1、 煤矿装卸过程中的粉尘防治技术第一章 我国煤矿运输形势我国煤炭资源北多南少，西富东贫，煤炭消费基地主要在东部地区，而煤炭的生产与供应基本在中、西部地区，并且今后煤炭的生产有向西北部地区转移的趋势，这种错位布局导致我国煤炭运输基本上形成了北煤南运、西煤东运的格局。中国煤炭运输主要依靠铁路、公路、沿海和内河水运。煤炭的运输方式包括铁路、水路和公路，或单方式直达运输，或铁路、公路、水路多式联运（1）铁路煤炭运输基本情况我国铁路煤运量一直占煤运总量的 60%以上，煤炭运输量占铁路货运总量的 40%左右，铁路是我国煤炭运输的主要方式，而煤炭历来是铁路运输的主要货物。铁路的煤炭运量占全国煤炭运输量的 70
2、%以上，由于我国煤炭资源主要分布在西北方，而煤炭消费主要在东南方，从而形成若干从北向南、由西向东的运煤铁路大通道。据统计，我国铁路煤运量一直占煤运总量的 60%以上，煤炭运输量占铁路货运总量的 40%左右。2007 年，全国铁路运输煤炭 15.4 亿吨，而公路运煤仅 2.2 亿吨，内河运煤也仅 2.44 亿吨。而煤炭更是占据了全国铁路货运的半壁江山2007 年，铁路煤炭运输占货运总量的比重由 2000 年的 41上升至 49。2007 年跨省区的煤炭铁路运输总量为 7.38 亿吨。2008 年预计为 7.85 亿吨。目前我国铁路煤炭运价为 0.0975-0.12 元/吨公里，按山西出省煤炭 5
3、00 公里计算，运价 48.75-60 元/吨，如果换成公路运输，按每吨1.2 元/吨.公里，需要最低 600-800 元/吨，中间的差价足有 550 元左右；如果按照公路的有效半径 300 公路测算，铁路需要 30-40 元左右，而公路需要 300 元左右，如此巨大的差价促使煤炭运输率先采取铁路，铁路的运输价格低廉促使成为煤炭货种最为适宜的运输方式。然而由于铁路运输的能力有限，铁路运力的不足由公路来作为补充。在煤炭海运下水量中, 北方七港占全国外贸发运量的 97.78%, 内贸发货量的 82.30%。尤其是秦皇岛、天津、黄骅和京唐港四港合计占全部一次下水量的 94.7%。在 16 572 万
4、 t 的内贸煤炭下水总量中, 仅上海、江苏、浙江、福建、广东五省市的煤炭接卸量就有 14 680 万 t, 占全部下水量的 88.5%。上海、江苏、广东的煤炭来源较平均, 运量超过 100 万 t 的主要来源港口超过五个。浙江、福建的主要来源港口很集中, 其中浙江接卸的煤炭主要来自秦皇岛、天津港两个港口, 福建接卸的煤炭主要来自秦皇岛、天津、黄骅港三个港口。第二章 针对装卸机械的防尘技术煤矿的装卸机械包括：翻车机、卸煤机、带式输送机、卸船机、装船机、堆取料机等。2.1 翻车机翻车机是将铁路敞顶运煤车翻转一定角度，使煤靠自重卸下的一种机械。 其原理是将敞车翻转到 170-180 度将散料卸到地下
5、的地面皮带上，由地面皮带机将卸下的散料运送到需要的地方。翻车机可以每次翻卸 1-4 节车皮。早期的设备只能翻卸 1 节车皮，现在最大的翻车机可以翻卸 4 节车皮。翻车机的形式主要有转子式和侧倾式。其中使用最多的是转子式翻车机。转子式翻车机的特点是自重轻尺寸小。但地面土建费用比较大。 侧倾式翻车机使用的比较少。侧倾式翻车机的特点是自重比较大，消耗功率大，土建的费用相对要小一些。 单车翻车机的效率一般在 18-25 节车厢每小时。2.1.1 翻车机产尘机理一是翻车机在倾倒物料时, 粉尘与粉尘、粉尘与固体壁面之间产生碰撞和挤压, 半封闭空间中的空气受到扰动 , 产生运动, 粉尘剪切压缩造成尘化; 二
6、是物料在空气中以一定的速度运动时 , 能带动周围空气随其一起流动, 这部分空气称为诱导空气, 诱导空气又会卷吸一部分粉尘, 随空气一起流动,产生诱导尘化作用; 三是长方体的列车车厢, 在翻车过程中, 会绕某一轴随翻车机一起转动, 车厢的两个侧面和底面好像三面扇子, 绕轴作旋转运动, 因而会在车厢周围产生一股旋转气流, 这股气流会携带下落过程中的粉尘一起运动, 产生尘化。如图所示，主要产尘的位置在位置 3，位置是防尘的主要地方。2.1.2 治理措施主要的治理措施：设置隔栅板、加强密闭、通风除尘、加装喷雾装置、加装电除尘系统。1.设置隔栅板在料仓接受口安装隔栅板, 它是由纵向和横向的钢板通过绞合和
