СПЕЦПРОЕКТ

Mining World Russia 2020

ПЕРЕЙТИ

Отдельные аспекты пылеподавления на открытых угольных складах

Россия — одна из ведущих стран по угледобыче. До отправки потребителю, а также в местах потребления топливо приходится складировать, чаще всего штабелями на открытых площадках. Пожарная опасность угольных складов обусловлена главным образом способностью многих из них самовозгораться (бурые и каменные, за исключением марки Т).

Заполнение контейнеров углем

Особенности создания системы

Процессу самовозгорания углей способствует наличие в них серного колчедана, который, окисляясь, выделяет тепло и разрыхляет верхние слои кусков угля, открывая новые поверхности для окисления. Некоторое влияние на понижение температуры саморазогрева оказывает степень измельчённой угля. Чем сильнее уголь измельчён, тем большую поверхность окисления он имеет.

Процесс увлажнения угольной пыли

На процесс самовозгорания оказывает влияние и влажность угля. Влага выполняет роль катализатора, ускоряя химические процессы, а также приводит к растрескиванию угля и образованию микротрещин. Увеличивается активная поверхность угля и растёт поглощение им кислорода. Влага смывает с поверхности угля окисленные плёнки и препятствует процессу окисления.

Скорость самовозгорания угля в штабелях зависит от температуры окружающей среды: с её повышением процессы окисления становятся более интенсивными, а теплоотдача в окружающую среду уменьшается.

Активность процесса самовозгорания зависит от притока кислорода воздуха в штабеля. На его величину влияет плотность штабеля и степень уплотнения откосов.

Положительный результат в борьбе с самовозгоранием углей даёт уплотнение штабелей. Уголь укладывают слоями по 0,5 м с уплотнением каждого слоя. Поверхность откосов перед уплотнением необходимо покрывать угольной пылью. Рекомендуется покрывать штабели жидким раствором глины или смесью из извести, глины и песка слоем не менее 5 мм.

Установка для увлажнения угольной пыли

Но самовозгорание угля ещё не самая большая проблема открытого угольного склада, гораздо важнее, по моему мнению, пылеобразование. Можно выделить следующие участки пылеобразования на складах: вагоноопрокидыватели, днищевая разгрузка вагонов, ленточный конвейер, пересыпка груза с ленты на ленту, эрозия угля с открытых площадок.

Чем так опасна угольная пыль? По данным исследований, при поступлении пыли более 58 кг/га в месяц наблюдается эффект угнетения жизнедеятельности большинства растений и животных в данном районе. Вдыхаемая пыль вызывает острые заболевания верхних дыхательных путей. Особенно опасны частицы диаметром меньше 10 микрон (мкм), (по принятому в США обозначению — РМ10), а также менее 2,5 мкм (РМ2.5). На каждые 10 микрограмм (1х10-5 г) на 1 м3 увеличения концентрации в воздухе этих частиц количество пациентов лечебных учреждений с хроническими респираторными заболеваниями возрастает на 7%, из них 3,5% приходится на респираторные заболевания в острой форме и 3% — на сердечно-сосудистые заболевания, а смертность от рака лёгких возрастает на 8%.

Накопление в воздухе пыли взрывоопасных и горючих материалов грозит опасностью взрыва или возгорания. Повышенное количество пыли отрицательно сказывается на состоянии техники. Помимо чисто механического износа из-за попадания абразивных частиц в трущиеся детали возможны сбои систем управления машиной, так как повышенное количество пыли попадает в электронные блоки управления.

Ресурс двигателей, работающих в условиях запыления, сокращается в 2–3 раза. Воздействие пыли увеличивает интенсивность процесса коррозии, обслуживание и ремонт техники становятся сложнее и продолжительнее по времени.

Большинство специалистов сходятся во мнении, что не существует единого решения всех сложных проблем борьбы с пылью и универсального, полностью безопасного и продуктивного метода обеспыливания. В каждом конкретном случае эти вопросы решаются индивидуально. С учётом того, что каждый собственник желает «подешевле», рассмотрим общепринятый способ пылеподавления — распыление воды стационарными и мобильными дождевальными (поливальными) установками и гидромониторами. Обладающие большой дальностью действия дождевальные установки применяются для пылеподавления штабелированных материалов. Немало летучей пыли образуется при разгрузке самосвалов, для её подавления рекомендуют использовать систему орошения, которая монтируется «на упоре задних колёс» разгружающегося самосвала и во время выгрузки интенсивно увлажняет выгружаемый материал. В состав дождевальных систем входят нагнетающий водяной насос, дозирующий насос (подающий в воду присадку), насосы для подачи воды или раствора под давлением в форсунки, форсунки и система управления (датчики и пульт управления). Дождевальные системы управляются вручную или автоматически. Датчик измеряет количество воды в резервуаре, и насос автоматически подаёт воду, когда её уровень уменьшается. Дозирующий насос прекратит работу, когда уровень химического вещества в баке понизится до критического уровня.

