量及喷嘴尺寸的选择7
6.1水雾粒度与供水压力。
7
6.2降尘效率分析。
8
7安装操作过程中的优化改造10
7.1喷水水质。
10
7.2水箱锈蚀。
11
7.3喷嘴位置选择。
11
7.4降尘系统开启方式。
11
7.5水箱液位控制。
11
8降尘系统的使用效果12
8.1降尘效果明显。
12
8.2改善职工作业环境。
13
8.3降低了职工劳动强度。
13
8.4保障精煤水分。
13
8.5避免煤的流失。
13
刘河选煤厂喷雾降尘系统研究报告
1概述
刘河选煤厂是河南神火煤电股份有限公司（以下简称神火煤电公司）下属煤矿——刘河煤矿配套的矿井型选煤厂，刘河煤矿属于永夏煤田的一部分，位于河南省最东部的永城市境内。
刘河选煤厂于2007年5月份建成投产，设计处理能力45万吨/年，选煤工艺流程为块煤重介浅槽+末煤不脱泥无压三产品重介旋流器+煤泥浮选联合工艺流程。
刘河煤矿提升原煤水分相对较低，加之煤在选煤厂洗选加工需经过筛分、破碎、转载运输、入仓、给料等产尘量较大环节，且刘河选煤厂转载点众多，各转载点落煤易产生大量煤尘，粉尘已成为刘河选煤厂主要危害因素之一，它不仅严重污染环境，恶化职工作业环境，对物料本身也是一种损耗，同时会加快设备磨损，降低电器绝缘水平。
更为严重的是作业场所煤尘极易随呼吸进入职工肺部，长久以往易引发尘肺病，严重影响职工的身体健康，是影响职业卫生的重要因素，另一方面，粉尘都具有爆炸性，当作业场所通风效果不佳，煤尘浓度积聚到一定程度时会引起煤尘爆炸，是一项重大安全隐患，威胁着职工人身安全和选煤厂的安全生产。
为治理生产性粉尘，刘河选煤厂对各产尘点进行全面的测试分析，并结合该厂工艺流程，采取多种抑尘、降尘、除尘措施，粉尘治理效果显著，但各转载点及破碎机和部分给煤机部位的粉尘浓度仍然超标，为使这些部位的粉尘能进一步得到治理，刘河选煤厂根据各产尘点煤尘的浓度、分散度等特性，经过分析对比最终选择采用BH-5000高压喷雾降尘技术，该厂喷雾降尘系统分为原煤、洗选、精煤落料点三套，覆盖全厂30余处尘源，并创新性的采用远程遥控技术控制喷雾降尘系统的启停，喷雾降尘系统的应用在各转载点的粉尘治理上起到了关键性作用，取得了显著的降尘效果。
2粉尘的危害
煤炭洗选加工场所，粉尘是影响职工职业健康的重要因素，粉尘对职工及选煤厂安全生产的危害主要有以下几个方面：
2.1对人体的危害
长期接触粉尘的职工，在防护措施不力的情况下，轻则会引发呼吸道炎症，煤尘在肺部长期积聚重则会引发尘肺病，尘肺病已成为煤炭企业职工最大的一种职业病。
另外长期大量接触粉尘，也会导致角膜炎、皮肤病等慢性疾病，造成人的视觉、听觉能力下降，严重危害职工身体健康。
2.2粉尘火灾、爆炸
粉尘飞扬的作业场所，煤尘易堆积在设备表面、设备基础孔洞、电缆桥架以及厂房地面等处，由于煤尘具有可燃性，引燃煤尘燃烧的温度一般在700～800℃之间，电火花、电焊、气割火焰、机械摩擦等均能成为煤尘燃烧的引火源。
粉尘扩散到空气中时，颗粒与空气的接触面积成倍增加，当浮尘浓度达到一定程度时，浮尘云遇明火易被引燃，进而引发爆炸，对安全生产危害极大。
3刘河选煤厂粉尘治理现状
一直以来，刘河选煤厂在粉尘的治理上一直不遗余力，通过排查，我厂主要的尘源点为皮带的转载部位、部分筛分设备、产品线以及煤场储运场地。
针对不同的尘源，我们想方设法、多管齐下，通过“抑、降、除、冲”等措施，从煤流始端入手，竭力控制尘源，避免积聚煤尘二次飞扬形成恶性循环，并做好煤尘作业点的个人防护，达到了较好的除尘效果。
具体措施如下：
3.1抑尘。
刘河煤矿提升原煤水分较低，平均在7%左右，水分低于6%也时有发生（原煤水分≤6%粉尘现象尤为明显），我们在各带式输送机机尾落料点安装缓冲床，安装双密封导料槽，使煤尘溢出降低到最低限度；所有带式输送机清扫器均采用马丁清扫器，使之清扫效果达到最佳；针对原煤运输、筛分系统粉尘较多的情况，安装了两套高压喷雾降尘装置进行二次抑尘，喷头数量、喷洒强弱能够灵活调节，效果良好。
3.2降尘。