7、焊接组合而成。其作用主要有 3 个:一是防止大块度的物料掉入矿仓内, 保证粉尘物料的纯洁和正常分配; 二是对下落的粉尘流及其气流进行导向, 限制粉尘的飞溅和扩散; 三是对粉尘的下落起缓冲作用, 相当于降低下落粉尘的落差, 减少下落粉尘对矿仓内粉尘的冲击。2.加强密闭在地下料仓的地面水平设置挡板, 在保证翻车机安全运行的前提下, 尽可能地减少翻车机两侧的间隙, 减少粉尘向人员活动区内的扩散, 减小上升气流的横截面面积。同时, 该挡板还起到了改变气流的运动方向的作用, 从而增加了粉尘与障碍物的碰撞几率, 通过撞击作用, 实现粉尘的现场去除。3.加装通风除尘系统(1) 挡尘屏。翻车机四周布置挡尘屏,
8、 防止粉尘四处漫逸, 控制风流走向,确保操作岗位少受粉尘污染。(2)收尘罩。用来收取翻车机产生的大量粉尘,共 8 个,均匀分布在翻车机室底部, 每个收尘罩配有一个风门调节阀, 用于调节收尘罩的风量。(3) 风机。收集下来的粉尘, 经风管进入设在地下室内的风机, 风机风量 10 万 m/ h, 电机功率 132kW, 风机置于消声罩内 , 采取上述措施后风机噪音控制在 88dB(A)以内。(4)冲突网除尘器。除尘器主要由实心喷雾器、起粉尘凝聚作用的不锈钢纤维栅嵌板及分离器组成。在供水管上附有微型净水器。当含尘气流通过湿润的金属纤维嵌板时,由于纤维的振动(风速为16m/ s 时, 1 根纤维的振频
9、约 100Hz), 强化了水雾雾粒、水膜与粉尘的碰撞、凝并作用, 提高了对微细粉尘的捕获能力。气流中的部分尘粒和尘团被喷附在纤维上的水膜捕获, 随水膜的加厚和因其自重形成下降水流,并清洗纤维栅的积灰; 其余粉尘由于与纤维上的水膜碰撞而成湿润的尘粒团进入分离器而被分离。污水从排污斗排出, 净化后的空气从除尘器排风口排出。2.2 带式输送机带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。主要由机架、输送皮带、皮带辊筒、张紧装置、传动装置等组成。它可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。它既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品的输送。除进行纯粹的物料
10、输送外，还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线。 带式输送机可以用于水平运输或倾斜运输，使用非常方便，广泛应用于现代化的各种工业企业中，如：矿山的井下巷道、矿井地面运输系统、露天采矿场及选矿厂中。工作原理：带式输送机主要由两个端点滚筒及紧套其上的闭合输送带组成。带动输送带转动的滚筒称为驱动滚筒（传动滚筒） ；另一个仅在于改变输送带运动方向的滚筒称为改向滚筒。驱动滚筒由电动机通过减速器驱动，输送带依靠驱动滚筒与输送带之间的摩擦力拖动。驱动滚筒一般都装在卸料端，以增大牵引力，有利于拖动。物料由喂料端喂入，落在转动的输送带上，依靠输送带摩擦带动运送袋卸料端卸出
11、。2.2.1 无动力除尘器。无动国除尘器原理，无动力除尘器采用独特的设计理念, 根据空气动力学原理, 采用压力平衡和闭路循环方式, 最大限度降低物流导管内粉尘空气的压力。通过自动检测控制系统、粉尘空气自动循环系统、雾化湿润系统和密封阻尘系统的协调工作, 实现了粉尘空气的闭路良性循环, 解决了粉尘外溢污染环境的问题。其流程示意图如下。2.2.1.1 无动力除尘器系统组成( 1)自动检测控制系统该系统用来控制被运物料的干湿度。将特制的湿度传感探头直接触到带式输送机的被运物料上, 采集信号并传送到设备的自动控制系统, 控制系统则依据采集到的信号来控制整个系统的工作。( 2)粉尘空气自动循环系统物料在
