矿用干式除尘器的研发与应用.pdf

矿用干式除尘器的研发与应用 * 范兰王加东陈立萍陈森林 江苏盐城市兰丰环境工程科技有限公司， 江苏 盐城 224014 摘要 主要对煤矿井下除尘现状作了介绍， 针对矿井粉尘治理主要采用的湿法除尘工艺存在的不足研发了矿用干法除 尘器， 介绍了其工作原理、 结构、 技术创新点， 并进行了产品检测， 效果良好。此矿用干法除尘器是目前井下湿法除尘 的更新换代产品， 值得大力推广。 关键词 煤矿井下; 矿用干法除尘; 检测; 推广 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201401020 ＲESEＲACH AND APPLICATION OF DＲY- TYPE DUST CATCHEＲ FOＲ MINE Fan LanWang JiadongChen LipingChen Senlin Jiangsu Yancheng City Lanfeng Environmental Engineering Technology Co． ，Ltd，Yancheng 224014，China AbstractThe present situation of coal mine dust catcher was mainly introduced． Taking the disadvantages of wet dust catchersmainly used in coal mines into consideration，the dry- type dust catcher for mining was developed．Its working principle，structure，technical innovative points were summarized． Product testing had been conducted and the effect turned out to be good． It is the upgrade product to the currently underground wet dust catcher and worth to popularize． Keywordsunderground coal mine;dry- type dust catcher;detection;application * 国家中小企业技术创新基金项目 12C26213202308 科技部国科发计 ［ 2012］ 778 号。 收稿日期 2013 －05 －27 1国内外矿用除尘设备的发展现状及趋势 20 世纪 80 年代以来， 世界各国的除尘设备有了 较快发展， 特别是发达国家采用了湿式洗涤过滤除尘 工艺， 俄罗斯采用了湿式旋流吸尘泵工艺， 德国采用 了干式布袋除尘工艺。我国的除尘技术和装备发展 速度较快， 主要是电除尘器和袋式除尘器。 目前， 国内外矿井粉尘治理主要采用湿法除尘工 艺， 除尘率 50 ～ 70， 效率低， 难以去除井下呼吸 性粉尘， 易引起矿工尘肺病的发生; 一台湿法除尘器 每工作日耗水量约 10 t， 严重浪费水资源并造成水的 二次污染， 且排水困难。干式除尘工艺解决了湿法除 尘的上述不足， 具有除尘效率高、 无水的二次污染， 能 有效保护矿工的身心健康， 美化环境。为国内外矿业 重点推广最先进的除尘工艺。近年来， 国家煤矿安全 监督管理局也不断发文， 要求采取有效措施， 加大煤 矿井下作业环境的治理力度， 切实保护井下煤矿工人 的身体健康， 真正做到以人为本、 和谐发展。 因此迫切需要一种除尘效率高， 又能适应井下作 业环境的设备， 用来改善井下工人作业环境。 2井下作业环境的特点 1 煤矿井下工作环境空间狭窄， 活动受限、 阴暗 潮湿， 没有阳光照射， 井下工作人员时刻都受到安全 危险。 2 在于其存在易燃易爆气体 如 CH4、 CO、 H2 等 、 煤尘等潜在爆炸性危险因素。 3 工作场所不固定， 工作面不断搬移， 采掘设备 要随着采掘工作面的不断推移， 并且地址构造常有变 化， 地下开采技术条件复杂。 4 工作地点由于受地热作用、 人体和机电设备 的散热、水分蒸发等因素影响， 井下的温度、 湿度、 空 气质量等气候条件较差。 3矿用除尘器的结构及工作原理 我公司针对矿井下的作业特点， 开发了能适用 煤矿井下作业环境的替代湿法除尘的新一代干式 除尘器。 08 环境工程 Environmental Engineering 3． 1工艺系统布置 矿用干式除尘器工艺系统布置如图 1 所示。 