王 志,肖高立,李凌凱
(1.湖南有色冶金勞動保護研究院,湖南 長沙 410014;2.非煤礦山通風除塵湖南省重點實驗室,湖南長沙 410014;3.香花嶺錫業(yè)有限責任公司,湖南 郴州 424306)
選礦廠產(chǎn)生粉塵的環(huán)節(jié)主要集中在礦石的破碎階段,存在著產(chǎn)塵點集中,產(chǎn)塵量大,隨著生產(chǎn)的進行而連續(xù)不斷產(chǎn)塵的特點,如果不加以控制,粉塵的濃度由于生產(chǎn)的進行而不斷升高,將對作業(yè)環(huán)境、機械設備和人員健康造成損害。針對此類問題,國內(nèi)大部分選礦廠采取了如噴霧灑水等相關技術(shù)措施,但局部地方仍存在粉塵飛揚的情況,因此須采取有效措施對轉(zhuǎn)載點進行粉塵治理,香花嶺錫選廠破碎工段采用了濕式除塵系統(tǒng),除塵效果較好,系統(tǒng)運行穩(wěn)定。
選礦廠粉塵濃度高大部分是因為細顆粒粉塵在生產(chǎn)運輸過程中,不能粘附在粗顆粒上或從粗顆粒上脫落、分離出來而形成粉塵,更為主要的是轉(zhuǎn)載點的高落差,礦石的碰撞、沖擊,風流揚塵等共同作用所導致[1],其具體表現(xiàn)在以下幾個方面:
1.原礦的含水率低于7%時,在破碎運輸過程中粉塵飛揚嚴重,水分越低,粉塵飛揚越嚴重[2]。
2.皮帶輸送機的機頭、機尾的高落差落礦和皮帶運行速度過大。原礦在轉(zhuǎn)載點處轉(zhuǎn)載時作拋物線運動,在皮帶速度較大的情況下,粒徑小于76μm的顆粒容易附著在大顆粒上一起作拋物線運動,但小顆粒粉塵將會長期漂浮于空氣中而難以降落。已經(jīng)降落的粉塵在較大礦塊的沖擊下還會再次揚起,形成二次污染[3]。
3.安裝的通風除塵系統(tǒng)設計不合理。安裝的機械除塵器系統(tǒng)設計不夠合理,一方面引風能力不足,漏風嚴重;另一方面不能形成合理的流場,導致含塵氣體不能按預定密閉通道流動,粉塵抑制困難。
4.運輸給料槽設計不恰當。選礦廠多數(shù)給料溜槽落礦高度過大,給料方向不合理,一方面易造成撒礦或皮帶跑偏,另一方面也加大了礦塵飛揚程度,作業(yè)場所粉塵濃度升高,環(huán)境污染嚴重[4]。
通過現(xiàn)場各產(chǎn)塵點的粉塵濃度測試,測試點位于產(chǎn)塵點下風側(cè)1 m左右呼吸帶高度,測試時間30 min,測試流量20 L/min,各產(chǎn)塵點粉塵濃度測試結(jié)果見表1。
表1 錫選廠破碎車間粉塵濃度測定
根據(jù)表1測試結(jié)果,對比標準《工作場所空氣中粉塵容許濃度》(GBZ 2.1-2019)不超過 1 mg/m3,破碎車間所有產(chǎn)塵點粉塵濃度均超標,甚至嚴重超標。
同時,為了更為細致地掌握粉塵的物理特性,對各產(chǎn)塵點粉塵的分散度進行了統(tǒng)計。粉塵分散度統(tǒng)計見表2。
表2 錫選廠破碎車間粉塵分散度測定統(tǒng)計
根據(jù)表2測試結(jié)果,粗碎粉塵粒徑41.8%在40 μm以上,中碎主要集中在20~30μm之間,細碎主要集中在5μm以下占71.5%;同時,粉塵潮濕具粘滯性。據(jù)此,粗碎與中碎產(chǎn)生的粉塵可以機械濕式除塵的方式進行治理。對于細碎中小于5μm的粉塵,若采用機械收塵的方式對粉塵的捕集率較低,建議采用超聲高壓霧化的方式進行處理[5]。
香花嶺錫選廠破碎車間破碎工段現(xiàn)日處理量為300 t/d,破碎、篩分設備作業(yè)率為70%,破碎車間細碎之前采用的是“三段破碎一閉路”其流程圖如圖1所示。
根據(jù)錫選廠破碎車間產(chǎn)塵點的現(xiàn)狀,除塵系統(tǒng)形式采用分散式除塵系統(tǒng),即將圓錐破碎機、4#、5#和6#皮帶生產(chǎn)流程相對較近且粉塵濃度較大的產(chǎn)塵點劃分在同一除塵系統(tǒng)中,除塵器采用CLS/A新型水膜除塵器[6],除塵系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。
根據(jù)錫選廠設備型號及現(xiàn)場測試資料,查通風除塵設計手冊得出相應排塵風量如下:
1.標準圓錐破碎機。圓錐破碎機型號為PEB-900,由此可查得入料口風量為1 300 m3/h,卸料口風量為 4 200 m3/h,可得其排塵風量為 5 500 m3/h。
2.短頭圓錐破碎機。圓錐破碎機型號為PED-900,同樣可查得入料口風量為1 300 m3/h,卸料口風量為 4 200 m3/h,可得其排塵風量為 5 500 m3/h。
除塵系統(tǒng)需風量見表3。
表3 錫選廠除塵系統(tǒng)排塵風量
根據(jù)實際產(chǎn)塵量為11 500 m3/h,擬使用獨立除塵系統(tǒng),即利用除塵風管將含塵空氣送至除塵器處理??紤]到除塵風機的備用余量及除塵器的漏風系數(shù),取1.05,實際處理風量為12 075 m3/h。
3.2.1 管道內(nèi)氣體流速的確定
由于錫選廠輸送含有重礦物粉塵的空氣,風管內(nèi)最小風速為:垂直風管14 m/s,水平風管16 m/s。
3.2.2 除塵管道直徑與氣體流量的計算
1.氣體流量的計算。對于圓形管道的氣體流量計算公式為:
對于矩形管道的氣體流量計算公式為:
2.排塵管道直徑計算:
式中:Q為流量/m3·h-1;D為管道內(nèi)徑/m;a、b為矩形邊長/m;ν為流速/m·s-1。
除塵系統(tǒng)各段管路直徑計算結(jié)果見表4。
表4 除塵系統(tǒng)各管道直徑計算結(jié)果
3.2.3 管道中的阻力損失計算
1.管道摩擦阻力損失。含塵氣體,在通過任意形狀的管道橫截面時,其摩擦阻力損失為:
式中:ΔPL為摩擦阻力損失/Pa;λ為摩擦阻力系數(shù);υ為氣流速度/m·s-1;L為管道長度/m;D為管道直徑/m;ρ為氣體密度/kg·m-3,取 1.2 kg/m3。
2.局部阻力損失計算。局部阻力損失在管件形狀和流動狀態(tài)不變時正比于動壓,可按下式計算:
式中:ΔPζ為局部阻力損失/Pa;ζ為局部阻力系數(shù);ρ為氣體密度/kg·m-3;取 1.2 kg/m3;υ為流速/m·s-1。
3.管道的總壓力損失。除塵系統(tǒng)管道的總壓力損失是直管的摩擦壓力和管道中局部壓力損失之和:
式中:m為流體壓力損失附加系數(shù),m=1.15~1.2。
3.2.4 除塵系統(tǒng)的總壓力損失
除塵系統(tǒng)的總壓力損失是管道壓力損失和各設備壓力損失之和。根據(jù)式(6)阻力計算公式計算各段阻力見表5。
表5 錫選廠除塵系統(tǒng)阻力計算
根據(jù)風量12 075 m3/h,管道阻力為509.03 Pa,除塵器裝置阻力為500~1 000 Pa,此次取900 Pa,得出系統(tǒng)總壓力1 620.38 Pa,選擇風機型號為:Y9-38NO7.1-11 kW,壓力1 784~1 873 Pa,處理量9 219~12 292 m3/h;電機型號為:Y160M-4(11 kW)。
錫選廠破碎車間除塵系統(tǒng)經(jīng)過近一個月的工程實施、系統(tǒng)調(diào)試,試運行后,進行了第二次產(chǎn)塵點粉塵濃度測試,測試儀器、測點布置和測試方法與治理前相同,表6給出了治理前后同一測點粉塵濃度大小對比。
表6 錫選廠破碎車間粉塵治理前后濃度對比
從粉塵濃度對比結(jié)果可以看出,錫選廠破碎車間除塵系統(tǒng)運行效果較好,粉塵濃度值均符合工作場所粉塵容許國家相關標準。
同時,還對排放筒排放濃度進行了測定,測定結(jié)果見表7。
表7 排放筒排放濃度測定
根據(jù)測定結(jié)果,得出排放筒顆粒物外排濃度均值為34.52 mg/m3,符合國家相關規(guī)范中規(guī)定的顆粒物排放濃度標準(≤120 mg/m3)。
錫選廠破碎車間除塵系統(tǒng)運行穩(wěn)定,產(chǎn)塵點粉塵濃度由最高的 48.32 mg/m3,下降到 0.73 mg/m3,除塵效率達98.49%,排放筒顆粒物排放濃度遠低于國家標準,降塵效果好。作業(yè)點粉塵濃度的降低,改善了工人的工作環(huán)境,保障了企業(yè)的安全生產(chǎn),本除塵系統(tǒng)對類似產(chǎn)塵點除塵提供了解決途徑,具有借鑒意義。