12、落料管内自上段皮带跌落至下段皮带上时, 在跌落点处产生大量具有一定能量的冲击粉尘气流。无动力除尘器的多功能除尘室即安装在物料跌落点处的导料槽上, 其下部与导料槽连接, 上部与落料管连为一体, 使得由落料管 导料槽 多功能除尘室形成一个闭路循环系统。由于系统内存在着压差( 跌落点处压力高于落料点上部压力), 因而粉尘气流能在系统内循环运行 , 而粉尘颗粒则在运动过程中不断相互撞击, 体积增大, 重量增加 , 并最终沉降在物料上, 随物料被运走, 从而达到除尘的目的。被运输的物料则穿过尘料分离室的滤尘挡帘随皮带被运走。( 3)雾化湿润系统雾化湿润系统设置在落料管的上部。当物料输送过程中表面水分较低
13、时, 雾化湿润系统即在控制系统的控制下开始工作, 向下落的物料均匀喷雾, 其中一部分雾化水使干燥的物料得到均匀湿润, 从而降低了物料落入下段皮带时的产尘量;另一部分雾化水则扩散在自动循环的含尘气体中, 并与气体中的运动尘粒撞击、粘附, 增加了粉尘颗粒的湿度, 尘粒相互凝聚, 重量增加, 最终沉降在物料上, 随物料被运走。( 4)密封阻尘系统物料在通过多功能除尘室时, 会有少量粉尘气流被带出。该无动力除尘器在多功能除尘室的前方设置了几处滤尘室, 各滤尘室内设置的滤尘挡帘能对从多功能除尘室漏出的少量粉尘进行进一步的吸附、过滤, 从而进一步确保了除尘器的除尘效果。2.2.1.2 无动力除尘工艺物料在
14、跌落过程中产生的粉尘气流首选进入多功能除尘室并在多功能除尘室与落料管组成的闭路循环系统中循环运行, 少量含尘气体则通过尘料分离装置进入滤尘室, 经过滤尘室中滤尘挡帘的进一步吸附、降尘处理, 粉尘被滤尘挡帘吸附后落入皮带随物料被运走, 净空气则达标排放。2.3 斗轮堆取料机斗轮堆取料机是钢铁企业、矿山企业主要的装载设备, 在装载过程中会发生严重的粉尘飞扬。不同的物料在装载的过程中, 散发的粉尘量不同。据对某钢铁公司的测试调查, 装载球团矿的产尘量最大, 尘源附近 50m 范围内的瞬间粉尘浓度高达 50150mg/m3。由于其工艺过程是开放式作业, 因此, 其产生的粉尘是一种无控粉尘, 受大气环境
15、因素(风速、晴雨状况)的影响大, 现有的除尘技术或除尘效果差, 或运行成本大。无控粉尘的治理一直是一个难题。2.3.1 斗轮堆取料机粉尘析出机理任何粉尘的污染都要经过产生和传播过程。粉尘从静止状态变成悬浮状态的过程称为 尘化过程, 弄清尘源, 是治理粉尘的关键。观察和分析现场可知, 斗轮堆取料机工作时产尘有 3 个来源: 一是斗轮堆取料机的斗轮转动时, 铲斗与物料接触, 挤压和剪切物料, 产生大量粉尘; 二是铲斗卸料时, 物料被抛掷, 产生粉尘; 三是物料做自由落体运动和物料着地的过程中, 发生碰撞, 产生粉尘。在粉尘传播的过程中, 主要有两条途径 : 一是粉尘受升力作用, 飘浮起来; 二是在
16、自然风流和斗轮旋转时产生的扇风流的综合作用下飞扬, 污染环境,斗轮运转速度越快, 产尘量越大, 风速越大, 污染也越严重。2.3.2 射流自激雾化除尘系统及除尘机理对于料场的粉尘, 喷雾( 湿法)除尘由于减少了产尘量, 是各种除尘方法中综合指标最好的除尘方式。喷雾除尘在现场采用最多的是喷嘴, 如果喷嘴孔径小, 水质不好和使用环境条件差时, 容易发生堵嘴现象, 造成喷雾除尘效果差。根据雾化理论和现场的实际情况, 斗轮堆取料机取料时宜采用喷射流自激式雾化除尘技术。斗轮堆取料机喷射流自激式雾化系统主要由水箱、水泵、水枪和输水管道组成。系统工作时, 水枪对准斗轮, 射流与旋转的斗轮发生碰撞, 形成水雾
17、。一方面小雾滴与飞扬的粉尘凝并, 捕捉粉尘; 另一方面, 大雾滴与物料再次碰撞, 实现二次雾化, 凝并, 捕捉粉尘细小粉尘; 三是雾化水湿润物料, 可减少粉尘的产生量。射流在撞击前, 水滴所受的内部压力与外部气体压力和表面张力压力相平衡。撞击发生后, 水滴的运动学过程(撞击的流体动力学过程) 可分为两个阶段。在第一阶段, 撞击开始时, 水滴内部产生压缩波, 将水滴分为低压区和高压区。此时水滴与固体表面的接触区扩展得比压缩波波前快, 压缩波波前一时尚未赶上接触边缘。但是到了某时刻, 压缩波波前赶上接触边缘, 随后压缩波脱体, 边缘附近流体的高压已使得自由面不能再维持原来的位置, 所以液滴发生连续的变形, 但此时并不破碎。在第二阶段, 液滴破碎形成许多微小水滴并以很高的速度从边缘射出, 这样就完成了撞击雾化的过程。总之, 射流自激雾化除尘的机理主要是惯性碰撞、截留、扩散、凝聚、重力、湿润物料粘滞粉尘等多种作用的综合。
