巴基斯坦塔尔煤田一区块露天煤矿一级破碎站综合除尘系统

王晓帆，张继平，张 洪，蔡忠超

（1.上海电气集团股份有限公司，上海 201199；2.中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015）

露天煤矿半连续开采工艺兼具连续工艺和间断工艺的优势，由于其灵活性强、效率高，已成为露天煤矿剥采工艺的一个重要技术发展方向[1]。半移动式破碎站则是半连续开采工艺的关键环节和核心设备，其主要优点为破碎能力强、移设方便、可靠性高、维护成本低等；其主要缺点是受料过程中，开放式作业会产生大量无序粉尘[2]，不但影响设备运行寿命，还危害现场工作人员的身体健康，同时对大气环境造成污染，这与国家的法律法规相悖，也制约了经济的可持续发展，因此，做好破碎站的除尘抑尘工作就显得尤为重要[3]。

1 国内破碎站粉尘处理的方法

为解决破碎站处的粉尘污染和环境问题，目前主要采用的方法有尘源封闭法、高压喷雾抑尘法和干式布袋除尘法等，一级破碎站除尘采用方法统计见表1。

目前，国内大多数露天矿一级破碎站受料坑并未设置系统的封闭除尘设施，多为设置简易罩体抑尘，在卸料口四周加设干雾抑尘、环保水雾炮或移动式射雾器降尘，国内典型露天煤矿一级破碎站除尘方式统计见表2。

表1 一级破碎站除尘采用方法统计

表2 国内典型露天煤矿破一级破碎站尘方式统计

2 一级破碎站综合除尘系统构想

1）生产系统。巴基斯坦塔尔煤田一区块露天煤矿建设规模为7.80 Mt/a，剥离采用单斗－卡车开采工艺，采煤采用单斗－卡车+可移动式破碎站半连续开采工艺。露天矿产品煤原煤粒度为0～300 mm，去向为坑口电厂，主要包括破碎、储煤、运输等环节，一级破碎站采用移动式双齿棍破碎机，其生产能力为2 000 t/h，装料设备为载重60 t 的宽体卡车，卸车频次约为34 次/h，考虑一次卸车时间约3.5 min，破碎站设2 个卸车台位，即可满足露天煤矿正常生产要求。考虑配煤功能需要，一级破碎站设3 个卸车台位，储煤场设备选用悬臂式斗轮堆取料机[4]。

2）综合除尘系统。目前国内露天煤矿生产系统环节中的一级破碎站多采用尘源封闭法、高压喷雾抑尘法和干式布袋除尘法等，为解决现有技术存在的投资高、能耗大以及抑尘效果差等问题，提出采用相对“封闭”罩体将受料坑及运煤卡车卸载的相关区域封闭，并采取“主动”吸尘系统集中处理煤尘。

3 除尘系统布置方案

由于宽体卡车向一级破碎站卸车时，物料从高处落至受料斗内是破碎站产尘的主要原因，属于过程中的动态起尘，与操作时的作业落差和卸载强度有关[5]，故除尘点设置在卸料口周围，除尘方式采用将卸料口周围封闭+除尘器的方式。

3.1 封闭抑尘范围及方式

破碎站受料斗尺寸为9 000 mm × 9 000 mm，根据卸载平台尺寸、运煤卡车作业方式、举升厢斗尺寸、封闭抑尘效果、煤尘防爆要求、投资估算的经济性等因素，封闭抑尘罩范围提出4 个方封闭抑尘罩方案范围对比，各方案封闭抑尘罩范围示意图如图1。

1）方案1：只将受料口四周封闭。优点：封闭范围小，造价低。缺点：①不能将产尘范围全部封闭；②；除尘器检修空间不足。不推荐此方案。

图1 各方案封闭抑尘罩范围示意图

2）方案2：将运煤卡车厢斗尾部范围封闭。优点：封闭范围较小，造价较低。缺点：①不能将产尘范围全部封闭；②；除尘器检修空间较小。不推荐此方案。

3）方案3：将运煤卡车整个车体范围封闭。优点：能将煤尘范围全部封闭，尘化的气流在到达罩壁的孔口前速度已大大减弱，降（除）尘效果好。缺点：封闭抑尘罩范围大，造价相对较高。推荐此方案。

4）方案4：将整个卸载平台封闭。优点：能将煤尘范围全部封闭，尘化的气流在到达罩壁的孔口前速度已大大减弱，降（除）尘效果好。缺点：封闭抑尘罩造价比方案3 高。不推荐此方案。

考虑除尘效果、工程造价、设备选型等多种因素，推荐采用方案3 的封闭抑尘罩的范围，即将宽体卡车整个车体进行封闭。封闭抑尘罩采用多跨结构，最大跨度12 m。一般国内采用钢结构形式，考虑项目所在地塔尔地区的实际施工条件，当地钢结构型钢的加工能力极其薄弱，甚至无法采购到型钢材料。因此，确定采用现浇钢筋混凝土框架结构体系，墙体和屋面采用钢檩条加彩钢板围护的建筑形式，钢筋混凝土独立基础。

在已确定的封闭抑尘罩需预留3 处运煤卡车出入口，出入口处的封闭方式可选择橡胶挡帘、自动多段提升大门、气幕以及水幕等，封闭抑尘罩卡车进出口处封闭方式优、缺点如下:①橡胶挡帘:优点为造价低,缺点为卡车出入易磨损、封闭效果不好,不推荐; ②自动多段提升大门:优点为封闭效果好,缺点为造价高、对卡车有防爆要求、频繁开启，影响卸车连贯性,不推荐;③气幕:优点为造价低，自动形成气压，诱导气流循环，气幕屏蔽效果好,推荐;④水幕:优点为封闭效果好,缺点为需要水源，水处理的附属设施多，造价高、对煤质产生影响，受季节性影响较大,不推荐。

