轉(zhuǎn)載點高濃度干燥細微粉塵治理技術(shù)研究

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(shè)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(guān)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。

1 轉(zhuǎn)載點產(chǎn)塵特點分析

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(shè)計不合理。安裝的機械除塵器系統(tǒng)設(shè)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(shè)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］。

2 錫選廠產(chǎn)塵點粉塵特性分析

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］。

3 除塵系統(tǒng)方案研究

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(shè)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。

3.1 除塵系統(tǒng)總風量［7］

根據(jù)錫選廠設(shè)備型號及現(xiàn)場測試資料，查通風除塵設(shè)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。考慮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 除塵阻力計算［7，8］

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(shè)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

3.3 除塵風機選擇

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）。

4 除塵效果測評分析

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(guān)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(guān)規(guī)范中規(guī)定的顆粒物排放濃度標準（≤120 mg／m3）。

5 結(jié) 論

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。