Недостатков обеспыливания этим способом хватает. Обслуживание дождевального оборудования, энергозатраты и рабочая сила стоят дорого. Доставка воды для дождевальных установок может быть серьёзной проблемой в засушливой безводной местности. Но даже если вода в данной местности — легкодоступный и дешёвый продукт, она испаряется (а с ней и деньги, затраченные на обеспыливание) и позволяет подавить пыль лишь на очень непродолжительное время, которое зависит от типа грунта и климатических условий, поэтому процесс увлажнения пыльной поверхности бесконечен, как и затраты на него. И один из самых главных недостатков: орошение неэффективно в подавлении вдыхаемой пыли, т. е. не уменьшает концентрацию опасной для здоровья пыли в воздухе, так как размер капель составляет от 200 до 600 мкм, что значительно больше, чем размер частиц вдыхаемой пыли (2–10 мкм).

Механизм осаждения пыли из воздуха заключается в том, что капли воды, соединяясь с частицами пыли, увеличивают их вес, в результате пыль оседает на землю. Однако исследования показали, что в случае, если размеры капель воды существенно превышают размеры частиц пыли, частицы пыли будут двигаться вокруг капель воды вместе с потоками воздуха, обтекающими каплю, и не соединятся с водой. Таким образом, если ввести в воздух достаточное количество капель воды примерно такого же размера, как частицы пыли, вероятность столкновения между каплями воды и частицами пыли будет очень высокой. Кроме того, на интенсивность соединения капель воды и частиц пыли влияют: склонность частиц пыли к растворению в воде, гидрофобность или гидрофильность (способность к смачиванию), присутствие гигроскопичных солей, электрический потенциал частиц пыли и капель воды, температура, влажность воздуха, атмосферное давление, наличие и влияние электрических полей.

Мелкую вдыхаемую пыль из воздуха можно осаждать с помощью водяного тумана, который генерирует оборудование различных типов. Туманообразующие установки рекомендуется использовать там, где дождевальные установки невозможно применить, или они недостаточно подавляют образование пыли. Туманообразующее оборудование можно смонтировать на стационарном основании, например, на колонне («мачте», если необходимо распылять туман сверху на обрабатываемую территорию, не позволяя пыли и запахам подниматься в воздух, к тому же при распылении тумана сверху не образуются воздушные потоки, которые могли бы поднимать пыль), а также на колёсных тележках, кузовах грузовиков, на поливальных машинах и даже на стреле телескопического погрузчика.

Процесс увлажнения воздуха на территории добычи угля пушкой

Стационарные системы туманообразования используют в местах постоянного пылеобразования, например, у ленты транспортёра, перемещающего сыпучие материалы (уголь). Подобные системы состоят из насосов высокого давления (до 120 бар), нагнетающих воду в распыляющие форсунки (т. н. «гидравлические», давление в которых составляет 10–20 бар), вода очищается фильтрами, предотвращающими засорение форсунок.

Ультразвуковые генераторы тумана — это сравнительно новая технология: в форсунку одновременно подаются под низким давлением (2–5 бар) вода и сжатый воздух. Система состоит из воздушного компрессора, форсунок и системы управления с электропитанием. Форсунка ультразвукового генератора тумана сконструирована по принципу свистка: сжатый воздух разгоняется в сужающемся канале сопла и затем расширяется в его расширяющейся части, попадая в камеру резонатора, усиливающего действие волн. В результате возникают мощные ударные волны, веерообразно распространяющиеся со скоростью звука. Вода или иная жидкость, введённая в поле этих волн, дробится на мелкие и однородные по размеру капли порядка 1–10 мкм (более мелкие по сравнению с «гидравлическими» форсунками) и с низкой скоростью движения, которые лучше осаждают вдыхаемую пыль без дополнительного использования в процессе другой влаги. Воды потребляется относительно мало, и окружающие предметы и грунт не увлажняются. За счёт изменения давления воздуха можно регулировать размер капель.