经比较分析，推荐采用气幕封闭卡车进出口的方式。为防止煤尘向封闭抑尘罩外区域扩散，封闭范围及形式确定采用气幕封闭卡车进出口的方式将宽体卡车整个车体封闭。

3.2 密闭抑尘罩排风量

鉴于一级破碎站的工艺设备布置，采用整体封闭的方式尽量将产尘空间全部封闭，设置吸气方向尽可能与污染气流运动方向一致来进行捕集除尘。

考虑3 个卸载台位高差为9 m、本露天矿煤含水量为40.2%（外水分）、运煤卡车载重60 t、一级破碎站能力为2 000 t/h，计算启尘量为298.6 kg/h。因为一级破碎站卸载平台卡车厢斗卸载处产尘特点瞬间尘量较大，考虑地理位置特点和空气流通需要，密封罩不可能完全密封严实，即需要考虑漏风率；再加上破碎机落料时由于落差引起的气流反冲消耗的风量；所以总风量需要考虑附加值，本研究修正系数取值1.20，即实际抽风量为85 289 m3/h。

3.3 除尘方案比选

含有煤尘空气经风机抽出后经过除尘器处理达标后排放，排风口设在罩内压力最高的部位，以利于消除正压。目前，除尘器选择种类分为干式除尘器和湿式除尘器2 种，湿式除尘器除尘器优缺点对比。

1）干雾除尘器。优点：效率高，用水量少。缺点：①水质要求较高（基本与生活饮用水相当）且初期投资较大，现场不具备能提供干雾水质的水源，需从露天矿疏干管道引水敷设管道，并增加疏干水处理系统；②不封闭，受季节风影响除尘效果。不推荐。

2）除尘喷头。优点：投资省，适应性好。缺点：①用水量大，水处理等附属设施投资大；②受地区冬季气候影响较。不推荐。

3）水膜除尘器。优点：结构相对简单、金属的耗量较小、耗水量较小。缺点：①由于高度较大，一级破碎站周围空间有限，布置困难；②在实际运行的过程中有带水的现象。不推荐。

4）振弦除尘器。优点：除尘效果好。缺点：①振弦板、高压喷头易堵；②用水量大。不推荐。

5）湿式除尘洗气机。优点：引风除尘为一体，不需另配风机，对水质、水压无要求，可循环使用，无滤网，目前应用没有易损件。推荐。

湿式除尘洗气机以洗涤液为介质，在机械力的作用下，将洗涤液雾化为细微小液滴颗粒，通过一定速度的撞击或乳化剂的作用与煤尘颗粒结合[6]，达到净化的目的。系统中除尘洗气机运行后，将含尘气体经管道送至除尘洗气机，经除尘洗气机清洗净化至回风气幕箱，由气幕口吹出。

洗气机运行时，密封罩内部产生负压，新风补入使气体流动，带走粉尘。气幕口吹出的气体形成的风墙可将密封罩内外区域隔开，因此将净化后由气幕口吹出的气体代替新风作为送风使用，使密封罩内的气体循环流动，作为粉尘的载体进行循环净化，净化后气体不向大气排放。确定除尘器的风量时，必须满足密闭罩内进、排风量的总量平衡[7]。

根据以上原则，总体排风量应大于85 289 m3/h，处理设备额定风量要大于计算风量，因此选用2 套CTL－12#湿式除尘洗气机。

3.4 回风气幕和给水及水处理

利用风幕对开放产尘环节进行软密封，在不影响生产的前提下，可有效抑尘[8]。在封闭抑尘罩内预留运煤卡车出入口，运煤卡车车头在罩体垂直线内，结合湿式除尘洗气机处理系统设置，在运煤卡车头上方安装回风气幕箱，长度大于运煤卡车出入口宽度，气幕箱下方有气幕口，净化后的中气由此向下吹出，形成1 道风墙，将内部产尘区域和室外自然区域隔开，粉尘可被密封在其中，从而达到有效控制煤尘外漏，闭罩体抑尘原理示意图如图2。

图2 封闭罩体抑尘原理示意图

洗气机用水量为40 m3/h，每天按工作16 h 计，则用水量为640 m3/d。该设备对水质要求不高，可由露天矿提供疏干水，保证洗气机用水。

破碎站洗气机废水经收集后，送至处理间内处理。处理核心工艺为传统的混凝＋沉淀＋过滤，净化后复用，处理规模为40 m3/h。

4 结语

目前我国有露天煤矿400余座，其中大、中型露天煤矿120 余座，千万吨级以上的露天煤矿约有40余座，其地面剥离、煤破碎站数量非常可观，而在露天矿破一级破碎站尘方面，尚未有一个较为完善的解决方案，进一步改善和提高的空间较大。对巴基斯坦塔尔煤田一区块露天煤矿破碎站综合除尘系统进行深入研究并确定的详细的破碎站综合除尘系统方案，对做好项目实施过程中半移动式破碎站的扬尘抑制工作，实现“破碎环节”的绿色开采，减少和避免矿区生态环境的污染，做好矿区生态环境保护和综合治理具有重要意义，对推动一级破碎站尘综合技术创新起到促进作用。