图 1矿用干式除尘器工艺布置 Fig．1Schematic diagram of the arrangement of the mine dry- type dust catcher 3. 2设备结构 设备结构如图 2 所示。 图 2设备结构 Fig．2Structure of the dust catcher 3． 3工作原理 工作时， 因对旋轴流风机的抽吸， 含尘气体经喇 叭口、 管道从进风口进入除尘室内， 在气流分布板的 作用下， 含尘气体中的一部分粗大颗粒粉尘与之发生 撞碰失去动能而下沉落到集灰装置的底部， 其余的细 粒粉尘进入滤尘室后， 在布朗扩散和筛滤等组合效应 下， 使粉尘沉积在滤筒的表面上， 净化后的气体经滤 筒的上端口进入净气室内， 经出风口由风机排出。滤 筒的阻力随表面粉尘层厚度的增加而增大， 阻力达到 某一规定值时进行清灰。脉冲阀打开， 储气罐内的压 缩空气经喷嘴导流装置， 以极短的时间冲入滤筒内迅 速膨胀， 使滤筒振动变形， 从而使滤筒表面上的粉尘 被剥离落入集灰装置中。 4主要创新点 4． 1采用防水、 防静电、 阻燃的滤料 采用高等院校、 科研院所、 滤料制造企业合作的 方式共同开发了具有防水、 防静电、 阻燃的滤料。采 用连续长纤维仿粘聚酯滤料和阶梯形梯级层面结构， 迎风面纤维细， 背风面纤维粗， 滤料清灰容易， 阻 力低。 为了达到较好的阻燃性能， 滤料采用特殊工艺浸 渍而成。 为了达到防静电作用， 在滤筒周向嵌入四个铜 条， 并在上部用导线互相连接。滤袋结构见图 3。 图 3滤袋结构示意 Fig．3Schematic diagram of the filter bag structure 4． 2采用敞口式的进风装置 过滤室和外面大气相通， 有任何异常情况都能够 通过迅速卸压， 达到防爆卸压的作用。 4． 3自动安全防爆技术 采用防火阻燃防腐集灰装置、 防爆结构。 1 集灰装置上涂刷有抑制火苗的有机涂料， 可避 免集灰装置在打开过程中因摩擦而产生的微小火花。 2 进风装置是由竖直均风板和底部水平均风板 构成的立体敞口贯通通道， 既对进口粉尘气流起均风 和预除尘的作用， 在除尘器内的粉尘烟气爆炸时， 可 以从此进风装置往外卸压， 进风装置的敞口面面积比 普通防爆阀的防爆面积大， 对气体爆炸的反应更灵 敏。通过这些综合防爆技术， 可以保护除尘器、 周围 设施及人员生命安全。 4． 4简洁低阻的箱体结构 一是开合式上箱体， 当需要脉冲喷吹清灰时， 箱 体侧面阀板打开， 脉冲管高压气流向下喷吹， 并引流 设备外大量洁净空气进入滤袋喷吹清灰， 清灰结束 后， 阀板闭合， 缩小了设备体积， 节能降耗。二是集灰 装置由灰斗改成平式集灰装置， 分成三个部分， 利用 工作间歇时间， 把集灰装置内的积灰清理到掘进机的 输灰板链车再到转运皮带上， 有效地利用了空间， 扩 大了滤筒除尘器的应用场所， 提高装备的适应性和灵 18 大 气 污 染 防 治 Air Pollution Control 活性。 4． 5集成信息化技术 采用分布式控制相兼容的模式， 通过中央控制室 的监视、 操作， 优化管理、 组态维护， 实现除尘器与相 应流水线上主机设备的联动功能; 也允许现场操作中 单台设备 PLC 系统的实时监视、 更改操作参数及传 递信息指令等功能。自动化、 智能化、 信息化程度高。 5工厂小试及工业应用 本产品设计、 制造完成后， 经工厂小试、 煤矿井下 用户试用， 均有较好的效果。 5． 1工厂小试 本产品经我公司生产制造完成后， 邀请国家权威 机构国家安全生产矿用设备检测检验中心对样机本 体结构及性能进行了标定测试。 检测依据国家相关标准分别从证件审查、 总除尘 效率、 呼吸性粉尘除尘效率 PM2. 5 、 处理量、 漏风率、 工作阻力、 工作噪声、 振动速度有效值、 结构与加工质 量和外观质量等方面进行了检测， 其检测结果见 表 1。 表 1除尘器的检测结果 Table 1Mornitoring results of mine dry dust catcher 检测项目技术要求检测结果结论 证件审查是否齐全齐全合格 总除尘效率/ ≥ 99. 599. 6 合格 可呼吸性粉尘除尘 效率 PM2. 5 / ≥90 97. 5合格 处理量/ m3 min －1 与标准允许偏差 83合格 漏风率/ ≤5 0． 9合格 工作阻力/Pa ≤1 2001 080 合格 工作噪声/dB ≤85 82. 6合格 振动速度有效值/ mm s －1 ≤4. 6 0. 7合格 5． 