通过一系列标准化改造，在所有皮带机尾使用新型双密封导料槽，并在导料槽出口处设置防尘帘，在皮带机头卸料部位采用局部封闭溜槽，在给煤机、破碎机等产尘量较大部位也都采用全封闭措施，在博后筛、圆盘给料机等部位采用封闭作业场所的方式防止煤尘飞扬，通过局部密封、整体密封、密闭小室等封闭方式隔离了尘源。
对落差较大的溜槽进行改造，在溜槽中部设置缓冲斗，通过缓冲减小物料在溜槽中下落的势能，同时减小部分溜槽的倾角，通过种种方式减小落差，避免粉尘外溢飞扬。
3.3除尘。
在转载部位的皮带机尾装设除尘器，利用除尘器收集密闭导料槽内煤尘。
3.4排尘。
为避免粉尘在地面及设备上积聚后二次飞扬，形成恶性循环，我厂从2013年起逐步建设并完善冲洗水系统，在作业场所装设冲洗水箱，利用冲洗水将散落在地面、皮带走廊、设备表面上的粉尘冲洗走，同时利用完善的冲洗水系统将冲洗产生的煤泥水收集和利用。
经过以上种种措施，刘河选煤厂的粉尘治理取得了一定的成效，粉尘现象较以往有了大幅改观，可在部分区域特别是各转载部位粉尘浓度仍超标，面对国家高度重视职业卫生的新形势，刘河选煤厂各转载点部位降尘方式的改进已迫在眉睫。
4刘河选煤厂产尘点分析及除尘系统存在的主要问题
刘河选煤厂产尘的主要设备有给煤机、筛分机、破碎机、和胶带输送机的转载溜槽等。
4.1给煤机产尘点分析。
刘河选煤厂的共有给煤机9台，均为往复式给煤机。
产尘量较大的给煤机有提升原煤箕斗仓100给煤机、原煤仓下4台给煤机、精煤仓下给煤机、浮选精煤给料机，物料经由给煤机给出落到下方皮带上会产生扬尘，尤其使用仓口破拱器时粉尘飞扬更甚，在给煤机粉尘的治理上刘河选煤厂采取封闭式抑尘，在部分封闭较好给煤机上粉尘控制较好，但在部分不能完全封闭的给煤机上粉尘飞扬现象仍有发生，我们对此部分给煤机附近粉尘分散度进行了监测（见下表1）。
表1各给煤机产尘点粉尘分散度测量
地点
设备编号
项目
粒度范围/μm，相应分散度/%
5μm以下
分散度
＜2
2-5
5-10
10-20
＞20
原煤仓下给煤机
209
30
32
15
5
2
62
210
33
31
11
4
2
64
3
36
39
13
6
2
75
4
25
33
14
4
3
58
精煤仓下给煤机
712
18
32
17
10
3
50
箕斗仓下给煤机
100
30
32
22
11
6
68
由表1可看出，产尘点较大的几个给煤机的可呼吸性粉尘分散度达到了50%～75%（5μm以下粒径的粉尘为可呼吸性粉尘，吸入后难以排出，对身体危害最大），用滤膜称重计算可得出空气中粉尘浓度达到200～1000mg/m3，已超出国家标准，对人体健康造成严重威胁。
故产尘量较大的几个给煤机虽经局部封闭但粉尘浓度仍超标，为使环保达标，需增设降尘装置。
4.2破碎机产尘点分析。
刘河选煤厂有一台双齿辊破碎机，对手选后+80mm粒度级大块煤进行集中破碎。
破碎机在在工作时，大块煤被挤压、撞击和破碎，破碎后块煤落到返洗皮带上，这个过程会产生大量粉尘，根据测算破碎中产生的粒径在5μm以下呼吸性粉尘占粉尘比例的50%以上。
这样微细的粉尘，在下落及随后的输送带转运过程中受空气阻力和冲击气流的影响飞扬开来，长久不能沉降，造成严重的粉尘污染，该产尘点粉尘浓度高达500～2000mg/m3，远超国家标准，同样需增设降尘装置。
4.3转载点产尘点分析。
带式输送机输送的物料在转载部位从高处下落到地面时，由于气流和粉尘的剪切作用，被物料积压出来的高速气流会夹带着粉尘向四周飞溅，另外物料在下落过程中由于剪切和诱导气流作用，高速气流会使部分粉尘飞扬。
在各转载点粉尘的治理上，刘河选煤厂在所有皮带机尾使用新型双密封导料槽，并在导料槽出口处设置防尘帘，在皮带机头卸料部位采用局部封闭溜槽，在仅采用密封产尘点的措施下，部分转载位置仍存在粉尘超标现象，各转载部位粉尘分散度见下表2。
表2各转载点粉尘分散度测量
地点
设备编号
项目
粒度范围/μm，相应分散度/%
5μm以下
分散度
＜2
2-5
5-10
10-20
＞20
220机头
220
40
