矿区环境污染与治理实习文献综述报告.docx

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矿区环境污染与治理实习文献综述报告

《矿区环境污染与治理实习》

文献综述报告

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摘要

本文介绍了沸腾炉与层燃炉的性质与工作原理，矿山废水的特点与处理工艺、工艺流程以及水泥厂烟尘、粉尘的产生与治理，采用了气箱脉冲袋除尘器。

还有煤矿瓦斯气体的利用和高抽巷瓦斯抽放技术，最后是电厂锅炉烟气的处理和除尘器的机理。

关键词：

沸腾炉层燃炉沉淀池水煤浆除尘器

第1章沸腾炉层燃炉

1.1简介

沸腾炉主要用于处理矿石粒度为3~0毫米（5~0毫米）的一种炉型[1]。

沸腾焙烧以流态化技术为基础。

固体颗粒在气流的作用下，构成流态化床层似沸腾状态，被称作流态化床或沸腾床。

这样矿石可在沸腾状态下进行加热还原，有利于提高焙烧矿质量。

焙烧炉由主炉和副炉组成。

主、副炉中间设有隔板，上部连通，炉膛为方形断面，主炉下部还原带为圆形筒体，底部设有气体分布板。

副炉内有10层档料板。

炉体为砌砖结构，金属外壳。

主、副炉在不同高度上，设有三排煤气烧嘴，供燃烧用。

此外，还有测温和测压装置。

沸腾锅炉的工作原理是将破碎到一定粒度的煤末，用风吹起，在炉膛的一定高度上成沸腾状燃烧。

煤在沸腾炉中的燃烧，既不是在炉排上进行的，也不是像煤粉炉那样悬浮在空间燃烧，而是在沸腾炉料床上进行的。

沸腾炉的突出优点是，对煤种适应性广，可燃烧烟煤、无烟煤、褐煤和煤矸石。

它的另一个好处在于使燃料燃烧充分，从而提高燃料的利用率。

沸腾料层的平均温度一般在850--1050℃，料层很厚，相当于一个大蓄热池，其中燃料仅占5％左右，新加入的煤粒进入料层后就和温度高几十倍的灼热颗粒混合，因此能很快燃烧，故可应用煤矸石代替。

生产实践表明，利用含灰分高达70％、发热量仅7.54MJ／kg的煤矸石，锅炉运行正常．40％一50％的热可直接从床层接收。

1.2工作原理

固体燃料在炉内被向上流动的气流托起，在一定的高度范围内作上下翻滚运动，并以流态化（或称沸腾）状态进行燃烧的炉膛，又称流化床燃烧炉。

沸腾燃烧方式也用于其他的炉窑中。

沸腾燃烧方式的特点既不像在层燃炉中那样将固体燃料静止地放在炉排上燃烧；也不像在室燃炉中那样将液体、气体或磨成细粉状的固体燃料悬浮在炉膛空间中燃烧，而是把固体燃料破碎成一定粒度的粉末，使之在炉内以类似沸腾的状态燃烧。