2煤矿井下试用 本产品于 2012 年 6 月在陕西某煤矿 4 号矿井试 用， 经半年多的实践使用， 经第三方检测， 对掘进头在 正常工作状态下的全部粉尘、 呼吸性粉尘进行监测、 统计， 计算其除尘效率。发现除尘效率较高。 5． 2. 1检测点的设置 除尘风机出风口外 8m 处， 环境温度 22 ℃， 相对 湿度 85， 取样每 2 h 取一次样。 5. 2. 2未使用除尘器及后续风机 1 全部粉尘 对全部粉尘， 四天进行连续取样， 每两小时取一个样， 数据详见表 2。 表 2未开除尘器的全部粉尘含量 Table 2The total dust content when the dust catcher is not turned on 检测日期 粉尘含量检测结果/ mg m －3 时间 1时间 2 时间 3时间 4 均值 12- 0346. 947. 045. 646. 5 12- 0446. 347. 549. 747. 8 12- 0545. 543. 846. 249. 846. 3 12- 0646. 648. 247. 647. 847. 6 12- 0746. 347. 648. 449. 848. 1 注 表中 5 天均值为 47. 3。 2 呼吸性粉尘 对呼吸性粉尘， 在 4 d 内进行连 续取样， 每 2 h 取样一次， 检测结果见表 3。 表 3未开除尘器的呼吸性粉尘含量 Table 3Ｒespirable dust content when dust catcher is not turned on 检测日期 粉尘含量检测结果/ mg m －3 时间 1时间 2 时间 3时间 4 均值 12- 0311. 313. 710. 811. 9 12- 048. 612. 89. 610. 3 12- 059. 811. 311. 412. 311. 2 12- 0610. 511. 611. 812. 611. 6 12- 0710. 311. 49. 810. 910. 6 注 表中 5 天均值为 11. 12。 5. 2． 3开启除尘器及后续风机 1 全部粉尘 对全部粉尘， 四天进行连续取样， 每两小时取一个样， 数据见表 4。 表 4开除尘器的全部粉尘含量 Table 4Total dust content after the dust catcher launched 检测日期 粉尘含量检测结果/ mg m －3 时间 1时间 2 时间 3时间 4 均值 12- 036. 16. 56. 36. 3 12- 046. 47. 16. 36. 6 12- 056. 47. 26. 66. 16. 5 12- 066. 87. 37. 17. 27. 4 12- 077. 57. 26. 67. 37. 2 注 表中 5 天均值为 6. 8。 2 呼吸性粉尘 对呼吸性粉尘， 四天进行连续取 样， 每两小时取一个样， 数据见表 5。 表 5开除尘器的呼吸性粉尘含量 Table 5Ｒespirable dust content after the dust catcher launched 检测日期 粉尘含量检测结果/ mg m －3 时间 1时间 2 时间 3时间 4 均值 12- 033. 13. 42. 83. 1 12- 042. 22. 62. 12. 3 12- 052. 42. 32. 22. 12. 25 12- 063. 12. 32. 21. 82. 35 12- 071. 92. 12. 42. 32. 12 注 表中 5 天均值为 2. 42。 28 环境工程 Environmental Engineering 5. 2. 4除尘效率的计算 1 全部粉尘的效率 除尘效率 未开除尘器前粉尘含量 － 除尘开 启后的粉尘含量 /未开除尘器前粉尘含量 100 47. 3 －6. 8 /47. 3 100 85. 6 2 呼吸性粉尘的效率 除尘效率 未开除尘器前粉尘含量 － 除尘开 启后的粉尘含量 /未开除尘器前粉尘含量 100 11. 12 －2. 42 /11. 12 100 78. 2 综上所述 全部粉尘的除尘效率达 85. 6， 呼吸 性粉尘的除尘效率达 78. 2。 而且现场反应 设备结构稳固， 能适应经常移动; 除尘效率高， 尤其是 PM2. 5的除净率较高， 操作工人的 作业环境大为改善， 对工人预防尘肺病大有益处; 噪 声、 振动很小、 系统功率低、 无二次污染。 6与国内外相近产品性能比较 目前， 本产品已于 2012 年 12 月经国家安全生产 重庆矿用设备检测检验中心现场检测， 各项指标检验 合格， 并取得国家煤矿安全监督总局的煤矿用产品 生产许可证 。 