Исследования показали, что в работе ультразвукового генератора тумана действует ещё одно физическое явление: возникает эффект, подобный действию электростатического пылеуловителя. Выяснилось, что частицы пыли, в основном, имеют отрицательный заряд, который зависит от природы пыли и действия окружающей среды. Капли тумана, генерируемые форсункой, имеют сильный положительный заряд. В результате вероятность соединения капель и частиц многократно возрастает, а количество капель (и расход воды), необходимых для осаждения пыли, соответственно, уменьшается.

Преимуществом является то, что форсунка не имеет движущихся деталей, вода подаётся под низким давлением, отверстие форсунки имеет большой диаметр, благодаря чему меньше вероятность засорения. Систему можно дополнить специальным продувочным клапаном, который после окончания работы установки выдувает из форсунки воду, значительно уменьшая таким образом количество отложений, выпадающих при испарении воды. Такие системы недорого стоят и дёшевы в эксплуатации, при этом высокоэффективны в пылеподавлении. Недостаток — необходимость подавать также сжатый воздух.

Специалисты считают, что применение систем туманообразования в помещениях в ряде случаев намного выгоднее использования вентиляции: системы туманообразования потребляют примерно 5% от энергии обычной системы вентиляции, а стоимость установки системы туманообразования составляет всего 40% от стоимости установки обычной системы вентиляции.

Пушки пылеподавления — более мобильное оборудование, скорее ориентированное на периодическую, временную работу.

«Пушка» представляет собой направляющий кожух, в который заключён мощный электровентилятор. Форсунки располагаются по окружности края кожуха на специальном кольце. Они генерируют миллиарды мельчайших водяных капель, которые подхватываются потоком воздуха, создаваемым вентилятором. Кольцо может состоять из отдельных секторов, положение каждого из которых регулируется отдельно, таким образом, форма облака тумана может настраиваться по потребности.

Для увеличения производительности пушки колец с форсунками может быть два или три. Крыльчатка вентилятора тоже может быть сдвоенной. От мощности вентилятора зависит дальность распространения струи тумана: от 15 до 250 м и более в длину и на 15–20 м в высоту. Кожух с вентилятором и форсунками можно установить неподвижно, угол наклона изменяется от 0 до 50°, либо пушка может автоматически совершать возвратно-поступательные движения вокруг вертикальной оси по дуге до 360°, распределяя туман по большой площади. Одна такая установка может накрывать туманом площадь более 12 000 м2.

Давление подачи воды в системе пушки — генератора тумана может быть различным. В основном, представленные на рынке установки работают при давлении в форсунках до 10–20 бар, но существуют пушки с рабочим давлением и в 70 бар, за счёт чего установку оснащают намного большим количеством форсунок, чем обычные генераторы тумана. Например, вместо 30–64 форсунок, а на некоторых установках — три кольца с общим числом 156 форсунок. Установку также можно снабдить дозирующим насосом, чтобы подавать присадки к воде для подавления резких запахов или ПАВ для увеличения связывания частиц пыли.

Используя форсунки разной размерности, формы, типа распыления и производительности, с отверстиями разного диаметра, можно подобрать туман для частиц пыли любого размера и любых условий работы. Возможна установка форсунок на поворотные шарниры, чтобы менять направление струи, а также с регулировкой давления воды, также для из менения траектории струи. Все форсунки данной установки должны быть одного размера, чтобы генерировать капли тумана одинакового размера. форсунки могут изготавливаться из латуни или нержавеющей стали, легко демонтируются и очищаются с помощью простого инструмента. Использование стали уменьшает износ и коррозию и обеспечивает годы эксплуатации без обслуживания даже при использовании воды плохого качества.

Какой можно сделать вывод? Ультразвуковые генераторы тумана являются в отдельных случаях универсальным решением для снижения пылевыделения на открытых угольных складах. Возможность применения «химии», как вариант, раствора бишофита (хлористого магния), позволяет улучшить эффективность и сделать генераторы почти всесезонными. Но как было сказано выше, «пылеподавление — это целая наука, включающая в себя решение множества технических вопросов, позволяющих добиться максимальной эффективности при минимальных затратах».

Текст: Павел Герасимов, коммерческий директор ООО «ВК-Торг» (г. Кемерово)

Понравился материал? Подпишитесь
на отраслевой дайджест и получайте подборку статей каждый месяц
.

Статья опубликована в журнале Добывающая промышленность №3, 2017

Подпишитесь
на ежемесячный дайджест актуальных тем
для специалистов отрасли.

Исключительно отраслевая тематика. Никакого спама 100%.