在中国，沸腾炉用煤的粒度一般为8毫米以下。

1.3结构和工作过程

常用沸腾炉燃烧室的典型结构包括布风系统、沸腾床、进料和排渣系统3个部分。

1.3.1布风系统

燃烧室底部为布风板，板上直接开孔或装许多带通风小孔的风帽。

布风板的作用是承载料层并使空气上升速度沿炉内截面分布均匀。

1.3.2沸腾床

布风板上放置一定量的床料（包括固体燃料和大量的灰渣或石灰石颗粒）。

运行时，当料层中的空气达到一定上升速度时，沸腾床上的床料便从静止状态转入沸腾状态，这一风速称为临界沸腾风速。

为了保持剧烈的沸腾燃烧工况，沸腾炉正常运行时的风速要比临界沸腾风速大，使料层膨胀到一定高度。

床料沸腾高度约为静止料层的两倍，在此容积的燃料呈沸腾状态，故称为沸腾床，小颗粒则被气流带出炉外。

布置在料层中的管子称为埋管，可以垂直、水平或倾斜放置。

管内可通以水、蒸汽或空气以吸收燃料在床中燃烧所释放出来的热量，使床温保持在800～1000℃。

1.3.3进料和排渣系统

一定粒度范围的燃煤从煤仓经给煤机送入料层内，燃尽的煤渣一般从溢流口排出。

1.4层燃炉

层燃锅炉是由给煤机将煤粒经煤斗送入炉膛,绝大部分煤粒在火床上燃烧,只有一小部分细粒燃料被吹到炉膛形成悬浮燃烧。

其燃烧过程是沿着煤层高度进行的,自上而下依次经历着煤层的热力准备层、还原层、氧化层和灰渣层,生成的烟气则经过锅炉的各级受热面进行换热后离开炉体,经除尘器除尘,通过引风机烟

囱排入大气。

燃烧系统代表性的设备有给煤机、煤斗、炉排、送风机、引风机等。

层燃锅炉点火前应当对炉膛、烟道进行不少于5min时间的吹扫,其过程已经有一套完善的经验。

由燃烧的四条件:

足够的炉膛温度、强烈的扰动混合、充分的燃烧时间和适当的空气量可知,维持足够的炉膛温度和适当的一次风量是层燃锅炉启动的关键。

层燃锅炉的尾气脱硫、脱硝（氮）技术投资和运行费用昂贵,难以推广应用;由于炉膛内的燃烧温度可达1200℃左右,NOx随着温度的升高,尤其当温度大于1500℃时,温度型NOx的生成速度呈指数规律迅速增加。

第2章矿山废水

2.1特点

矿井水按水质类型特征分为含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水、酸性矿井水和含有害有毒元素或放射性元素矿井水等四种类型。

矿井水水质与地质条件密切相关，受到煤岩杂质、胶体物和井下生产、生活活动的污染，矿井水中一般均含数量不等的悬浮物。

2.2处理工艺

常规处理工艺有平流沉淀池、斜板/管沉淀池，效率更高的有迷宫斜板沉淀池，一体化设备实质上也是斜板/管或迷宫斜板沉淀池的变形或改进。

由于矿井水与普通地表水的水质特性差异较大，悬浮物不易沉淀，如果按照地表水水质设计，一般净水设施的处理量只能达到其原设计水处理量的40%-60%。

因此，设计矿井水的混凝沉淀环节时，相对于地表水设计需扩大2-3倍。

由于不同煤化阶段的煤分子结构大不相同，煤粒表面所带电荷数量也不相同，因而其亲水程度各异，随着煤化程度的增高，憎水程度加强，煤粉表面与水和无机混凝剂的亲和能力减弱。

对于煤化程度高的煤矿矿井水，悬浮物混凝沉淀效果很差，为了保证出水效果，常常将斜板/管沉淀、一体化设备和过滤等工艺结合起来。

常规矿井水处理工艺流程图如下。

2.3工艺流程及参数简述

2.3.1水线

矿井水通过井下排水泵由井下水仓提升到地面预沉调节池，预沉调节池有效容积一般为日平均时处理量的6~8倍，经过预沉调节池调节水质水量后的含悬浮物矿井水进入混凝沉淀车间和一体化处理设备，出水SS<10mg/l，消毒后回用。

2.3.2泥线

大粒径的煤、岩颗粒物大部分沉淀在井下水仓（每隔一段时间清理），预沉调节池中也会沉淀较大颗粒物需不定时排泥，各处理构筑物处理过程中产生的污泥经过浓缩后由污泥泵泵入污泥脱水设备。