6. 1与国内外同类产品的比较 我国现阶段的矿用干法除尘设备仍依赖国外进 口， 国外知名企业对我国进行全面的技术封锁， 不但 产品价格高， 而且售后服务及维修难以保证。在国 内， 干式除尘技术研究刚刚起步， 本产品与国内外同 类产品对比见表 6。 表 6本产品与国外同类产品对比 Table 6Product comparison with similar foreign products 产品名称及工艺 美国英国德国本产品 湿式 小旋风除尘湿式洗涤过滤除尘工艺干式布袋除尘工艺矿用干式防爆除尘器 性能 指标 阻力/Pa 2200 ～2700800 ～9001400 ～1700900 ～1200 除尘效率/ 9050 ～709599. 5 可呼吸粉尘除尘效率/20 ～3050 ～60 8090 能耗很高低较高一般 结构 特征 两除尘工艺并联结构 复杂， 占地面积大 两除尘工艺并联结构 简单， 占地面积小 工艺简单， 占地面积小模块化结构， 占地面积小 综合比较， 本产品在阻力、 结构、 除尘效率尤其可 呼吸性粉尘的除尘效率， 均优于国外相关产品。 6. 2本产品与湿法工艺对比 本产品与湿法工艺对比见表 7。 表 7本产品与湿法工艺对比 Table 7Product comparison with the wet process 项目国内湿法除尘工艺干式除尘工艺 工艺采用喷淋水降尘褶式滤筒过滤工艺 结构特征1 结构单一、 无法 现场组合 2 采用水喷式防静 电、 阻燃防爆形式 1 模块化设计， 更适应 于不同工况下的组合 2 采用敞开式进风均 风、 褶式滤筒抗静电和 模块化集灰排灰结构， 具有除尘、 抗静电、 阻 燃防爆形式 性 能 指 标 阻力/Pa 小一般 除尘效率/50 ～70 99. 5 可呼吸粉尘除 尘效率/ 20 ～3090 能耗很高一般 需水量很大无 环境友好度产生水二次污染基本对环境无影响 综合比较， 本产品在工艺特点、 结构特征、 主要性 能指标和环境友好度等方面， 均优于湿法工艺。是目 前国内矿业防爆除尘最先进的。 7结束语 目前全国煤矿企业数量近 8000 家左右， 煤炭总 产量或将逾 35 亿 t 左右， 每个企业按 10 个掘进头计 算， 每一个掘进头如果用一台除尘器， 若全国所有企 业都使用， 将需要 8 万台套设备， 每台售价按平均 30 万元计算， 将有 240 亿元的市场空间， 市场需求量 巨大。 该设备的研发与应用前景广阔， 不但有较高的经 济利益， 而且还能较好解决井下作业环境恶劣， 减少 尘肺病的发生， 保护煤矿工人的身心健康， 产生较好 的社会效益， 有助构建和谐社会。 该产品不仅适应于煤矿井下掘进， 还适应于巷 道、 煤炭转运点的除尘， 同时还适应于其他矿业井下 作业环境的粉尘冶理。 总体分析， 本产品在技术上处于国内领先水平， 在性能上可替代湿式除尘产品， 值得大力推广。 下转第 63 页 38 大 气 污 染 防 治 Air Pollution Control 采出水中由于 HPAM 的存在使含油污水的黏度增 大， 必须增加沉降罐的沉降时间， 降低过滤罐的过 滤速度， 才能达到处理要求［12］。另外用传统粗粒化 斜板除油罐由于油聚体黏度大而容易堵塞除油罐 的粗粒化滤料、 斜板。本反应器设备全通道式设 计， 和后续气浮机组合可以取代原来的粗粒化斜板 除油罐， 并可降低后续过滤罐的负荷， 减少过滤罐 的反冲周期。 3中试情况 大庆油田某注水站采出水， 原处理工艺为重力沉 降 粗粒化斜板除油 过滤。中试装置为旋流溶气罐 和气浮机的组合， 配备有 PAC、 PAS、 PAM 等化学药剂投 加设备。整套装置处理能力3 ～4 m3/h。进水采自原设 施中的沉降罐出水， 其中含油150 mg/L， SS 为50 mg/L。 1 不加化学药剂条件下 只用旋流溶气罐对全流 进行溶气， 气浮池出水含油量为 90 mg/L， SS 为 30 mg/L， 去除率均为40， 只产生电费0. 25 元/m3 ， 浮 渣为稠厚的油泥， 含固率在9 ～10， 可回收利用。 2 加化学药 剂 条 件 下 气 浮 池 出 水 油 可 达 20 mg/L， SS 为 20 mg/L， 去除率分别为 87、 60， 产生药剂费 0. 8 元/m3， 电费 0. 25 元/m3。若控制好 化学配比和投加量， 出水油可达 10 mg/L、 SS 为 5 mg/L， 去 除 率 分 别 为 93、90，出 水 满 足 Q/SYDQ06052006大庆油田油藏水驱注水水质指 标及分析方法 中 0. 