兖州矿业的绿色生产之路
近几年来，兖州矿业（集团）公司及其下属厂矿针对矿区环境保护工作中原先存在的问题进行了认真分析和归纳，依靠科技进步加快污染治理，与有关研究单位共同开展技术攻关，同时根据目前国内外已有的适用新技术成果提出解决方案并进行了实施，从狠抓煤泥水处理、烟气脱硫、除尘技术、煤矸石处理和噪声治理等多个方面进行综合治理，将治理与利用相结合，走绿色生产的可持续发展之路，实现了“经济效益、环境效益、社会效益”的三统一。
1 煤泥水处理
1）新型煤矿水仓清淤系统
由山东科技大学和兖州矿业（集团）公司济宁三号煤矿共同研究的煤矿水仓新型清淤系统，解决了传统清淤系统中一些难以解决的问题，提高了清淤的工效，延长了水泵的寿命，保护了环境。
在水仓的清淤过程中，糊状淤泥是比较难以清理的，而产生糊状淤泥的原因是淤泥中的水分太大。如果能够将淤泥中的水分分离出来，对水分比较少的淤泥和分离出来的水分别进行运输和处理，则不失为一种有效的办法。此项成果借鉴了选煤工艺过程中压滤机的工作原理。但是，压滤机一般只能够处理0.5mm以下的杂物，而水仓的积淤中存在有大量超过此规格的颗粒状煤和其它杂物。
经过深入分析研究，他们决定借鉴振动筛清淤系统的原理，先将0.5mm以上的颗粒状杂物分级筛选出来进行处理，压滤机只处理0.5mm以下的杂物。根据调研的结果，直线振动筛的工作效果比较好，因此在这种新型清淤模式的工艺流程中采用了直线振动筛。该系统所需要的设备有：稀释淤泥用的清水管路和设备，污水排出设备——杂污泵及其附件，直线振动筛、矿车、污水积储箱，压滤设备包括给料泵、压滤机及附件等。水仓中的淤泥经过稀释以后用排污泵排向直线振动筛，通过直线振动筛的分级作用，0.5mm以上的颗粒杂物被筛选出来并且被装入到矿车中，0.5mm以下的淤泥浆则由给料泵送入到压滤机中把水分离出来，清水被排出，而泥饼亦被装入矿车运走。
实践证明：此项成果具有较高的机械化水平，降低了工人的劳动强度；处理淤泥的能力强，糊状淤泥清理彻底；及时清淤有利于矿井的安全生产，还保护了环境；淤泥的再利用提高了矿井的经济效益。
2）东滩选煤厂开展煤泥水处理系统改造研究
兖州矿业（集团）公司东滩煤矿选煤厂的洗水浓度自从投产以来经常偏高，严重的时候甚至影响了正常生产，已经成为制约进一步提高入洗能力的关键环节。为此，他们开展了煤泥水系统改造的研究。
这个厂的煤泥水系统是由浓缩车间、压滤车间以及设在主厂房内的永田沉淀槽和粗煤泥回收设备等组成的。永田沉淀槽控制进浓缩机的粒度，一段浓缩回收粗煤泥，二段浓缩回收细煤泥。该厂煤泥水处理系统存在的主要问题是：永田沉淀槽的底流排放量偏小，一段浓缩的粗煤泥回收能力不足，两段浓缩机的配置不合理。
针对这些问题，此项研究提出了以下解决措施：
①尽量在永田沉淀槽多回收粗煤泥。他们对永田沉淀槽底流进行筛分的结果表明，底流中+0.25mm占56.85%。经过研究，决定将弧形筛的筛缝改为0.5mm，煤泥筛的筛孔改为0.25mm，利用原脱介筛作为煤泥筛，底流泵电动机加大为55kW，即可以在此环节上多回收煤泥13.68t/h，生产动力煤的时候可以提高精煤产率1.5%左右。
②提高一段浓缩粗煤泥回收设备的处理能力。充分利用现有设备，保证能有5台沉降过滤式离心机正常工作，再增加1台细煤离心机，即可以解决处理能力小的问题；或者把6台沉降过滤式离心机全部更换成细煤离心机，可以进一步提高粗煤泥回收设备的处理能力，降低煤泥水分，为下一步提高原煤入洗能力创造了有利的条件。
