杨坚
北京英策瑞德科技有限公司 100020
摘要:
论述了当前煤尘治理的背景及相关治理规范、排放标准对粉尘治理的规定，分析了选煤厂目前常用的喷雾除尘或干雾抑尘、袋式除尘和旋风除尘器等工艺及特点;由于这些工艺治理粉尘，很难达到10mg/m3的排放标准限值;建议针对粉尘特性，采用袋式除尘器二级净化工艺、滤筒除尘器、湿式动力除尘器和其他组合工艺，以确保选煤厂室内和室外尾气达标排放。
关键词:选煤厂;粉尘治理;排放标准;治理工艺
前言
目前，环境保护越来越受到人们的重视和关注，煤炭工业对环境的污染主要是水和大气，尤其是粉尘污染问题。原煤在筛分、破碎、储装运等过程中，产生大量的煤粉，粉尘肆意飞扬，超过煤炭工业污染物排放标准中的规定，既污染了周围的环境，也严重影响了职工的身体健康，导致尘矽病几率大大增加。更严重的是，煤尘浓度达到一定值时，遇火极易发生爆炸事故。为此，生态环保部在秋冬大气污染治理方案中对选煤厂粉尘治理提出了要求。
(1)《京津冀及周边地区2019—2020年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》中提到“山西省煤炭洗选企业较多的城市应制定专项整治方案，全面提升煤炭储存、装卸、输送以及筛选、破碎等环节无组织排放控制水平。”
(2)《山西省打赢蓝天保卫战2019年行动计划》中提到推进煤炭(含洗煤)重点行业物料(含废渣)运输、装卸、储存、转移和工艺过程等无组织排放深度治理，做到物料密闭存储堆放、密闭传输、密闭运输。
对选煤厂的粉尘治理已经提升到了前所未有的高度。粉尘治理可以改善选煤厂环境，提高职工的健康水平，并对社会及地区的环境改善有积极的意义。在日益严格的环保排放要求下，选煤厂煤尘治理势在必行，也是煤企可持续发展的必然选择。
1.粉尘治理规范及排放标准对粉尘治理的规定
(1)AQ1010—2005《选煤厂安全规程》(下同)规定:煤仓和原煤准备、干选、干燥车间等煤尘比较集中的地点，空气中煤尘含量不得超过10mg/m3。
(2)GB20426—2006《煤炭工业污染物排放标准》(下同)规定:原煤筛分、破碎、转载点等除尘设备大气污染物排放限值为颗粒物小于80mg/m3或设备去除率大于98%。
(3)一些省市的地方标准，如《阳泉市大气污染防治工作领导办公室关于在全市工业企业开展大气污染防治千企千策服务企业“春风”行动的通知》(阳大气办［2019］16号)中要求选煤厂颗粒物尾气排放标准是10mg/m3。
上述几项规定中，《煤炭工业污染物排放标准》与《选煤厂安全规程》相比指标偏高，存在执行矛盾问题。两项标准发布距今已有10多年，其规定指标已低于近几年发布的地方标准，已不适应当前的环保要求，亟待修改。与最新发布的其他行业规范相比，《煤炭工业污染物排放标准》规定的排放限值偏高，如燃煤电厂超低排放颗粒物排放标准是10mg/m3，各地发布的颗粒物限值均按照从严执行，因此选煤厂室内和室外尾气排放标准均按照10mg/m3确定。
2.选煤厂粉尘治理工艺
2.1 湿法除尘工艺
2.1.1喷雾除尘或干雾抑尘
目前，选煤厂最常用的除尘工艺是喷雾除尘或干雾抑尘。喷雾除尘是由高效雾化喷嘴向尘源喷射水雾，含尘气体在雾化区相互接触，使水雾颗粒与粉尘颗粒相互碰撞、粘结、聚结增大，并在自身重力作用下沉降，达到抑尘的作用。干雾抑尘装置是由压缩空气驱动声波震荡器，通过高频声波的音爆作用在喷头共振室处将水高度雾化。干雾抑尘装置产生的水雾粒径小，雾化效果好。
