机掘面新型湿式除尘技术可行研究报告.doc

目 录1.立项的必要性和意义11.1 目前国内外研究现状11.2 市场需求分析22.课题的研究内容和关键技术22.1 课题的主要研究内容22.2 研究目标22.3 技术关键33.研究方法和技术路线34.实施该项目的可行性和可靠性分析55.预期获得的成果及其推广应用价值66.现有技术和基础条件67.课题研究的时间进度安排68.课题的研究经费79.课题研究组成员8机掘面新型湿式除尘技术实施方案1.立项的必要性和意义随着科技进步，人们生活水平提高，工作场所的粉尘污染日益得到人们的重视。作业场所粉尘污染一方面会导致尘肺病，降低工人工作效率，严重危害作业人员身体健康，另一方面会引起环境污染，恶化人民群众的生活环境，降低生活质量。对于具有爆炸性的粉尘，还有产生爆炸的危险性，给国家和人民的生命财产带来风险。据有关资料表明，全国煤矿目前统计的尘肺病患者为60万人。2003年，国有重点煤矿新报告尘肺病1.2万例，约占当年井下工人总数的1.5%。地方国有煤矿和乡镇煤矿没有建立报告制度。估计全国煤矿每年新增加尘肺病患者超过7万人。我国煤矿职业卫生形势依然非常严峻。我国绝大部分煤矿的煤尘还具有爆炸性，严重威胁着矿井安全生产和矿工的生命安全。因此，从根本上治理煤矿粉尘已迫在眉睫，刻不容缓。1.1 目前国内外研究现状我国已全面推行机械化掘进，而机掘工作面是煤矿井下主要的产尘源，国内外研究实践表明：在机掘面采用控尘措施控制粉尘扩散的高效收尘和以除尘器为主的抽尘净化相结合的综合防尘措施，时有效地降低机掘面的粉尘浓度途径。如德国、波兰分别采用附壁风筒和涡流控尘装置控尘，并利用各自的高效除尘器除尘，分别使机掘面粉尘浓度降低到1 mg/m3和23 mg/m3以下。为了提高除尘器的除尘效率尤其在煤矿井下的适应性，国外发达采煤国家对除尘器进行了大量的研究工作，并取得了较为理想的效果。如波兰在机掘工作面采用了低阻高效湿式旋流除尘器，使掘进机司机处的粉尘浓度大幅度下降，该除尘器对总粉尘的除尘效率高达99%以上，且脱水效率高达98%以上，但是，该除尘设备存在尺寸长（10m左右）的问题；德国研制的湿式除尘器总粉尘的除尘效率高达99.4%以上,为机掘面高效降尘提供了保证。我国在上世纪九十年代研制的控尘装置和湿式除尘器及袋式除尘器配套使用后，能使压抽风量匹配的工作面掘进机司机处的总粉尘浓度降低到20 mg/m3左右，但由于处理风量小（200 m3/min），在供风量较高（如300 m3/min以上）的工作面起不到有效的防尘效果，推广应用受到一定影响。近年来，我所在机掘面控尘技术上进行了进一步研究，根据工作面瓦斯、供风和断面大小等情况，先后研制出与通风配套的附壁风筒和涡流控尘装置，但还存在较好地移动配套问题；已经研制成功KCS-250、KCS-550和KCS-180系列矿用湿式过滤旋流除尘器，其处理风量分别为120180m3/min、 180250m3/min、350550m3/min，基本覆盖了我国煤矿综掘工作面用除尘器处理风量的范围。但采用旋流脱水，还存在除尘器尺寸偏长，在井下湿度高条件下，除雾效果不佳，直接影响除尘效率问题，因此，为更好解决机掘面除尘，同时提升市场竞争力，本项目拟采用控尘装置控制尘源和能与供风量匹配的高处理风量的湿式除尘器，形成机掘面的综合防尘技术措施。所研究的除尘器要体现处理风量大，阻力稳定，脱水效果好，体积紧凑，配套风机参数与除尘器匹配性好等优点；控尘装置不仅能极大地提高除尘器收尘效率，保证工作面有效降尘的目的，还具有稀释机掘面瓦斯的作用。1.2 市场需求分析国内综掘工作面已有数百个，而目前这些工作面没有可用的粉尘治理技术及装备，单套治理技术及装备分别以4060万元计算，目前就有几千万元的市场。同时，随着国民经济的发展，煤炭行业 “十一五”期间13个大型煤炭基地的建设需求会越来越大，致使煤炭开采强度也会越来越大，机械化程度得到进一步的提高，势必导致综掘进工作面会越来越多，市场需求也会越来越大。