③合理配置两段浓缩流程。两段浓缩串联起来使用，减少一段浓缩面积，增加二段浓缩面积。现场生产的时候可以适当加大分流量，减轻二段浓缩的负荷。为了不影响选煤厂的生产和合理利用资金，上述三种方法可以根据实际情况分步实施。
2 烟气脱硫
1）热电厂烟气湿法脱硫工艺研究
兖州矿业（集团）有限责任公司通过对国内外脱硫工艺的调研、资料收集和分析，结合煤矿资源综合利用热电厂的特点及国家对SO2排放的要求，针对煤矿资源综合利用热电厂的湿法脱硫工艺选择进行了探索和研究，具有比较强的实用性。
①石灰石—石膏法烟气脱硫工艺。国内的大型火电厂绝大部分采用此工艺。将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔内与烟气充分地混合，烟气中的SO2与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙。脱硫以后的烟气经过除雾器除去雾滴，再经过换热器加热升温以后由烟囱排入大气。由于吸收浆液在吸收塔内通过循环泵反复循环与烟气接触，所以吸收剂的利用率很高，脱硫效率大于95%。
②双碱法烟气脱硫技术。这是为了克服石灰石—石膏法容易结垢的缺点而发展起来的。将氢氧化钠溶液直接打入脱硫塔内洗涤脱除烟气中的SO2。由于氢氧化钠脱硫剂在吸收SO2以后的反应产物溶解度大，因此不会造成结垢堵塞。脱硫产物排入再生池以后利用氢氧化钙进行还原，再生的钠基脱硫剂被打回脱硫塔内循环使用，降低了投资及运行费用，比较适用于中小型锅炉的脱硫。
③海水脱硫工艺。在吸收塔内，燃煤烟气中的SO2被带碱度的海水吸收而除去，净化以后的烟气经过除雾器除雾和换热器加热以后排放。此法适用于靠海、扩散条件好、用海水作冷却水、燃用低硫煤的电厂，但是烟气脱硫以后可能产生的重金属沉积和对海洋环境的影响要经过长期的观察才能得出结论，因此在环境质量比较敏感和环保要求比较高的区域使用需要慎重考虑。
④氧化镁湿法脱硫技术。其过程是碱性金属氧化物与水反应生成氢氧化物，再与烟气中SO2溶于水而生成的亚硫酸进行中和反应。脱硫反应产物中的亚硫酸镁可以制取氧化镁，副产品SO2可以制硫酸，实现了镁资源和硫资源的循环利用。此法工艺系统简单，运行电费低，对烟气变化的适应性好。
2）热电厂烟气半干法脱硫工艺研究
为了寻求适合煤矿资源综合利用热电厂应用的SO2治理技术，兖州矿业（集团）有限责任公司进行了广泛的调查，并对热电厂半干法脱硫工艺选择进行了探索和研究。
①烟气循环流化床脱硫工艺。烟气从吸收塔底部进入，流经文丘里管后速度加快，并与吸收剂粉末混合形成流化床，在喷入均匀水雾降低烟温的条件下，吸收剂与烟气中的二氧化硫反应生成CaSO3和CaSO4。脱硫以后携带大量固体颗粒的烟气从吸收塔顶部排出，进入再循环除尘器，分离出来的颗粒经过中间灰仓返回吸收塔。固体颗粒反复循环达到百次之多，吸收剂利用率较高。其占地面积少，投资较省，尤其适合于老机组的烟气脱硫。
②旋转喷雾干燥烟气脱硫工艺。将石灰制成消石灰乳并泵入吸收塔内，被雾化成细小液滴的吸收剂与烟气中SO2反应生成CaSO3。吸收剂带入的水分被蒸发而干燥，烟气温度随之降低。脱硫反应产物以及未被利用的吸收剂以干燥颗粒物的形式随着烟气被带出吸收塔，进入除尘器被收集下来。脱硫以后的烟气经过除尘器除尘以后排放。一般将部分除尘器收集物加入制浆系统进行循环利用。具有技术成熟、工艺流程较为简单、系统可靠性高等特点，脱硫率达85%以上，在美国及西欧一些国家有一定应用范围。