32
11
12
5
72
230机尾
230
43
29
8
13
7
72
230机头
230
45
35
10
8
2
80
301机尾
301
39
35
14
9
3
74
302机尾
302
42
34
15
6
3
76
101机头
101
27
36
24
10
3
63
206机尾
206
21
38
23
12
6
59
207机头
207
28
33
27
10
2
61
732机头
732
43
29
11
14
3
72
从表2可看出，在原煤转载点及封闭效果不佳的101、206、207等部位可呼吸性粉尘分散度仍在70%以上，其他各转载点分散度均在52%～61%之间，离国家标准仍有差距，故在转载点仅采取封闭措施难以达到预期的除尘效果，故各转载点仍需增设新的降尘装置。
5降尘装置的选择
从表2可看出，刘河选煤厂各转载点、给煤机及破碎机处的产尘点的粉尘粒度在5μm以下的均占到70%左右，结合粉尘粒度小，分散度高的特点，采用高压喷雾降尘技术较为适合。
5.1高压喷雾降尘的原理：
（1）高压柱塞泵将水加压至5～10MPa，经管路送至喷嘴，水从喷嘴喷出后形成细粒水雾，雾滴与尘粒不断发生碰撞、湿润、吸附、凝结，使粉尘粘附在雾滴表面进而沉降。
（2）喷雾产生的微粒粒度在10～30μm之间，由于其粒度极其细小，表面张力基本为零，喷洒到粉尘环境中能迅速吸附粉尘颗粒，降尘功效显著。
（3）水雾在空气中逸散会产生气流，使雾滴与尘粒喷撞能量增大和碰撞几率增加，易于捕捉微细粉尘。
（4）高压喷雾能使雾滴增加带电性，加速尘粒的凝聚。
而且，高压喷雾降尘装置有安装方便，耗电量及耗水量小，对设备影响小等特点。
结合刘河选煤厂产尘点特性及高压喷雾降尘装置的特点，在降尘装置的选择上我们选用了BH-5000高压喷雾降尘装置。
该喷雾降尘装置由不锈钢水箱、柱塞泵、不锈钢管道、连接头、喷头及管道伴热组成，柱塞泵将水箱内经净化处理过的水加压至5～7MPa，再通过高压管道传送到喷嘴，在喷嘴内雾化后呈10～30μm的微雾喷射到产尘点，进而吸附煤尘并沉降。
管道的伴热装置更是避免了冬季管道冻结。
5.2BH-5000高压喷雾降尘系统的优点：
（1）雾细：
水雾越细，其表面张力越小，对粉尘吸附作用越强，而且其分散度更高，降尘面积更大。
该系统微雾喷嘴每秒能产生50亿个雾滴，雾滴直径仅为10～30μm，雾化效果极佳。
（2）节能：
该系统电机频率可根据所需喷水压力手动调节，其电机功率为1.1～4kw，主机功率很低，是离心式或气水混合式喷雾器的十分之一。
（3）操作简单：
可根据所需喷水量和喷水压力通过调压阀自行调压，通过压力表可以直观的查看压力。
（4）降尘效果强：
由于微雾量大、雾滴细而且喷出的雾滴能带电荷，能高效吸附漂浮在空气中的尘土。
6喷水压力和喷水量及喷嘴尺寸的选择
在前面各产尘点粉尘特性分析中，我们得知刘河选煤厂破碎机、给煤机和运输转载过程中扬起的粉尘都是颗粒较小的微细粉尘（5μm以下的占70%），沉降这些微细粉尘必须要有相应的颗粒细微密集的水雾才有效果，也就是说：
对于一定粒径的粉尘，需要有相应粒径的水雾和水雾密度才能将微细的粉尘有效沉降下来。
对于该厂使用的BH-5000高压喷雾系统，喷出水雾的颗粒大小和水雾流量都与供水压力有关，压力越大，水雾颗粒越小，水雾密度和流量也越大，降尘效果就越好。
但同时，压力过大喷水量过大，会影响煤的水分，同时雾滴凝结后沉降到地面上形成积水又影响厂房的文明卫生。
故结合实际情况并综合考虑降尘效率和煤的水分，确定合理的喷水压力和喷嘴喷口半径，是高效利用喷雾降尘系统的基础。
6.1水雾粒度与供水压力。
在一定条件下，水雾化出的实际粒径是不尽相同的，它有一个分部范围，不能简单地用平均值或中间值来代表，大家公认比较合理的数值使用D50来代表，即雾滴粒径小于D的雾滴质量占雾滴总质量为50%时的那个粒径。
其计算公式为：
D50=10（2.42-0.35lgP）（μm）
式中P为喷水压力，水雾粒径D50在不同压力下的计算值见表3.
