露天潛孔鉆機(jī)干式除塵系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

繆偉華

（湖南金聚能科技有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410205）

1 露天潛孔鉆機(jī)除塵系統(tǒng)的分類

露天潛孔鉆機(jī)的除塵系統(tǒng)一般有濕式除塵和干式除塵兩種：濕式除塵系統(tǒng)一般應(yīng)用在氣候暖和、水源充足的平原地區(qū)，其系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，捕塵效果好，但低溫或高原地區(qū)無(wú)法使用；干式除塵系統(tǒng)應(yīng)用范圍較廣，捕塵效果好，不受氣溫的影響，可應(yīng)用在干燥、高寒、高海拔地區(qū)，在國(guó)內(nèi)外露天鉆機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用。

2 露天潛孔鉆機(jī)除塵系統(tǒng)的原理

2.1 濕式除塵系統(tǒng)

濕式除塵系統(tǒng)主要是利用電控計(jì)量水泵將水箱內(nèi)的清水抽至沖擊器入口，高壓空氣帶響沖擊器的同時(shí)將水霧化，沖擊鑿巖的揚(yáng)塵遇到霧化水后形成小顆粒后從孔口噴出，并被捕塵罩堆積在孔口，起到捕塵的效果。

2.2 干式除塵系統(tǒng)

除塵箱上離心風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生負(fù)壓，由大通徑管道將進(jìn)風(fēng)口連接至捕塵罩，吸入沖擊鑿巖時(shí)產(chǎn)生的粉塵及碎屑，在箱體中經(jīng)濾芯過濾后，粉塵及碎屑在箱體中沉降，過濾后的空氣由離心風(fēng)機(jī)出風(fēng)口排向大氣（圖1）。

圖1 干式除塵系統(tǒng)原理

3 露天潛孔鉆機(jī)干式除塵系統(tǒng)的選型、計(jì)算

干式除塵系統(tǒng)一般分為兩級(jí)除塵，一級(jí)除塵將大顆粒過濾出來(lái)，其過濾集塵效率可達(dá)80%以上；二級(jí)除塵將較小的顆?；蚍蹓m收集，并將潔凈度99%以上的空氣排入大氣。

3.1 一級(jí)除塵的分類、組成及選型計(jì)算

常用的一級(jí)除塵有沉降式除塵器、慣性除塵器、旋風(fēng)除塵器等，其中旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，擁有過濾量大、可處理較高風(fēng)壓等特點(diǎn)，市場(chǎng)上大部分潛孔鉆機(jī)都是選用旋風(fēng)除塵器來(lái)作為除塵系統(tǒng)的一級(jí)除塵。

3.1.1 旋風(fēng)除塵器的除塵原理

旋風(fēng)除塵器依靠含塵氣體做圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生離心力，利用離心力將粉塵沉降，也稱離心除塵器。它與慣性除塵器相似，用沖量減小含塵氣體中粉塵的動(dòng)量，使之接近于0，在重力的作用下沉降達(dá)到除塵目的。

3.1.2 旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

旋風(fēng)除塵器是由內(nèi)筒、外筒、錐桶、直通型旁室、排灰閥等組成。含塵氣體是從內(nèi)筒與外筒之間，沿著切線方向進(jìn)入除塵器下降到底部。清除的粉塵進(jìn)入灰斗，凈化后的氣體從內(nèi)筒向上排出。旋風(fēng)過濾器一般采取負(fù)壓操作，而潛孔鉆機(jī)是利用高壓氣體作用驅(qū)動(dòng)沖擊器，實(shí)現(xiàn)鑿巖的工況，經(jīng)過鑿巖后，用于排渣的氣體一般還有0.3 MPa 以上的壓力，與之串聯(lián)的二級(jí)除塵配備有產(chǎn)生負(fù)壓的風(fēng)機(jī)，故旋風(fēng)除塵器不需要增加產(chǎn)生負(fù)壓的設(shè)備。

3.1.3 旋風(fēng)除塵器的阻力和效率的計(jì)算

（1）阻力計(jì)算。含塵氣體經(jīng)過除塵器時(shí)，由于阻力的作用而產(chǎn)生能量損失，這種損失稱為阻力損失。能量損失的數(shù)量等于氣體在除塵器入口與出口的能量差，單位采用mmH2O 或kgf/m2。除塵器的阻力，一般有幾千到幾百毫米水柱，在除塵器上，動(dòng)力的消耗與處理風(fēng)量和阻力損失成正比。含塵氣體在除塵器內(nèi)部消耗的能耗按式（1）計(jì)算。

式中 N——能耗，kW·h

L——處理風(fēng)量，m3/h

H——阻力損失，mmH2O，由選型樣本查得或用經(jīng)驗(yàn)值2500

η1——風(fēng)機(jī)的傳動(dòng)效率，%

t——運(yùn)行時(shí)間，h

102——kW 與kg·m/s 之間的換算系數(shù)

（2）效率計(jì)算。除塵的效率用進(jìn)出口處，單位體積氣體中含塵量的濃度變化來(lái)表示效率，見式（2）。

式中 η——除塵器效率，%

c1——除塵口進(jìn)口濃度，mg/m3

c2——除塵口出口濃度，mg/m3

一般生產(chǎn)旋風(fēng)除塵器過濾效率有90%以上，故該值可直接用0.9。

3.1.4 旋風(fēng)除塵器處理風(fēng)量及入口流速的計(jì)算

（1）處理風(fēng)量計(jì)算。露天潛孔鉆機(jī)的除塵系統(tǒng)要求一級(jí)除塵效率為80%，故旋風(fēng)除塵器處理風(fēng)量計(jì)算見式（3）。