③大颗粒石灰石淋水脱硫工艺。这是上世纪90年代新兴的脱硫技术。烟气进入石灰石循环流化床反应器，其上端及中部设有喷水头向下定时定量喷水，水量以达到CaSO3表面覆盖薄层水膜为准。烟气在反应器内沿着隔板与覆盖水膜的直径1～12mm石灰石颗粒充分接触。SO2与水和CaCO3发生反应，在石灰石表面生成CaSO4·2H20和CaSO3·2H20。反应中产生的热量会使部分水挥发，脱硫反应副产物含水率约为10%，不需要添加烘干设备。
④电子束法脱硫工艺。烟气经过除尘器粗滤以后进入冷却塔被冷却到适于脱硫、脱硝处理的温度。冷却水在冷却塔内完全得到蒸发，不产生废水。通过冷却塔以后的烟气流进反应器，在反应器进口将一定的氨水、压缩空气和软水混合喷入，经过电子束照射以后，SOx和NOx在自由基的作用下生成中间生成物硫酸和硝酸。硫酸、硝酸与共存的氨进行中和反应，生成硫酸氨与硝酸氨的混合粉体沉淀到反应器底部，通过输送机排出。净化以后的烟气经过脱硫风机向大气排放。
3）热电厂烟气干法脱硫工艺研究
为了保证煤矿资源综合利用热电厂的SO2排放目标，探索更加稳定和高效的脱硫技术工艺，兖州矿业（集团）有限责任公司对热电厂干法脱硫的工艺选择进行了研究。
①炉内喷钙尾部增湿烟气脱硫工艺。炉内喷钙加尾部烟气增湿活化脱硫工艺是在炉内喷钙脱硫工艺的基础上在锅炉尾部增设了增湿段，以提高脱硫效率。该工艺多以石灰石粉为吸收剂，石灰石粉由气力喷入炉膛850~1150℃温度区，石灰石受热分解为氧化钙和CO2，氧化钙与烟气中的反应生成亚硫酸钙。由于反应在气固两相之间进行，受到传质过程的影响，反应速度较慢，吸收剂利用率较低。在尾部增湿活化反应器内，增湿水以雾状喷入，与未反应的氧化钙接触生成氢氧化钙进而与烟气中的反应。当钙硫比控制在2.0~2.5的时候，系统的脱硫率可以达到65~80%。由于增湿水的加入使烟气温度下降，一般控制出口烟气温度高于露点温度10~15℃，增湿水由于烟温加热被迅速蒸发，未反应的吸收剂、反应产物呈干燥态随烟气排出，被除尘器收集下来。该脱硫工艺在芬兰、美国、加拿大、法国等国家得到应用，采用这一脱硫技术的最大单机容量已经达到30万kW。
②活性焦炭脱硫脱硝一体化技术。活性焦炭是这一处理过程的关键和重要的因素。它既作为优良的的吸附剂，又是催化剂与催化剂载体。脫硫是利用活性焦炭的吸附特性；除氮是利用活性焦炭作催化剂。通过与NO或NO2发生催化还原反应而去除。其主要工艺在于吸收塔和解吸塔。活性焦炭吸收塔分为两部分，烟气由下部往上部升，活性炭在重力作用下从上部往下部降，与烟气进行逆流接触。烟气首先进入吸收塔下部被脱除SO2，然后烟气进入上面部分，喷入NH3与氨氧化物反应脱硝。饱含SO2的焦炭从吸收塔底部排放出来通过震动筛，经过筛选的活性焦炭再被送到解吸塔顶部，利用价值较低的活性焦炭作为燃料被送到锅炉中。
3 除尘技术
1）袋式除尘器在燃煤电厂使用中的注意事项
布袋除尘器在除尘的同时还具有脱硫及控制有害气体的作用。近十年来，袋式除尘器在我国发展很快，尤其是大型袋式除尘器的出现、新的滤料和新型脉冲阀的开发，增强了袋式除尘器的安全性与可靠性，不仅比电除尘器除尘效率高，而且受粉尘特性和烟气成分的影响也很小。在我国燃煤电厂采用袋式除尘器已是大势所趋。兖州矿业（集团）有限责任公司袋式除尘器在燃煤电厂使用中的注意事项进行了总结分析。