表3不同压力不同口径下水雾粒径
水压P/MPa
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
喷口半径
r0/mm
0.1
32
29
27
25
22
20
16
14
12
10
0.2
38
33
30
28
25
23
20
16
14
12
由表3可以看出，在相同压力下，随着喷嘴口径的增大，雾滴粒径有所增大；减小喷嘴口径，雾滴粒径会相应减小。
在相同的喷嘴口径下，压力越大雾滴粒径越小，反之，压力越小雾滴粒径越大。
6.2降尘效率分析。
（1）喷水压力的选择。
上文我们已经提到，在喷嘴口径相同的前提下，喷水压力越大，雾滴粒径会相应减小，同时喷水量会增大，降尘效率越高。
为得出最理想的喷水压力，通过查阅资料绘制出在不同压力下降尘效率曲线（见下图1）。
其中横坐标为粉尘粒径dp，纵坐标为降尘效率η，图中曲线从下到上依次代表的供水压力分别为1，2，3，4，5,6,7,8,9，10MPa。
图1dp=0.1mm不同压力下降尘效率曲线
由图中看到，喷水压力越大降尘效率越高，对于较大的粉尘颗粒（dp≥5μm），各压力下的降尘效率曲线趋于平缓，1MPa水压下的降尘效率最大是30%；3MPa水压可以达到60%；6MPa是80%；在6MPa以上，降尘效率随压力的增加变缓，而要达到90%的降尘效率需要的供水压力是9MPa。
故综合考虑电机功率、喷水量及降尘效率，我们选取喷水压力为6MPa，80%的降尘效率已较为理想。
（2）喷嘴口径的选择。
喷嘴口径越大，喷水量越大，会提高降尘效率，与此同时喷嘴喷出的水雾粒径会增大，在一定程度上影响降尘效率。
通过查阅资料我们得出在不同压力下雾化喷嘴的耗水量（见下表4）。
表4不同压力下雾化喷嘴的耗水量（L/min）
水压P/MPa
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
喷口半径
r0/mm
0.1
4.01
5.65
6.92
7.99
8.94
9.79
10.58
11.31
11.99
12.64
0.2
6.03
8.52
10.43
12.05
13.47
14.75
15.93
17.04
18.07
19.05
当采用0.2mm口径喷嘴时，其降尘效率曲线见下图2：
图2dp=0.2mm不同压力下降尘效率曲线
通过对比图1和图2可以看出，当喷嘴口径提高时，降尘效率大约提高了10%，但从表4可看出，耗水量却是提高了大约50%，单位空间含水量大幅提高是其降尘效率提高的主要原因。
当喷水压力为6MPa时，喷水量为高达14.75L/min，会使工作地点产生积水，刘河选煤厂的平均入洗量在130t/h左右，喷水量过大，对煤的水分有较大影响，故选择较小口径的喷嘴是最优选择。
在综合考虑降尘效率、喷水量的前提下，刘河选煤厂高压喷雾降尘系统选择喷水压力为6MPa、喷嘴尺寸为0.1mm。
7安装操作过程中的优化改造
由于喷雾降尘技术在刘河选煤厂的使用尚属首次，在安装调试过程中遇到了一些难题，经优化改造，这些问题被逐一解决，现将经验分享如下：
7.1喷水水质。
在安装初期，为节约用水，我们就近使用循环水作为喷淋用水，由于选煤厂循环水有一定浓度，不可避免的含有少量细泥，因喷嘴内部结构复杂而且喷嘴口径细小，堵塞喷嘴的现象时有发生，在将取水点由循环水改为清水
7.2水箱锈蚀。
为节省材料费用，刘河选煤厂采用自制喷雾降尘水箱，可自制铁水箱在使用一段时间后出现锈蚀现象，铁锈随水流到喷嘴处易堵塞喷嘴，曾一度影响喷雾降尘系统的正常使用，在将铁制水箱更换成不锈钢水箱后，喷嘴堵塞现象大为好转。