2.课题的研究内容和关键技术2.1 课题的主要研究内容（1）新型高效湿式除尘器的研制1）配套防爆轴流风机的研制；2）除尘器结构的优化设计和脱水部分最佳设计；（2）控尘技术及装备的研究（3）配套工艺技术研究2.2 研究目标总体目标：研制集除尘、脱水于一体的新一代湿式除尘器，其总粉尘除尘效率达到99%以上，呼吸性粉尘除尘效率达到90%以上，脱水效率达到95%以上，并使机掘工作面掘进机司机处粉尘浓度降低到10mg/m3。具体考核指标：（1）除尘器a、处理风量：300350m3/min；b、工作阻力：1500Pa；c、除尘效率：总粉尘99%，呼吸尘90%；d、脱水效率：95；（2）工作面收尘率：98（3）掘进机司机处粉尘浓度降低到10mg/m3。2.3 技术关键（1）配套防爆轴流风机的研制；（2）除尘器高效脱水技术研究。3.研究方法和技术路线（1）新型高效湿式除尘器的研制除尘器结构拟首先喷雾捕集，然后，含尘、水气流经过轴流式风机，水雾被进一步雾化，提高捕尘率，同时尘水在一定离心力的作用下部分凝结到风机外壳排出除尘器，这些进入第一个水槽排出。其余粉尘、水雾随气流穿过一道过滤网，这样大多数的剩余粉尘就被除去了。最后，水空气通过几道脱水器后将水雾排除，留下清洁、干燥的风排出装置。其中，过滤网应以最小的压降最大限度地捕集尘水颗粒。拟采用不同规格的不锈钢网等进行试验；脱水器设计在风速小于12米/秒时能够达到很好的除水雾的效果。因此，对采用多重集成降尘原理以实现最佳除尘效率，首先在KCS-250除尘器基础上（如图1），利用其配套风机进行新型除尘器的喷雾、捕集和多级脱水（除雾）设计和模拟实验，确定出研制除尘器工况风量条件下喷雾流量，临界风速，脱水（除雾）结构和工作阻力等参数，然后设计出样机；在实验室内对设计的样机进行除尘效率、脱水效率、处理风量、工作阻力、工作噪声等参数进行测试，对不满足要求的参数，通过改进部件进行优化调整，然后再对样机进行改进，直到达到设计要求。图1 模拟实验装置示意图（2）配套防爆轴流风机的研制该研究的另一技术关键是除尘器配套风机的研究，要求风机在满足风量合适的前提下，达到克服自身及除尘器阻力后还具有300Pa以上的负压，以克服系统阻力。由于含尘风流经过风机叶片，拟采用已经过摩擦火花检验合格的铜合金材质铸成叶片，其强度为HB1500，且高耐磨性、耐蚀性。首先根据所需风量和阻力，确定风机参数；再按孤立叶形和叶栅理论进行设计，设计出配套风机叶片；利用成熟地抽出式风机安全结构，设计出配套风机结构。取得安标后进行工业性试验，最终定型高效除尘装备。（3）控尘技术及装备的研究采用引进消化吸收的方法完成该项研究。具体方案是：对波兰引进的涡流控尘装置在实验室试验涡流强度、风流分布规律、有效风速段长度等主要技术参数，并研究这些参数对涡流控尘效率的影响关系。在此基础上，采用几何相似原理、物理相似原理等技术设计本研制与除尘系统配套的涡流控尘装置（250500m3/min）的各个部件，并分别对部件进行优化试验，从而设计并加工涡流控尘装置样机；控尘装置样机完成后，在分院试验巷道（面积9.7m2）内对其进行实际规模的模拟试验，测试使用涡流控尘装置后空气流场的风速分布规律、涡流强度、风速分布均匀系数、有效段长度、出风口宽度等主要技术参数。最后进行控尘效率试验，要使控尘效率大于95。试验达到要求后申请煤矿安全标志，取得安全标志后进行工业性试验，最终定型涡流控尘装置。（4） 配套工艺技术研究该方案在通风方式上形成长压短抽通风除尘系统（图2所示），组建试验系统，拟在粉尘、通风试验巷道内模拟机掘工作面所采用的通风除尘系统进行风量、全压、工作阻力试验，并通过发尘试验，对除尘效率和脱水效率进行实验考察。根据实验室确定的涡流控尘装置及高效除尘装置的特点，设计配套工艺，进行工业性试验，在试验过程中对除尘系统吸尘口距工作面迎头距离、涡流控尘装置出风口距工作面迎头距离、压抽系统重叠段长度、压入式风量与抽出式风量匹配关系、涡流控尘装置安装布置方式、除尘装置安装布置方式、移动方式、除尘装置安全运行保障措施等工艺参数进行优化，对涡流控尘装置使用后对工作面顶板瓦斯稀释效果的影响进行考察，最终形成一套安全、高效的控尘、除尘配套工艺，并确定最佳工艺参数。