煤矿微动力除尘器的应用探讨

陈旭亮

（山西鲁能河曲电煤开发有限公司上榆泉煤矿，山西 忻州 036500）

1 案例分析

某煤矿公司主要位于山西寿阳县，矿井的位置在沁水煤田的东北部，与阳泉的距离为25 公里，与太原的距离为60 公里，设计储量为7.9 亿吨，设计可开采25 亿吨，其中3 号煤层的储量为20.1 亿吨，9 号煤层的储量为0.82 亿吨，15 号煤炭的储量为2.3 亿吨，主要以无烟煤为主，是典型的优质品种，可以作为电煤进行使用。煤层赋存平缓适合开发利用。

该矿有些改造工程采用了微动力降尘装置。该项装置的运行避免了电力消耗，其整个运行流程是根据空气动力学原理，将压力平衡原理和闭环流通相结合实现粉尘在闭环中进行除尘循环，但是本次改造的微动力降尘装置的对于大颗粒的粉尘的降尘效果较好，相对小的粉尘颗粒的除尘效果相对要差一些，其整体的排放浓度效果不符合车间内要求的排放标准。

地面生产系统中存在以下特点：①输煤系统生产工艺的复杂、设备种类较多、粉尘点较分散；②地域性褐煤品种的特性：易风化、粉煤多、亲水性弱等；③北方现场长年气温低、持续时间长；④选煤厂输送设备带速快、煤运量大；⑤设备之间落差大、原有生产设备密封性差；⑥破碎设备风流产生强、振动筛和给料机启停运行不规则等诸多因素，使地面生产系统范围内的粉尘浓度达到50～500mg/m3之间，造成作业场所严重污染问题、给现场工作人员身心健康造成了严重的损害。此外，大量的煤尘形成，也造成原煤输送过程中的直接损失。因此从环境和经济性考虑，研究生产系统降尘除尘的必要性非常大。

2 微动力除尘器流程图(见图1)

图1

3 微动力除尘设备结构原理

3.1 密封总成

在除尘器安装范围内安装密封导料槽，通过将支架焊接到皮带架两侧以固定导料槽板，导料槽板为6mm 厚，单侧板长1500mm，槽板上平面铣φ 12 形孔，形孔间距≤200mm；在导料槽上安装裙板加固装置，最后在两侧导料槽板上安装整条防溢裙板，材质为8mm 厚耐磨橡胶，不伤皮带，经久耐用，与导料槽板连接方式为楔板夹紧连接、没有露点、密封性更好、拆卸维护方便。（见图2）

图2

3.2 粉尘沉降室

在粉尘生成点外加装粉尘沉降室，最大限度降低密闭物料输送部分内粉尘空气的压力，随着粉尘循环过程中能量逐渐降低，大部分粉尘沉降与物料之中，主要是起到缓解粉尘冲击、减小其能量的作用。整体采用框架结构，板材厚度为3mm，两侧均设置安全检查门。

3.3 阻尼室

阻尼室主要功能为完成带式输送机头部进料口或导料槽尾部的密封工作，其内部设由2 组滤尘胶帘，外部由Q235 钢板加工而成。结构牢固，可杜绝粉尘从导料槽后部溢出。内部滤尘胶帘拆卸更换方便。

3.4 栈桥微环室(微环分离室)

栈桥微环室安装在现场原导料槽上方，每个栈桥微环室中均有1 组滤尘胶帘。分布在微动力功能室与微动力除尘器之间的栈桥微环室，在滤尘胶帘的配合下将导料槽分隔成若干个空间，各空间设备可良好的完成除尘工作，互不影响。同时粉尘在通过栈桥微环室的时候部分少量灰尘撞击栈桥微环室前端的斜面，消耗动能最后自由沉降至皮带与物料一同运走。 在倒料槽出口的栈桥微环室可完成对粉尘的最后阻挡过滤工作，确保物料运出导料槽时没有灰尘。

3.5 滤尘胶帘

滤尘胶帘采用柱状优质橡胶帘加衬无纺布组成。柱状胶帘共计5 层，固定在安装板上。独特的可升降结构延长了滤尘胶帘的使用寿命。滤尘胶帘密封良好且具有过滤功能。在倒料槽内可实现风走尘留的效果。

3.6 微动力功能室

微动力功能室为小型布袋除尘器，内置防水防油单面压光涤纶针刺毡滤袋，滤袋形式为扁布袋，这种滤袋特点是在相同的空间内过滤面积远远大于其他形式的滤袋。支撑骨架为镀锌网格骨架，和滤袋紧密贴合在一起，有效传递清灰动力；根据现场实际选择负压风机，粉尘由滤袋进行过滤，粉尘被阻留在滤袋外表面，已净化的气体通过风机直接排出。当滤袋外部粉尘聚集到一定厚度时，启动清灰装置，清灰电机通过传动装置使滤袋进行拍打动作，使吸附在滤袋表面的灰尘下落到皮带上，随物料一起运走。