7.3喷嘴位置选择。
在安装喷嘴时，为加大喷雾面积，提高水雾与粉尘接触面积，将喷嘴距尘源距离定为1米左右，可在使用时发现，喷嘴距离过远，降尘面积虽增大了，可水雾随气流逸散后，降尘效果不甚理想，在将将喷嘴距尘源距离减小到0.5米左右后，降尘效率大幅增强。
7.4降尘系统开启方式。
BH-5000型喷雾降尘系统在开停方式上有定时开停及随生产系统同步开停等方式，可在实际生产中，开停机时间不固定，而且随煤质变化，当煤水分偏高时，无需使用喷雾降尘系统，故结合刘河选煤厂的生产实际情况，我们将喷雾降尘系统的开停方式设为就地人工开启，可各集控室距降尘系统主机较远，开停系统时费时费力，为此该厂技术人员自制远程遥控系统，通过集控室使用遥控器开停降尘系统，远程遥控的方式使降尘系统开停灵活方便。
7.5水箱液位控制。
在刚投入使用时，降尘系统水箱无液位控制系统，在使用过程中需人工观察水箱液位，由于人工操作的不确定性，水箱液位不够时影响降尘系统正常使用；水位过高水流溢出后又浪费水。
为此，刘河选煤厂在水箱中加设浮球电子阀控制水箱液位，实现了液位的自动控制。
8降尘系统的使用效果
刘河选煤厂喷雾降尘系统投入使用后，有效控制了该厂转载点、给煤机、破碎机等处的粉尘，补齐了该厂粉尘治理上的短板，促进了该厂环保达标，改善了职工工作环境，得到了全体干部职工的一致好评，其效果突出表现在以下几点：
8.1降尘效果明显。
在喷雾降尘系统投入使用后我们对各产尘点粉尘分散性进行了监测（见下表5）。
表5使用后各转载点粉尘分散度测量
地点
设备编号
项目
粒度范围/μm，相应分散度/%
5μm以下
分散度
＜2
2-5
5-10
10-20
＞20
220机头
220
20
16
28
26
10
36
230机尾
230
22
15
21
27
15
37
230机头
230
23
18
26
24
9
41
301机尾
301
20
18
35
19
8
38
302机尾
302
21
17
38
16
8
38
101机头
101
14
18
46
15
7
32
206机尾
206
11
12
58
10
9
23
207机头
207
15
17
48
15
5
32
732机头
732
22
15
28
27
8
37
从表5中可看出，在使用喷雾降尘系统后5μm以下可呼吸性粉尘的分散度下降了一半以上，粉尘浓度降至10mg/m3以下，降尘效率普遍达到70%以上，达到了环保标准，使刘河选煤厂的粉尘治理再上一个新台阶。
8.2改善职工作业环境。
在喷雾降尘系统成功应用后，各转载点粉尘得到了有效控制，特别是206手选皮带、230皮带机尾、原煤仓上等粉尘较大岗位的作业环境得到了巨大的改观，切实有效的保障了职工身体健康。
8.3降低了职工劳动强度。
在以往粉尘现象明显时，各岗位设备和地面粉尘清理工作量较大，在有效控制了粉尘后，职工劳动强度明显降低。
8.4保障精煤水分。
在喷雾降尘系统投入使用前，我厂732综合精煤转载皮带使用洒水降尘装置降尘，该装置洒水不呈雾状，降尘效率低而且由于洒水量大，对精煤水分影响较大，在使用喷雾降尘系统后，雾化后喷水量小降尘效果明显而且对精煤水分影响较小，保障了产品质量。
8.5避免煤的流失。
煤尘飞扬会造成部分煤尘随气流飘散到空气中，从而造成煤的流失，而喷雾降尘系统成功应用后，降尘效率达到了70%以上，有效避免了煤的流失。
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