袋式除尘器在使用中的注意事项：
①在锅炉启动点火或低负荷稳燃时需要燃油。为了避免油烟在滤袋上板结，除尘器使用前应先预涂灰。可在烟道入口加装一个预涂灰添加装置，同时为了滤袋不受损，在除尘系统中一定得设置旁通风道，出现异常情况时开通旁通烟道使烟气通过旁通直接进入引风机前的出口烟道，并关闭各除尘器单元前后的阀门。
②为形成均匀气流，应在含尘气流进入过滤室前设置烟道分配器，另外也可对烟尘中的大颗粒物进行粗分离，对滤袋起到保护作用。把进口烟道设计成楔形也有利于烟气的均匀分配。
③布袋除尘器运行中有时会出现结露现象，主要原因是压缩空气中含有大量的水和油；另一原因是气流高速喷射的冷气流和袋内热气流温差所致。解决办法是提供无水无油的清洁压缩空气，同时对除尘器做好保温。
④选择简单可靠、维修容易及换袋工作条件好的结构形式。更换滤袋是布袋除尘器大修时工作量最大的工序，现在大部分厂家都将换袋位置设在净气室，更换滤袋的条件会好些。
⑤合理的过滤风速是决定滤袋寿命的重要因素。在安装过程中，花板、袋笼及其连接件应光滑，无伤害滤袋的可能。花板有足够的平整度和刚度，滤袋与花板连接可靠，有密封、不泄漏。
⑥为保持袋式除尘器长期有效运行，要勤于观察，做好日常维护。对重要部件要定期检查，发现问题及时解决，并对再次发生此类问题有应对措施，如发现布袋破损（主要从压差、烟气浊度变化观察），要及时安排切换工作室，检查处理。
2）选煤厂除尘工艺研究
兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿针对选煤厂尘源较为分散、扬尘量等特点进行了一系列的探索研究，从原先的普通水雾化除尘到形成现在的密闭—雾化—通风工艺系统，使整个选煤厂的除尘工作得到了极大的提升，为选煤厂的除尘工作提供了可供借鉴的经验。
选煤厂在原煤准备车间中存在毛煤分级、原煤筛分、块煤破碎及皮带运输转载扬尘；在预筛分车间主要存在筛分及皮带运输转载扬尘；在洗煤车间存在筛分、破碎及运输转载等环节，其中的块煤破碎扬尘最为严重。破碎扬尘主要是由物料进机时和破碎过程中的粉尘飞扬所造成；筛分扬尘主要是由随物料一起带入的空气冲击筛面，筛面激烈运动使细微粉尘飞扬；皮带运输及转载扬尘主要由物料流与空气产生剪切作用，空气进入料流中，料流逐步扩散发生的卷吸形态而使粉尘飞扬所造成。
①煤流扬尘点的密闭。根据破碎、筛分及运输转载等尘源扬尘情况，在扬尘点源上方设吸风罩。在有皮带运输机机头、机尾等的落料、受料点加设吸风罩，出料口处还设导流板，让吸口保持均匀负压，使携尘气流合理进入吸风罩。振动筛、破碎机的通风防尘采用全封闭式。吸风罩尺寸大小根据扬尘点源的设备而定。一般大于扬尘设备外形尺寸100mm左右。吸风罩的位置选在尘源中心，且罩子的张角以45°最为适宜。操作工利用观察孔观察操作。
②雾化—通风除尘设备的选择。除尘器是通风除尘系统的主要设备，是除尘系统最终结果的体现，所以除尘器的选择是至关重要的。他们在分析各种除尘器性能的基础上，充分考虑粉尘扬尘源和扬尘量等因素，选择了文丘里除尘器。采用新的密闭—雾化—通风系统后的总除尘效率达到87.86%，改善了车间环境及工人劳动条件。
4 煤矸石处理
1）煤矸石的环境影响及发生条件有研究
南京煤炭设计研究院以山东济宁东部矿区和滕南矿区为例，系统地分析了煤矸石的环境影响及发生条件。