第3章水泥厂烟尘、粉尘

3.1烟尘

用于水泥厂的除尘器主要有：

高效旋风除尘器、高能湿式文氏管除尘器、静电除尘器和布袋除尘器。

高效旋风除尘器因占地面积大，低温高湿条件下粉尘易结团而造成下灰不畅和除尘效果不稳定而不宜选用。

高能湿式文氏管除尘器则因泥浆难于处理而不考虑选用。

静电和布袋除尘器除尘效率均在98％以上，都能达到排放要求。

静电除尘器的优点是阻力小，运行费用低j耐高温性能好，维护管理方便，缺点是粉尘比电阻有一定的要求，如比电阻太高，除尘效率将降低。

布袋除尘器优点是运行稳定，除尘效率高，可稳定达到，99．5％以上，缺点是系统阻力较大，运行费用相对较高，滤料对温度有一定的要求，应采取防高温措施。

根据文献和水泥厂实际调研，用于烟气除尘的工艺主要有静电和布袋两种。

3.2粉尘

3.2.1排放源

水泥厂运输原料的方式有皮带机、螺旋输送机和斗提机等。

由于在下料点处会产生扬尘，尤其是大型斗提机，会在物料进口处产生较强的扬尘。

原料储存有堆场和库存的方式，按原料种类可将储料库分为生料原料库、熟料库和水泥库等。

当物料从储料库库顶的放料口进入的同时会带入气体，在库仓内形成正压而使粉尘外泄。

水泥厂采用的烘干方法，除自然烘干外，主要有两种，一种是粉磨过程中同时进行烘干，另一种是设置单独的烘干设备．国内水泥厂烘干设备一般有回转烘干机、立式烘干机、悬浮烘干机和流态烘干机，而使用较为普遍的是回转烘干机。

烘干设备排出的废气是水泥厂主要的粉尘排放源，尤其是粘土排放系统。

3.2.2煤粉的除尘

由于含煤粉气体易燃易爆，成堆的煤粉在一定条件下也会自燃，所以煤磨系统除尘设备必须考虑防燃防爆、安全卸压问题，如在除尘器上设防爆阀．同时煤磨用袋式除尘器必须采用抗静电滤料（如纤维防静电混纺织物），防止由于静电引起燃烧、爆炸事故．

3.2.3生料粉的除尘

生料磨除尘的难点是原材料中的水气致使除尘设备结露，尤其在冬季，其关键是保温和抗结露，必要时可在磨机出口处装--tJ,型热风炉，使废气温度高于70℃．同时冷空气的漏人也会使磨内烟气温度接近露点温度而引起普通生料磨除尘器结露，时间一长滤袋就会板结，使清灰效果恶化，故应采取措施以保证漏风率低于2％．不带烘干的生料磨可采用常温脉冲袋式除尘器。

3.2.4水泥粉的除尘

主要采用“气箱脉冲袋除尘器”。

这种除尘器因采用压缩空气清灰，清灰力度较大。

采用“气箱脉冲袋除尘器”的同时，还要选择能够处理高浓度含尘气体的滤料，如薄膜覆合聚酯针刺毡具有独特的交叉微孔特性，可实现近于零排放，并且阻力力低而稳定，过滤速度快（1．5

），对吸湿性强、易粘结硬化的粉尘具有良好的剥离性。

薄膜覆合聚酯针刺毡的正常使用寿命可达3-8年，可保证废气的粉尘排放浓度低于20

。

第4章煤矿瓦斯气体

4.1

瓦斯作为一种优质、清洁的宝贵能源，具有可燃值高、成本低等特点，如何有效地利用矿井抽出的瓦斯气体，以用促抽，抽用并举，对于提高矿井安全指数，创造矿井新的经济增长点具有重要的战略意义。

4.2水煤浆

水煤浆是一种煤基洁净燃料，燃烧效率高，与煤粉相比，由于水煤浆有低灰低硫的特点，排烟含尘量和含硫量有较大幅度的降低．烟气林格曼黑度可达零级，各项排放指标均能达到环保要求，可减少环境污染，改善工人的劳动环境和居民的生活环境。

对于燃煤的企业，由于无煤场和制粉系统，具有生产流程简化、节省人力和资金投入较少的特点，另外，其环境粉尘、噪音污染也有很大降低，也提高了燃料使用全过程中的安全性。

水煤浆由于其流动性好，便于管道运输，管道运输投资少、占地少、运行费用也较低。

从资源上看，目前我国已经具备了成熟的水煤浆生产制备技术和定型生产设备，生产的水煤浆稳定性好，浓度高、有较好的流动性，能够顺利地实现泵送和雾化。

且国内已建成许多大型的水煤浆厂，水煤浆的供应不存在问题。

因而在重油和天然气价格较高的地区，水煤浆代油、代气是降低企业燃料成本，增强企业竞争力，大幅度提高企业经济效益的切实可行的重要途径，有着极高的推广应用价值和广阔的发展前景。