1 ～0. 3 μm2空气渗透率对应的 油含量 10 mg/L、 SS 含量 5 mg/L 的指标限值。 4结论 该新型压力溶气设备溶气速率快、 溶气效率高、 释放气效率高、 溶气利用率高。该设备无机械部件， 维护容易， 组合方便。可完成溶气、 混凝、 絮凝， 出水 水质好， 不会堵塞， 节省化学药剂、 节能高效。适用于 油田含油废水和同时含油含聚的废水。 参考文献 ［1］时玉龙， 王三反， 武广， 等． 加压溶气气浮微气泡产生机理及工 程应用研究［J］． 工业水处理， 2012， 32 2 20- 23. ［2］吴琦． 气浮选含油污水处理技术［J］． 油气田地面工程， 2010， 29 3 53- 55. ［3］Whitman W G． The two- film theory of gas absorption［J］． Chem ＆ Met Eng， 1923， 29 146- 148. ［4］Higble Ｒ． The rate of absorption of a pure gas into a still liquid during short periods of exposure［J］． Trans Am Inst Chem Eng， 1935， 31 365- 389. ［5］Danckwerts P V．Significance of liquid- film coefficients in gas absorption［J］． Ind Eng Chem， 1951， 43 1460- 1469. ［6］王广丰， 张国忠， 李文华． 溶气水饱和度对气浮净水溶气效率的 影响［J］． 青岛建筑工程学院学报， 2002， 23 3 45- 48. ［7］程祥． 浅谈涡流泵溶气气浮及应用［J］． 企业技术开发， 2012， 31 10 66- 67. ［8］涂华， 余录， 周锡兰． 含油废水气浮技术的应用现状及展望 ［J］． 广东化工， 2012， 39 7 154- 155. ［9］于锋， 范益恒． 加压溶气气浮技术在印染废水活性污泥处理后 的应用［J］． 广东化工， 2012， 39 1 201- 202. ［ 10］马骏， 杨昆， 张学发， 等． 应用于含油废水处理的新型加压溶气 气浮技术［C］∥中国化工学会． 第三届全国石油与化工节能 节水技术交流会暨化工节水与膜应用研讨会论文集． 大连 中国化工学会， 2011 208- 213. ［ 11］简小文， 郭勇， 郝海保， 等． 气浮水处理技术新进展［J］． 集输处 理， 2012， 31 3 49- 50. ［ 12］乔攀尧． 气浮 － 淹没式滤池法处理含聚污水［J］． 集输处理， 2012， 31 6 46- 47. 第一作者 赵步超 1982 － ， 男， 工程师， 主要研究方向为工业水处理 技术。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 zhaobuchao163． com 上接第 83 页 参考文献 ［1］张相亮，沈恒根， 周睿， 等． 袋式除尘器进风均布结构参数对气 流分布的影响分析［ J］ ． 环境工程， 2012， 30 4 76- 79． ［2］赵美丽， 周睿， 沈恒根． 袋式除尘器喷吹管设计参数对喷吹气量 影响的计量分析［ J］ ． 环境工程， 2012， 30 3 63- 66． ［3］栾昌才， 陈荣美． 国内外矿用湿式除尘器发展概况［J］． 煤矿安 全， 1994 6 22- 24． ［4］郭胜钧． 矿用气动湿式孔除尘器的研发与应用［J］ ． 煤炭科学 技术， 2012 5 31- 32． ［5］谭建华， 杨成全， 朱丰铃， 等． 抽放负压干式钻孔除尘器的研制 与应用［J］． 江西煤炭科技， 2013 3 41- 42． ［6］苖惠东， 邱光林． 矿用湿式过滤除尘器在综掘工作面上的应用 ［J］． 矿业安全与环保， 2001 3 32- 33． ［7］吕得明． 掘进工作面综合防尘技术与应用［J］． 中国新技术新 产品， 2010 12 12- 13． ［8］牛志文． 综掘工作面使用小型除尘器防尘的实践［J］． 煤矿安 全， 2010 12 10- 11． ［9］宋马骏． 国外煤矿粉尘控制新技术［J］． 湖南安全与防灾， 2007 1 32- 34． 第一作者 王加东 1966 － ， 男， 总工程师， 主要从事机械设计、 环保工 艺研究。wjd1008163． com 36 水污染防治 Water Pollution Control