煤矸石的环境影响分析是煤矿环境影响评价的重要内容。煤矸石的环境影响及发生条件主要表现在以下几个方面：
①侵占耕地。只要把煤矸石排到地面，无论利用与否都要不同程度地侵占耕地，平原矿区尤其如此。尽管济东矿区和滕南矿区通过设计改革已经使煤矸石的排放量减少了约三分之一，但如不采取其它措施，两矿区生产结束时，矸石累计占用耕地将达到10万平方米。
②发生自燃。煤矸石自燃是普遍现象，但不是必然现象。含有一定数量的自燃物硫铁矿和可燃物碳元素，是煤矸石自燃的内因，硫铁矿是决定性的因素。
③风蚀扬尘。矸石表面会风化成粉尘，并随风进入大气环境，可溶性金属盐类可随水渗入地下，不仅对大气环境造成污染，而且对地下水体和土壤也造成污染。
④淋溶水污染。煤矸石受到降雨或长期处于浸渍状态，便可使其中有害成分溶解进入水体、土壤，对水环境和土壤环境造成污染。这一污染程度可以依据国家有关标准通过试验分析得知。
⑤滑坡与泥石流。如果矸石山堆积过高、坡度过大，就容易形成滑坡；而当由于降雨等作用使矸石山的含水量达到饱和状态的时候，便有可能形成泥石流。
⑥破坏景观。在自然景致中竖起一座座高大、光秃秃且黑乎乎的矸石山，肯定是煞风景的。
⑦放射性污染。煤矸石中的放射性元素及放射性水平达到一定限值便会对人体产生放射性危害。我国《放射防护规定》（GBJ8-74）中规定：“含有天然放射性元素的废物，比放射性大于1*10(-7)Ci/kg者，应当按照放射性废物处理”。
2）挖潜创效实现煤矿废渣的最佳利用
煤炭开采和加工过程中，对环境带来影响最大的是废水、废渣和土地塌陷。其中，由于地理环境、社区关系等因素的影响，废渣和土地塌陷治理起来难度相对大一些。兖州矿业（集团）公司南屯煤矿从自身的实际情况出发，采取各种措施挖掘潜力，大力开展综合利用，不但较好地解决了这些问题，而且取得了一定的经济效益。
①煤矸石利用。为避免矸石堆积占用大量土地和自燃发火排出的大量有害气体污染环境，这个矿积极探索矸石综合利用新技术，在矿选煤厂投产后，投资5000万元建成了以洗煤矸石和洗中煤为燃料的矸石热电厂，装机容量1.8万kW，年利用矸石5.5万t，所发电力除供本矿用50MkW·h外，还向社会输送50MkW·h的清洁能源，节约标准煤7.46万t，增收1268.2万元，并且减少洗煤矸石因堆积带来的占用土地、矸石自燃等各种环境问题。
②炉渣的利用。以煤矸石为燃料的沸腾炉排出的灰渣具有良好的物理特性，国内许多电厂已经对灰渣进行了广泛的开发利用，如用灰渣作混合材料生产砌筑水泥、制砖等。南屯煤矿矸石热电厂装有3台35t/h的沸腾炉，每台炉每小时排渣3.2t、粉煤灰1.2t，如何充分利用灰渣、变废为宝、减少占地及对环境的二次污染、创造更多的效益，是摆在他们面前的一个新课题。南屯矿紧紧围绕矿井安全生产与节资降耗的主导方向来解决电厂的灰渣利用问题，利用炉渣代替石子及沙子作井下喷浆混凝土骨料、井下采空区充填材料和用于生产建材砌块，粉煤灰用作井下注浆，实现了矸石发电—灰渣利用—安全生产的良性循环。
5 噪声治理
1）振动筛噪声源分析及降噪措施研究
山东科技大学对兖州矿业（集团）公司鲍店煤矿选煤厂的ZMS2065型振动筛进行了多点多方向的噪声和振动测试以后，发现其噪声的频谱呈现出了低中频的宽带特性，其声级亦随着振动频率和振幅的增加而增加，是选煤厂的主要噪声源之一。为此，他们开展了振动筛噪声源分析及降噪措施研究。