喷雾除尘、干雾抑尘主要作用力是重力，对于小于50μm的粉尘沉降缓慢，需要水雾和颗粒凝结成较大颗粒，才有较好的沉降效果。这种工艺仅仅是降尘、抑尘措施，但是生产过程中并不能使空气中煤尘含量小于10mg/m3。因此，笔者认为这项常用的措施不符合《煤炭工业污染物排放标准》和《选煤厂安全规程》的规定，面对严苛的环保要求，煤炭行业需要寻求更好的除尘工艺。
2.1.2文丘里洗涤器
这是一种高效湿式洗涤器，常用于除尘和高温烟气降温，也可以用于吸收气态污染物，具有体积小、效率高、冲洗方便等优点;对0.5～5μm的尘粒，除尘效率可达90%～98%，但阻力较大，运行费用略高。捕集的煤尘进入煤泥水，净化后的空气排入大气，煤泥水处理可利用选煤厂煤泥水处理系统。
2.1.3 湿式动力除尘器
湿式动力除尘器是采用湿式风机进行除尘的一种新型设备，该设备综合了旋风、旋流板及水膜式等各种除尘机理，在同一机组中多次反复运用，一机多效，除尘效率高达99%。最大特点是风机本身即是引风机又是除尘器主机。比较代表性的为RDS系列湿式动力除尘器，为国内最新的第三代湿式高效动力除尘器。目前，该产品在国内很多领域的烟尘治理中都有成功使用的先例，技术性能完全满足国家环保要求。
2.2干式除尘工艺
2.2.1旋风除尘器
旋风除尘器是利用旋转气流的离心力使尘粒从气流中分离出来。该方法具有结构简单、体积小、占地面积小等优点。该方法中旋转气流速度很高，离心力远大于重力，重力对于旋风除尘器的影响可以忽略，只是重点部位必须采用耐磨内衬，不适合粘结性和纤维性粉尘，通常用于分离粒径大于5μm的尘粒。普通的旋风除尘器效率一般在70%～90%。选煤厂主要用于干选车间和烘干车间尾气净化，常用于多级除尘的预除尘。
2.2.2袋式除尘
袋式除尘器是一种利用织物将粉尘从气流中过滤分离出来的高效除尘设备，效率可达99%以上。其结构简单、性能稳定可靠，对负荷变化适应性好，运行管理简单，特别适宜捕集细微而干燥的粉尘，所收干尘便于处理和回收利用。
袋式除尘器不适于净化含油、水及粘结性强的粉尘，也不适用于净化有爆炸危险或带有火花的含尘气体。选煤厂尾气排放要达到超低排放标准要求，应采用精细滤料、清灰效果好的脉冲喷吹清灰方式的袋式除尘器。
目前选煤厂广泛使用袋式除尘器，尾气治理后颗粒物浓度多为10～30mg/m3。笔者认为，这种传统的袋式除尘器并不能稳定保证“空气中煤尘含量不得超过10mg/m3”，需对该工艺进行改进。
2.2.3 滤筒式除尘
滤筒式除尘器式近些年逐步兴起的新型除尘设备，滤件采用褶式过滤方式，使得单位过滤面积下，设备体积更小。滤筒采用连续纺黏聚酯滤料热覆膜后可以达到超低排放的要求，是解决传统除尘器对超细粉尘收集难、过滤风速高、清灰效果差、滤袋易磨损破漏、运行成本高的最佳方案，和市场上现有各种袋式、静电除尘器相比具有有效过滤面积大、压差低、低排放、体积小、使用寿命长等特点，成为工业除尘器发展的新方向。
3.选煤厂粉尘治理原则
(1)治理后空气中和尾气中颗粒物含量不得超过10mg/m3。
(2)原煤筛分前，尽量避免采用喷雾除尘、干雾抑尘除尘器，该工艺会增加原煤水分。当原煤外水大于7%时，原煤筛分效率迅速下降，尤其是3mm/6mm干法筛分时，会大大降低筛分效率，导致采用脱粉入选工艺的选煤厂处理能力降低，甚至影响选煤厂的正常运行。