4.3高抽巷瓦斯抽放技术

采用综采放顶煤和炮采放顶煤工艺进行回采，一次采全厚。

根据矿井瓦斯涌出统计资料分析，矿井瓦斯涌出的70％以上来自采掘活动中煤体破碎后的解吸瓦斯，而这部分瓦斯主要集中于工作面采空区老塘空间内。

根据矿山岩层移动理论，采场上覆岩层在回采工作面采动以后．可分为冒落带、裂隙带、弯曲下沉带。

沿工作面的推进方向又分为煤壁支撑影响区、离层区、重新压实区。

初采期采空区中部裂隙最发育，当工作面推进一定距离后，原来的离层区被逐步压实，采空区中部覆岩的采动裂隙离层与竖向裂隙趋于压实闭合，而在工作面开切眼及终采线侧、工作面进、回风巷侧由于煤柱的支撑作用离层反而能够长期存在，从而在采空区四周存在一个连通的采动裂隙发育的“O”形圈。

由于采动裂隙“O”形圈的存在，为采空区瓦斯流动和贮存提供了通道和空间，是采空区瓦斯聚积的地方，顶板高抽巷抽放原理就是利用这一原理进行抽放，即将巷道布置在裂隙带和“O”形裂隙圈内。

当工作面开采过高抽巷后，当顶板跨落顶板岩层及煤层卸压，原来煤层中的瓦斯压力平衡遭到破坏，围岩、煤层、采空区遗煤解吸的瓦斯在抽放负压作用下向高抽巷流动，通过“高抽巷”将采空区内瓦斯及时抽出，达到治理采空区瓦斯的目的。

第5章电厂锅炉烟尘、气

5.1袋式除尘器

袋式除尘器对烟尘适应性强、不受粉尘比电阻的影响、除尘效率高、运行可靠，使得电厂燃煤锅炉应用袋式除尘设备成为合理的选择。

从减少空气动力阻力的基本条件可知，当气体流动顺畅、平缓、流程短、不发生涡旋时，流动阻力将会减小。

直通均流式袋式除尘器，在结构设计上满足这个条件，形成传统大型袋式除尘器所不具有的特征。

5.2除尘系统相关参数设置

5.2.1进风口

烟气从炯道进入除尘器时．流速会因烟道截面增大而降低，而惯性或紊流还有可能造成对入口滤袋的冲击．因而。

只有合理的烟气人口空间和进口布风设计，才能保证气流均匀平稳地进入布袋除尘器。

尤其是粉尘浓度过大时（比如脱硫后炯气粉尘浓度会急剧增加）更容易造成对人口滤袋的冲击，使得系统在投入运行后不久。

除尘器入口处就会出现滤袋破损的现象．同时，还会影响到附近区域的滤袋，给系统带来很大的被动。

5.2.2清灰方式及清灰参数设置

对于袋式除尘系统，能否有效清灰是影响除尘系统正常运行的关键因素。

目前，国内已经投入运行的布袋除尘系统大多选用脉冲清灰（包括高压脉冲清灰、长袋低压脉冲、脉冲回转清灰、气箱脉冲清灰等），也能够看到反吹风清灰除尘系统应用于燃煤锅炉。

对于脉冲清灰，合理的喷吹时间问隔设置和清灰序列设置是保证有效喷吹的必要条件。

同时，在粉尘浓度不同时（比如在脱硫后除尘系统．脱硫运行时和不脱硫时粉尘浓度相差很大）．喷吹参数要相应调整。

另外，在除尘设备运行的不同阶段．清灰参数也应该做相应的调整．以保证除尘系统清灰性能的稳定。

5.3核心部件选择

5.3.1喷吹阀

喷吹阀能否正常工作。

直接影响除尘系统的清灰性能，系统运行阻力、高性能喷吹阀是除尘器平稳运行的必要条件。

喷吹阀膜片虽然大部分时间不直接接触腐蚀性气体，但是在连续工作过程中，可能会凶烟气冷凝等因素使得腐蚀性物质侵蚀到膜片而影响寿命。

因此，安装脉冲阀应考虑避免腐蚀性凝结液体侵蚀到膜片或者考虑脉冲阀膜片采用耐腐蚀材质。

5.3.2滤袋

滤袋是决定除尘系统能否达到理想运行效果的核心部件，一台设计完美的除尘器，滤袋的性能决定其运行效果。

1）滤料材质的选择。

在燃煤锅炉中，炯气含有水和SOx，NOx，CO：

等，在正常的运行工况（连续运行温度在160℃，瞬间不超过190℃），良好材质因其优异的耐腐蚀耐水解性能，可以很好地应用于该类烟气的过滤，如PPS（聚苯硫醚）材质滤袋使用寿命大约4-6年。