振动筛是选煤厂的主要筛分工具。由于其本身的特性决定了在正常工作时必须通过振动才能实现筛分，但是振动又是产生噪声的根本原因，而且声级高、声源多且复杂。此项研究课题采取多点多方向同时测量振动和噪声，然后将磁带机记录到的振动与噪声信号经由分析仪进行频谱分析与相干分析。通过对筛板、侧板、激振器轴承和振动筛上所使用的钢弹簧等主要噪声源的分析，证明了振动筛噪声的测试结果是可信的，主要噪声源的确定是正确的，为选煤厂的噪声治理提供了理论依据。
他们所提出的降噪措施如下：紧固振动筛上的所有部件，特别是需要经常更换的筛板，避免由于个别部件的松动而产生的额外振动；将冲孔钢筛板更换为弹性模量小、冲击噪声低的聚氨酯筛板或者橡胶筛板；在筛箱的侧板、入料给料口、排料口和接料底盘内加贴橡胶板，这样可以有效地抑制侧板的高频振动，减少辐射噪声；采用柔性辐板齿轮来代替钢齿轮，即在齿轮的辐板上利用橡胶弹性体传递扭矩，吸收齿轮啮入、啮出所造成的振动；用橡胶弹簧替代钢制弹簧，以减少冲击；在激振器的体外加装软式隔声罩；对轴承的内外套之间加以阻尼处理，轴承的滚动体可以制作成空心滚动体或者在空心滚动体的内部加入阻尼材料，这样能够减小轴承的振动和降低轴承的噪声。
2）空气压缩机房噪声治理
兖州矿业（集团）公司铁路运输处机务段空气压缩机房位于工业厂区，机房内安装有两台3L-10/8型空气压缩机。通过多次现场测试：空气压缩机开机的时候室内的声级高达dB(A)，超过了GBJ87-85《工业企业噪声控制设计标准》的规定值，对机房工作人员的身心健康有危害；厂区临界点噪声值白天≧60dB(A)、夜间≧50dB(A)，超过了GB3096-93《城市区域环境噪声标准》、GB12348-90《工业企业厂界噪声标准》的规定，对居民造成了噪声污染。因此，他们对空气压缩机房产生的噪声进行了治理，并且取得了良好的效果：空气压缩机主机房噪声降至≦80dB(A)、空气压缩机值班室噪声降至≦70dB(A)，厂区临界点噪声降至白天≦55dB(A)、夜间≦45dB(A)。
针对空气压缩机房设备的噪声级、频谱特性和相对环境敏感总的要求，他们在确保符合空气压缩机房有关的安全技术规程要求及现场正常操作、检修等技术要求的前提下，对空气压缩机噪声源采取了设备消声、隔音及室内吸声的治理方式。
在空气压缩机吸气口安装空气压缩机专用的KY型消声器。该消声器具有低频突出的宽频消声特性，额定风量内的消声量为35～40dB(A)，使空气压缩机的吸气噪声降至70～75dB(A)左右。在空气压缩机排气口安装空气压缩机专用的KP型消声器。该消声器具有中高频消声特性，额定风量内的消声量为35～40dB(A)，使空气压缩机的吸气噪声降至70～80dB(A)左右。安装吸气口和排气口消声器以后，确保室内的噪声源降至≦80dB(A)。
主机间原有窗户均为南北对称布置，规格形式相同，全部改换为相同尺寸的双层隔声专用窗，隔声能力≧35dB(A)。原有门为一般双扇木门一个、单扇木门两个，全部改换为隔声门，隔声能力≧39dB(A)。机房整个墙面全部装设ZX-80新型高效穿孔吸声结构，既达到吸声效果又确保无反射混响。采用隔声门窗封闭机房，防止噪声向外传播的同时也使房内热量难以扩散，因此机房内换气和散热采用机械强制通风的方式进行了治理。
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