3.7 电机控制部分

控制箱采用时序控制，根据现场实际情况，设置风机和振打电机的交替工作时间。负压风机采用变频器控制，变频器既可以依据现场扬尘情况调节负压风机风速，又对负压风机起到保护作用。

4 除尘设计计算

除尘器内气体基本流速为l～2m/s，捕集粉尘粒径在40μ m以上，压力损失比较小。在整个除尘计算中，将气流假设为水平状态下的均匀气流，且假设尘粒的速度与气流速度相同的前提下进行。当除尘器的结构尺寸逐渐增大，且粉尘在穿过除尘器长度时（长度设为L），气体流速设为V，气流促使粒子通过借且自身的重力作用进行沉降，其沉降速度设为W，以此速度下降至除尘器的底部位置。当尘粒缓缓沉降至除尘器底部时，其降落时间小于或者等于气体气流穿过除尘器的时间。

将气流穿过除尘器整个长度的时间设为t，

t=L/V (1)

式中

L 为除尘器的长度，单位：m；V 为气体流速，单位：m/s。

将尘粒自沉降至底部的时间设为ta；

ta=H/Wa(2)

计算公式中的H 为除尘器的高度，单位：m；Wa为尘粒降落的速度，单位：m/s。

假设尘粒不能被气体流速带走，其中必然会使ta≤t，即H/Wa≤L/V

在进行设计时，需要依据下面的计算公式得出沉降室的主要结构尺寸：其中除尘器长度公式为：L=HV/Wa；计算除尘器高度公式为：H=LWa/V；计算除尘器的宽度公式为：B=A/H=Q/(3600H·V)

计算公式中：A 为除尘器的横截面积，m2；

Q：气体流量，单位：m3/h。

假设除尘器中的气体中所含的尘粒形状均为球形，尘粒直径范围在1～100μ m，以斯托克斯定律为计算依据，尘粒在降落过程中仅受气体的作用阻力。同时，测试出尘粒的密度。

Fg=π da3(ρk-ρt)g/6 (3)

式中Fg：尘粒的沉降力，单位：N；

Da：尘粒的当量直径，单位：m；

ρk：粒的密度，单位：kg/m3；

ρt：气体的密度，单位：kg/m3；

g：重力加速度，单位：m/s2。

F=3π μ daWa(4)

式中F：气体阻力，单位N；

μ ：气体黏度，单位：Pa·s。

假设尘粒种类一定、尘粒直径相同、气体状态基本一致时，得出尘粒所受到的沉降力为Fg，其确定为定值。以此为前提，尘粒初始是以静止状态进行沉降时，其沉降过程中速度很小；假设F＜Fg的前提下，尘粒将呈现等加速度进行沉降，在降落过程中其速度会以不断增加的现象呈现，则会受到气体阻力F 且呈不断增加状态；当沉降力满足Fg=F 时，尘粒在除尘器中的降落速度逐渐减缓，即不再增加，而是以均匀的速度降落，此时的降落速度即为尘粒的沉降速度。

将公式中3～4 的计算结果代入至尘粒匀速沉降的条件式Fg=F 中，则

π da3(ρk-ρt)g/6=3π μ daWa

通过移项计算整理后，可以得出沉降速度：

Wa=da2(ρk-ρt)g/18μ

而以匀速沉降的尘粒的直径为：

da=[18μ Wa/(ρk-ρt)g]

式中da：斯托克斯粒径。以上公式中的尘粒均假设为球状粒子进行计算，但其实际状态并非全部呈现为球状粒子，因此，需要按照以现的公式进行调整修正。

da=0.65d

式中d 为形状不规则尘粒的粒径，单位：m；

0.65 为形状修正系数。

5 微动力除尘技术的局限性

本次改造工程所采用微动力除尘技术，通过以上的除尘系统运行实验后，各项除尘指标均满足相关标准，同时在试运行的一年时间内，基本没有发生较大的机械维修或检修事项。车间的物料污染物在通过微动力除尘的应用处理，现场的作业环境有着明显的改善。设备经过改造后依然存在如下的应用问题:

经改造后的应用效果，落料点机械设备破碎机需要在与除尘系统相衔接处的密封工艺需要用铁板进行牢固焊接密封，在对破碎机进行检修时，需要将给料机的密封材料进行拆除，这给检修工人的作业带来一定的不便。对此建议将其部分选择皮带等一些柔性材料代替且采用法兰紧固密封，为机械设备的维修或更换提供方便;原喷雾设备采用了皮带托棍的方式进行感应，而起到支撑作用的托棍弹簧在受到物料冲击的情况下容易损坏，建议选择更加耐用的支撑材质，以确保喷雾设备的应用效果。

结束语

总而言之，微动力除尘器，采用粉尘生成点直接捕集的办法，只要传输带周围空间允许，不占用其它空间场所，安装灵活，使用方便，低能耗，被捕集的粉尘直接落入同种物料中，节省资源，维护费用极低，不存在二次污染问题。电气控制也是针对现场情况，从安全可靠角度出发，设计实用型控制仪表，便于操作及维护，将其优势充分发挥出来，保证煤矿开采工作的有效展开。