选煤厂毛煤仓仓顶除尘方案设计
烟尘治理
选煤厂毛煤仓仓顶除尘方案设计3
荆德吉 葛少成 邵良杉
(辽宁工程技术大学 辽宁阜新123000)
摘 要 以准能公司选煤厂毛煤仓仓顶为例,对其生产工艺系统和毛煤仓仓顶污染机理进行分析。基于此,采用气固两相流理论和数值模拟相结合的方法,分析了2种可行除尘方案的控尘机理,比较了各自的除尘效果。结果表明,毛煤仓顶皮带单独设置导料槽的除尘方式不能完全抑制粉尘逸出;若配合适当型号的除尘器,可在该处产生合理负压,有效控制粉尘逸出。该研究方法和手段可为选煤厂的粉尘治理提供理论和实践指导。 关键词 粉尘 袋式除尘器 毛煤仓仓顶
Design of Dust R emoval Scheme of Coal W arehouse Top in a Coal W ashery
J ING De -ji GE Shao -cheng SHAO Liang -shan
(Liaoning Technical Univer sity Fuxin ,Liaoning 123000)
Abstract This paper analyzes the production w orkmanship system and dust pollution mechanism of the coal warehouse top in ZhunG eer C oal W ashery and als o by means of the combination of gas -s olid tw o -phase flow theory with numerical simulation ,discusses the dust pollution control mechanisms of tw o feasible dust control schemes of coal warehouse top.A conclusion is drawn that the combination of the bag dust col 2lector with guide chute is m ore efficient than the use of the guide chute alone due to its ability to elim inate the positive pressure of coal ware 2house top.to the above research conclusion ,the optimal dust control scheme has been chosen ,which w ould provide a theoretic ba 2sis for dust control and management of coal washery.K eyw ords dust bag dust collector coal warehouse top
毛煤仓体积巨大,是选煤厂从煤层爆破后输入选煤车间的最后环节。所有物料通过皮带机运输直接落入仓内,巨大的落差使得物料落地时有很高的速度,加之连续下落的物料挤压仓内空气向上运动,形成高压上升气流,这一气流与下落的物料相遇冲击、剥离连续的物料,使物料散化。大量细小颗粒的粉尘重新被激活,随着气流上升。因此,毛煤仓是最为严重的几个尘源点之一。在原卸煤功能不受任何影响的前提下,有效封堵是最佳的办法,但是封堵以后的煤仓积聚大量的高压气体,这些气体将在卸料口向外喷涌。
针对上述粉尘生成特点,以准能公司选煤厂毛煤仓为例,提出除尘方案。由于该选煤厂的煤尘属于非亲水性,采用湿式除尘效果不明显。另外,准能公司筛下煤含硫量、灰分以及杂质等较少,一半原煤不经过水洗选可以直接出售,就目前市场而言,吨煤增加1%的含水量,热量值将降低
418.68k J ,吨煤售价会减少8元
[1-4]
。基于此,对准能公司
选煤厂采用导料槽配合袋式除尘器的干式除尘方案,经过模拟分析,确定满足现场条件的最优干式除尘方案。
1
毛煤仓仓顶粉尘运移数值模拟研究选煤厂“作业空间”内粉尘运动规律采用在Euler 坐
标下的滑移扩散模型。滑移扩散模型既考虑了颗粒群的紊流扩散,也顾及了各相初始动量不同而造成的平均速度滑移,是一种较全面的模型。该模型认为:①在空间各点上,各
相具有不同的速度和体积分数,但同一相内各颗粒具有相同的速度;②颗粒相在空间中有连续的速度、温度和体积分数分布;③由于各相初始动量不同,各相时均速度差异造成滑移的主要部分,扩散飘移造成了滑移的次要部分[5]。
1.1
运行方程气粒两相流的微分方程组采用滑移扩散模型,用时平均
法由层流两相流方程推导出紊流两相流的时均方程组[6,7]:气相连续性方程:
9|ρg u g i |
9x i
=T g
(1)颗粒相连续性方程:9|ρp u p i |9x i =-99x i [v p δp 9ρp
9x i
]+T p (2)
式中,u g i ,u p i 分别为i 坐标方向(x ,y ,z )上气相、颗粒相的速
度分量,m/s ;v p 为颗粒的紊流运动黏性系数,m/s ;T p 为尘源发尘而引起的颗粒相源项,kg/s ;T g 为气相的源项,kg/s ,T g
=-T p ;ρp ,ρg 分别为气相、颗粒相的表观密度,kg/m 3,ρp 与
ρg 的关系为:
ρg = ρg p )(3) 式中, 气相、颗粒相的材料密度,kg/m 3。 气相动量方程: 9(ρg u g i u g j )9x i = t rk (u p i -u g i )+u g i T (4)3基金项目:国家自然科学基金资助项目(70572070)。 ? 7?2009年第35卷第6期June 2009 工业安全与环保 Industrial Safety and Environmental Protection 颗粒相动量方程: 9(ρp u p i u p j )9x i = t rk (u g i -u p i )+u p i T p +E l +E m (5) 式中,p 为混合物压力,Pa ;g i 为重力加速度分量,m/s 2;τij 为气相的黏性应力张量,kg ?m/s 2;E l 表示颗粒紊流黏性(即2 个不同脉动速度分量的关联)所引起的动量输运;E m 表示颗粒质量扩散(浓度及速度脉动关联)所引起的动量输运。1.2 边界条件的确定 根据模拟空间的特征,确定上述控制方程的边界和初始条件为:①在静止壁面上,气体相和颗粒相速度均满足无滑移条件;②在流场入口边界,给出各参数(速度、压力、煤尘浓度等)的平均值;③在出口边界上,给出各参数(速度、压力、煤尘浓度等)的平均值;④对颗粒相,给出发尘点的空间位置、发尘速率及颗粒初速度的大小和方向;⑤定常流动时不给初始条件。2 粉尘治理方案技术方案优化 以毛煤仓仓顶104皮带为例,依据管路计算原理[1-3],确定除尘器的流量和压力范围,同时设计导料槽的截面形状、横截面积和长度,选用无锡华能电力有限公司生产的LFD -45型袋式除尘器和FDG 系列双密封可调弓型导料槽,下面就2种典型方案进行数值计算,进而选择出优化方案。2.1 毛煤仓顶104皮带设导料槽方案 图1为毛煤仓顶104皮带安设导料槽时的毛煤仓仓内煤尘流动规律和煤尘浓度分布的计算结果。从结果可以看出,在煤仓存煤高度上部空间,在落煤造成的冲击空气波压力作用下,扬尘向上运移,粉尘流向导料槽;从仓内粉尘浓度分布特征来看,煤仓顶部质量浓度较高,达2.5-3.05g/m 3 。 图1 毛煤仓仓内煤尘流动规律和煤尘浓度分布计算结果 图2为毛煤仓顶104皮带安设导料槽时的毛煤仓仓顶 作业空间煤尘浓度分布数值模拟计算结果。可以看出,作业空间粉尘质量浓度在26-57mg/m 3。其分布特征是:粉尘浓度在落煤管边缘最高,达40-57mg/m 3,而在皮带机头落煤处也偏高,达50-55mg/m 3,污染较为严重 。 图2 毛煤仓仓顶作业空间煤尘浓度分布计算结果 2.2 毛煤仓顶104皮带安设导料槽和除尘器方案图3为毛煤仓顶104皮带安设导料槽和除尘器时的毛 煤仓仓内煤尘流动规律和煤尘浓度分布的计算结果,图4为毛煤仓顶104皮带安设导料槽和除尘器时的毛煤仓仓顶作 业空间煤尘浓度分布计算结果。 从图3可以看出,在煤仓存煤高度上部空间,在落煤造成的冲击空气波压力和除尘器共同作用下,扬尘向上运移,粉尘流向导料槽内;从仓内粉尘浓度分布特征来看,煤仓顶部质量浓度明显降低,2-3g/m 3,表明安装的除尘器已经起到明显作用。从图4可以看出,作业空间粉尘质量浓度已降低为10-20mg/m 3,效果明显 。 图3 毛煤仓仓内煤尘流动规律和煤尘浓度分布的计算结果 图4 毛煤仓仓顶作业空间煤尘浓度分布计算结果 3 结论 毛煤仓仓顶落煤过程是一个典型的高落差落煤过程,其产尘机理是落料破碎、空气冲击波风流和诱导风流产尘共同作用的结果。尘源在高落差落料空气冲击波压力作用下,随上升气流向仓口运移。当其中1个或2个落煤口落煤,其他落煤口敞开时,大量的高浓度粉尘将从落煤口逸出,在毛煤仓顶部生产空间扩散,形成粉尘污染。通过上述分析,采用稀疏两相流和稠密两相流理论结合现场测试技术,对毛煤仓顶皮带转载点和毛煤仓顶封堵卸压降尘综合粉尘治理方案进行了优化,提出对煤仓顶端采用设置机头除尘器、仓内密闭罩和除尘器的联合布置方式。目前该方案已经在准能公司实施,通过数次实测证实,仓顶作业空间粉尘质量浓度由原来的25-60mg/m 3降为9-20mg/m 3,效果明显。由于生产条件所限,除尘方案的确定不可能经过数次安装调试和试验,通过数值模拟确定优化除尘方案可为现场提供一种有效的技术实施手段。 参考文献 [1]葛少成,齐庆杰,邵良杉.选煤厂毛煤仓仓顶粉尘析出机理与控制技术.辽宁工程技术大学学报,2007,26(3):325-327. [2]葛少成,齐庆杰,邵良杉.毛煤仓下粉尘污染原因及处理.辽宁工程技术大学学报,2007,26(4):485-487. [3]葛少成,邵良杉,齐庆杰.选煤厂转运点除尘方案模拟优化设计.辽宁工程技术大学学报,2007,26(6):805-808. [4]马云东,郭昭华,赵二夫.选煤厂粉尘产出机理及综合治理方案研究.辽宁工程技术大学学报,2002,21(4):507-509. [5]杨胜来.综采工作面粉尘运移和粉尘质量浓度三维分布的数值模拟研究.中国安全科学学报,2001,11(4):61-65.[6]G e Shaocheng ,Shao Liangshan.S im ulation of flow -field interior dust re 2m oval techn ology and application of trans persite in the coal conveyer belt sys 2 tem.Journal of C oal Sscience &Engineering ,2008,14(4):575-577. [7]蒲舸,张力,辛明道.CF BC 旋风分离器气固两相流数值模拟与优化.工程热物理学报,2006,27(2):268-270.作者简介 荆德吉,男,1984年生,辽宁抚顺人,硕士研究生,主要从 事煤矿粉尘综合治理工程与技术的研究。 (收稿日期:2009-01-15) ? 8?