在国外，有些除尘系统凶脱硫使得除尘器入口烟气温度降低到90℃以下。

如采用DT（亚克力）材质，滤袋使用寿命就可达4年。

对于燃烧工况不是很稳定，或炉膛燃烧温度较高而容易产生NO。

的烟气条件，需要根据锅炉燃烧形式以及烟气特点考虑滤料的选择。

2）滤料重量的选择。

滤料的重量取决于除尘器的清灰方式以及对排放的要求。

对于长袋低压脉冲清灰的除尘器，滤料重量可以选择0.50-0.58

，常用的选择是0.55

；对于高压脉冲清灰的除尘设备，滤料重量可以选0.55-0.60

；对于反吹清灰除尘器，滤料重量可以取0.45-0.50

。

同时，在较为严格的排放条件下，建议滤料重量适当增加。

3）滤料的几个关键工艺参数和后处理。

第一，热定型。

其目的是为了保证在较高温度条件下，滤袋经过长时间运行后.尺寸不会收缩，保证滤袋与袋笼之间稳定的间隙，在喷吹时保证足够的抖动空间．以达到稳定的清灰效果。

一般滤料的标准是在该材质能够允许的极限条件下热收缩率小于1％，否则将会严重影响除尘器日后的运行效果。

第二，滤料的孑L隙率和密度。

在滤料投入运行过程中，理想的状态是使粉尘尽可能地接近滤料表面，才能在运行中保证连续平稳的运行阻力。

通过滤料生产工艺参数的调整可以保证滤料合理的密度，同时加上有序的纤维配比。

使得滤料达到较为理想的接近表面的过滤效果。

第三，滤料的透气量。

同样重量的滤料。

其密度越高的，透气性越小。

但滤料的初始透气性大小并不能够代表其投入运行后的运行状态的优劣。

第四，浸渍处理。

浸渍处理是滤料经过特氟龙乳液的浸泡后再经过烘干和定型，使得滤料纤维表面裹覆特氟龙。

特氟龙优异的抗黏结能力可以提高滤料的清灰性能，降低纤维的敏感性，使得在高温下滤料纤维得到适当保护。

延长滤料的寿命。

第五，超细纤维。

在较为严格的排放要求时（小于10mg／ms），可以在滤料生产过程中添加一定比例的超细纤维。

以达到更高标准的排放要求，同时有利于降低除尘器的运行压差。

5.4除尘器原理

除尘器进口喇叭设在中箱体上，锅炉烟气经气流分布装置进行烟气量分配且整流，整流后的烟气流向袋式除尘器过滤空间。

烟气通过外滤方式进行过滤，粗粒粉尘主要靠重力、惯性碰撞作用落入灰斗，捕集细粒粉尘主要靠筛滤作用。

粉尘被阻留在滤袋外表面，净化后的烟气沿袋内向上流的，在上箱体汇集后从尾部出口流向引风机。

随着滤袋表面粉尘量的不断增加，过滤阻力也逐渐增加，当达到规定的上限值时，对滤袋进行清灰；当过滤阻力降低到下限值时，停止清灰。

清下的粉尘通过灰斗排出，达到除尘目的。

滤袋清灰采用脉冲喷吹方式。

清灰时自动控制系统发出信号，脉冲阀迅速开启，压缩空气在瞬间释放，经由脉冲阀和喷吹管向滤袋内喷射，滤袋因此而迅速向外急骤膨胀，当其膨胀到极限位置时，由于受到很大的张力而获得最大反向加速度，产生一个冲击振动。

滤袋表面的粉尘由于惯性而从滤布上脱落下来。

参考文献

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