式中 Q——除塵系統(tǒng)總風(fēng)量，m3/min，一般為潛孔鉆機(jī)空壓機(jī)總供氣量

（2）入口流速計(jì)算。入口流速計(jì)算式見式（4）。

式中 f——入口截面積，m2

υ——入口流速，m/s

通過以上計(jì)算后，可得出一級(jí)除塵選型的重要參數(shù)：入口流速、處理風(fēng)量、一級(jí)除塵器能耗損失等。

3.2 二級(jí)過濾分類、組成及選型計(jì)算

除塵系統(tǒng)中常用的二級(jí)過濾有袋式脈沖除塵器、高壓靜電除塵、環(huán)形靜電除塵器、板極靜電除塵器等，其中袋式除塵器在潛孔鉆機(jī)中使用最為廣泛。

3.2.1 袋式脈沖除塵器的機(jī)構(gòu)組成

袋式脈沖除塵器由風(fēng)機(jī)、殼體、灰斗、排灰裝置、支架、脈沖清灰系統(tǒng)等組成。風(fēng)機(jī)安裝在在集塵器頂部，起產(chǎn)生負(fù)壓的作用；灰斗底部可安裝重力排灰閥，當(dāng)灰斗的灰集到一定重量后，由于重力作用排灰閥打開，將灰排出。

3.2.2 袋式脈沖除塵器原理

袋式除塵器是把濾布做成袋狀，過濾含塵氣體使氣體凈化。氣體從濾布的間隙中穿過流向排氣口。含塵氣體中的粉塵被濾布阻擋，動(dòng)量接近0，沉積在布袋表面，經(jīng)脈沖打、抖后進(jìn)入積灰口。集塵器頂部安置產(chǎn)生負(fù)壓的風(fēng)機(jī)。

當(dāng)含塵氣體從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入集塵器后，首先碰到進(jìn)出風(fēng)口處的斜擋板，氣流便轉(zhuǎn)向灰斗，同時(shí)氣流速度變慢，由于慣性作用，使氣體中的較粗顆粒粉塵直接落入灰斗，起預(yù)收塵的作用。進(jìn)入灰斗的氣流隨后向上通過裝有金屬支架的濾袋或?yàn)V筒，粉塵被捕集在濾袋的外表面，凈化后的空氣進(jìn)入濾袋上部的清潔室，匯集到出風(fēng)口，并排出。

殼體內(nèi)部用隔板分成多個(gè)獨(dú)立收塵室，每個(gè)收塵室內(nèi)裝有一個(gè)濾袋，收塵室頂部設(shè)有脈沖閥、提升閥，按設(shè)定的時(shí)間間隔，分別對(duì)各腔輪流進(jìn)行清灰。當(dāng)某一收塵室在清灰時(shí)，提升閥關(guān)閉，切斷風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓及通過該集塵腔的過濾氣流，同時(shí)脈沖閥打開，向?yàn)V袋噴入高壓空氣（該氣壓必須大于進(jìn)入集塵器的氣壓），以清除吸附在濾袋上的灰塵，并落入灰斗內(nèi)。各收塵室的脈沖噴吹寬度及清灰時(shí)間周期，由專門的清灰程序控制器自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行，依次對(duì)各收塵室進(jìn)行清灰、排灰（圖2）。

圖2 袋式脈沖除塵器的結(jié)構(gòu)組成

3.2.3 袋式脈沖除塵器的計(jì)算及選型

根據(jù)處理氣體的風(fēng)量按式（5）計(jì)算除塵器的凈過濾面積。

式中 AN——凈過濾面積，m2

Q——處理風(fēng)量，m3/min

VN——凈過濾風(fēng)速，m/s

凈過濾風(fēng)速和凈過濾面積是在某一收塵室停止過濾，進(jìn)行清灰時(shí)的過濾風(fēng)速和過濾面積。通過式（5）計(jì)算后可選擇相應(yīng)參數(shù)的袋式脈沖除塵器。

4 干式除塵在露天潛孔鉆機(jī)除塵系統(tǒng)的應(yīng)用

目前大部分潛孔鉆機(jī)的除塵系統(tǒng)的一級(jí)除塵選用旋風(fēng)除塵器，二級(jí)除塵選用袋式脈沖除塵器，一級(jí)除塵系統(tǒng)的出風(fēng)口連接至二級(jí)除塵系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)口，排出的空氣可達(dá)到99%以上的潔凈度。

5 結(jié)束語(yǔ)

除塵系統(tǒng)選型及設(shè)計(jì)方案，直接影響到露天潛孔鉆機(jī)的除塵效率、環(huán)境質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效率等。通過分析潛孔鉆機(jī)除塵系統(tǒng)的工作原理和選型計(jì)算，選擇旋風(fēng)過濾器作為一級(jí)除塵系統(tǒng)，袋式脈沖除塵器為二級(jí)除塵系統(tǒng)，有效減輕了粉塵的排放濃度，減少了對(duì)環(huán)境的粉塵污染。該除塵系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)使用以來(lái)，體現(xiàn)出了優(yōu)越的性能，大大提高了工作效率。