(3)洗选后产品转载、破碎等环节尽量避免采用袋式除尘器，洗选后的煤炭含有大量水分，对于高湿气体，容易引起布袋糊袋，净化效率迅速下降。
4.粉尘治理工艺的可行性方案
对于空气和尾气中颗粒物含量不超过10mg/m3的标准，目前选煤厂常用的除尘工艺基本难以达到，因此需要采用新材料、新工艺或多级净化除尘工艺。
4.1袋式除尘器二级净化工艺
目前选煤厂广泛使用袋式除尘器，尾气治理后的颗粒物浓度多为10～30mg/m3。要想达到10mg/m3，只需再增加一级袋式除尘器，目前干选车间的尾气净化普遍采用该工艺。
4.2 滤筒式除尘器净化工艺
新型的滤筒除尘器一般分为沉降单元、过滤单元、洁净室单元三部分，大颗粒粉尘再沉降单元由于气流断面扩大、在重力和均流板惯性作用下沉降分离下来。粒度细小的尘粒进入过滤室后，通过扩散和筛滤等综合效应，使粉尘附着在褶式滤筒表面，净化后的气体进入净气室由排气管经风机排出。褶式滤筒的内外阻力随着表面粉尘厚度的增加而增大，脉冲清灰仪根据含尘气室和洁净气室压差或定时控制脉冲阀反吹清灰。该设备对0.5μm以上粉尘的过滤效率可达99.99%以上；而且单个滤筒的过滤面积大，是相同规格布袋的过滤面积的4~5倍，因而滤筒式除尘器设备的体积和占地面积均远小于布袋除尘器。在多个行业已经逐步有替代布袋除尘器的趋势，在除尘领域将有着广阔的应用前景。
4.4湿式动力除尘器净化工艺
湿式动力除尘器由湿式风机、上筒体、下筒体、旋流板等组成。初净化阶段：含尘空气从下筒体的进风口切线进入，并与上筒体下流的泥浆混合，在离心力作用下形成湿旋水膜除尘，部分较大被加湿的尘粒抛向下筒体的筒壁，伴随浆体被收集并从排污口排出。含尘气流继续流过旋流器，由于叶片的导向作用，使气流旋转并改变方向，尘粒再次与泥浆混合并被捕捉后排出。旋流器由于无中心筒，有效地控制气流垂直上升，提高了捕捉效率，减少了压力损失。主净化阶段：加湿后的含尘气流由下筒体进入上升管，在风机入口处，设有喷嘴向吸入口喷水，使含尘气体与雾化水充分混合，一并进入风机。在高速风机叶轮的作用下，水雾与粉尘剧烈碰撞、凝聚，使粉尘被水捕捉，干净气体及泥浆从风机出口沿切线方向进入上筒体。细小的尘粒在湿式风机内的捕捉过程，通过以下途径：1）气体、液体、尘粒紊流混合凝聚。2）尘粒在转动的直叶片上碰撞。3）由于叶轮的高速旋转产生的动力迫使尘粒与机壳湿表面相对运动。分离阶段：净化后的气体和泥浆由切线进入上筒体，由于离心力和上升气流速度的降低，使泥浆与气体分离，泥浆从锥体结构的出口排至下筒体。净化后的气体从上筒体出口排至大气。该方法整体运行成本较低，维护方便，在选煤厂尾气治理方面有较大的前景。
结束语：
选煤厂的粉尘治理越来越受到人们的重视和关注，生态环保部也提出要推进选煤厂粉尘无组织排放的深度治理，地方政府也出台了相关政策要求，这些举措将极大地促进煤尘治理新技术、新材料等的研究、开发与推广，加速推动煤尘治理的力度。
参考文献：
［1］AQ1010—2005，选煤厂安全规程［S］．
［2］GB20426—2006，煤炭工业污染物排放标准［S］．
［3］全国勘察设计注册工程师环保专业管理委员会，中国环境保护产业协会．注册环保工程师专业考试复习教材:大气污染防治工程技术与实践［M］．北京:中国环境出版社，2017