图2 除尘系统试验系统示意图1 抽尘系统 2控尘系统 3压风系统4.实施该项目的可行性和可靠性分析参加本课题的主要研究人员在“七五”期间分别研制成功KGC-型、KGC-型湿式过滤式除尘器和控尘装置，从“七五”开始着手通风机的研究设计工作，已先后开发出6种规格型号的风机，后又分别于2003年和2007年研制成功KCS系列矿用湿式过滤旋流除尘器及两种控尘装置，均取得了较好的效果。同时，参加该项目的2名研究员、3工程师曾长期从事湿式除尘器和风机的研究工作，具有较高的理论知识和较丰富的实践经验。建有除尘器实验室、Marlvern激光雾粒测试实验室等与本课题研究有关的实验室；拥有断面10m2左右试验巷道拱形巷道，可进行掘进除尘模拟试验，试验测试用仪器基本齐全，使本所具有开展本课题研究的实验条件。该项目研究方法和技术路线均建立在已有理论基础、丰富实验经验和手段的条件下，而且研究途径明确，能够确保项目按质、按时完成。5.预期获得的成果及其推广应用价值该项目研究完成后，将形成1套具有自主知识产权的机掘面成套除尘技术装备，总体技术水平达到国际先进水平。项目可能取得的专利有：高效除尘装备。国内综掘工作面已有数百个，而目前这些工作面没有可用的粉尘治理技术及装备，单套治理技术及装备分别以4060万元计算，目前就有几千万元的市场。同时，随着国民经济的发展，煤炭行业 “十一五”期间13个大型煤炭基地的建设需求会越来越大，致使煤炭开采强度也会越来越大，机械化程度得到进一步的提高，势必导致综掘进工作面会越来越多，市场需求也会越来越大。6.现有技术和基础条件煤炭科学研究总院重庆分院拥有断面10m2左右试验巷道拱形巷道，可进行掘进除尘模拟试验；建有除尘器实验室、Marlvern激光雾粒测试实验室等与本课题研究有关的实验室。参加本课题的主要研究人员在“七五”期间分别研制成功KGC-型、KGC-型湿式过滤式除尘器和控尘装置，从“七五”开始着手通风机的研究设计工作，已先后开发出6种规格型号的风机，后又分别于2003年和2007年研制成功KCS系列矿用湿式过滤旋流除尘器及两种控尘装置，均取得了较好的效果。同时，参加该项目的2名研究员、3工程师曾长期从事湿式除尘器和风机的研究工作，具有较高的理论知识和较丰富的实践经验。试验测试用仪器基本齐全，使本所具有开展本课题研究的最基本的实验条件。因此，本所完全具备完成本项目的研究条件。7.课题研究的时间进度安排课题实施时间：1年。2007年8月2008年8月2007年8月：完成课题的详细论证，编制课题和专题的计划任务书，落实具体研究计划，全面启动研究工作。2007年9月10月：针对课题的研究需求，开展并基本完成实验系统建立；为全面开展实验工作做好准备，并进行小型实验室模拟试验，确定研制装备性能参数及工艺研究。2007年11月12月：装备研制及中间试验；2008年1月6月：样机和系统定型、加工；进行大型模拟实验及现场工业性试验。2008年4月8月：进行有关产品安标申请，撰写研究报告，申请技术鉴定。8.课题的研究经费经费概算（包括总概算和费用明细）：本项目申请总经费为：65万元，具体明细如下： 单位：万元科目经费预算计算依据与说明一.试制费30除尘器模拟装置、样机试制14除尘系统试制5控尘系统试制7配套设备试制4二、试验费16除尘器模拟装置、样机实验3除尘、收尘系统实验室试验3工业性试验10三、检测费3四、安标申办费4五、人员费12.0研究员每人每月计0.4万元，共参加工作4个月，工程师每人每月0.3万元，共参加工作8个月，助工每人每月0.2万元，共参加工作8个月。合计总经费659.课题研究组成员姓 名性别年龄职务职称业务专业所在单位专题负责人王振平男42研 究 生通防安全兖州煤业股份有限公司李德文男42所长/研究员安全工程煤炭科