某有色金屬采礦選礦工程暖通設計分析

梁 鑫 周雙玲 黃壽元

(1.長沙有色冶金設計研究院有限公司；2.湖南省辰波建設有限公司；3.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；4.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；5.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司)

在有色金屬礦山工程領域，粉塵造成的車間及廠區環境污染是普遍存在的問題，針對不同的生產工藝及工況條件，如何采用合理有效的除塵技術是關鍵。根據工程當地的環保要求水平，選取滿足規范要求的排放限制，也會影響暖通設計及關鍵設備的配置檔次。冷熱源方案的選擇是全廠節能水平的一個方面，合理的運用余熱回收等技術十分重要。

1 工程概況

某有色金屬采礦選礦工程暖通設計工程位于河南省洛陽市，為一新建的采選工程項目，包括采礦工程、選礦工程及公用輔助、辦公生活設施等。采礦工藝采用傾斜分條嗣后充填采礦法和淺孔留礦嗣后充填采礦法，選礦工藝采用兩段一閉路破碎+一段磨礦+1粗4精3掃工藝。工作制度為：年工作330 d、3班/d、8 h/班。

2 暖通設計范圍及依據

暖通設計范圍包括通風除塵設計、采暖設計、空調設計3個方面。該工程室外氣象參數采用洛陽市氣象臺站的參數，室外空氣計算參數見表1。

表1 室外空氣計算參數

3 通風除塵設計

3.1 方案比較

有色金屬礦山開采過程中，在礦石粗碎、中細碎、篩分、轉運、卸料等工藝流程中會產生大量揚塵，粉塵會造成車間及廠區環境污染，給工人及周圍居民帶來嚴重的健康危害，有用粉塵若不進行有效回收也會造成資源的浪費，尤其爆炸性粉塵如果不進行特殊的回收處理，勢必對車間的安全產生極大隱患，同時，粉塵也會磨損損壞生產設備，影響設備的生產效率和質量[1]。目前，礦山除塵技術主要有以下4種。

(1)濕式除塵。濕式除塵器利用液體與含塵氣體接觸，以液滴、液膜、氣泡等形式將含顆粒物從含塵氣流中分離[2]。濕式除塵器的優點是：維護方便、占地面積小、投資費用低等。但濕式除塵器在處理細小粉塵時，除塵效率較低，僅為80%～90%；其次濕式除塵器需配套建設污水沉淀池進行污水處理，耗水量大，又增加了運行成本。隨著國家對粉塵排放要求越來越嚴格，濕式除塵器用于礦山除塵只能作為預除塵器使用。

(2)袋式除塵。袋式除塵器的工作原理是粉塵通過濾料時產生的慣性碰撞、黏附、擴散和靜電等作用而被捕集[3]。與濕式除塵器相比，袋式除塵器除塵效率大，能解決礦山粉塵難以達到排放要求的問題。但是，袋式除塵器設備占地面積大、濾袋易損壞、換袋困難；在處理高濃度大顆粒粉塵時，清灰頻率增加，布袋的實用壽命會降低；在捕集黏性強及吸濕性強的粉塵，或處理露點很高的煙氣時，濾袋易被堵塞、板結，需采取保溫或加熱等防范措施。

(3)濾筒除塵。濾筒除塵器由濾筒、箱體及清灰系統組成。與袋式除塵器相比，濾筒除塵器過濾面積大，除塵器體積小，占地較小，可安裝在礦倉頂、皮帶轉運點等揚塵點處[4]；濾筒除塵器的使用壽命長，濾筒更換較簡便，能降低除塵器的維護運行成本。由于濾筒除塵器內部濾料折疊層較多，當含塵氣流中顆粒物濃度較高時，容易造成折疊區堵塞，尤其在凈化黏結性顆粒物時，濾筒除塵器要謹慎使用。

(4)微霧抑塵。微霧抑塵技術利用直徑小于10 μm的水霧顆粒，當水霧顆粒直徑大于粉塵顆粒時，粉塵僅僅跟隨水霧顆粒周圍的氣流運動，達不到抑塵效果；當水霧顆粒和粉塵顆粒大小接近時，粉塵顆粒隨氣流運動時與水霧顆粒碰撞、接觸而黏結在一起，水霧顆粒越小，聚結的可能性越大，隨著聚結的粉塵團變大加重，粉塵會在自身重力作用下沉降，從而達到抑塵作用[5]。微霧抑塵原理見圖1。微霧抑塵是一項環保的抑塵技術，能耗低，缺點是對水質有一定要求，冬季寒冷時室外管道及主機需配電熱。

圖1 微霧抑塵原理

結合許多礦山工程的實踐經驗，根據工藝流程的實際運行情況，經技術經濟比較，該工程采用低壓脈沖袋式除塵與微霧抑塵相結合的除塵方式。

3.2 通風除塵系統設置

礦石在破碎篩分、轉運時散發粉塵，為防止粉塵擴散，分別在揚塵處設置局部密閉罩進行機械除塵[6]。該工程在破碎篩分車間、石灰乳制備車間、試化驗室及技術檢查站設置Pc-1、Pc-2、Pc-3共3套除塵系統；在破碎篩分車間設置Yc-1微霧抑塵系統；在磨浮車間給藥區域、藥劑制備車間、試化驗室及技術檢查站等產生有害氣體的場所設置強制機械通風換氣排除有害氣體。

(1)破碎篩分車間。在顎式破碎機加料口、顎式破碎機至No1皮帶落料點、圓振篩密閉罩、圓振篩篩上物卸至No2皮帶受料點、圓振篩篩下物卸至No3皮帶受料點、圓錐破碎機至No1皮帶落料點、除塵器卸灰至No3皮帶落料點共7處揚塵點設局部密閉排風罩進行機械排風，上述排風點組成Pc-1除塵系統。除塵器選用脈沖清灰袋式除塵器，除塵器濾料采用抗腐蝕性能較好的滌綸針刺氈。含塵氣體經布袋除塵器后，再經離心風機高空排放，除塵器所收集的粉塵用螺旋輸送機卸至工藝No1膠帶輸送機上返回生產系統繼續使用，排氣筒單獨設置。No1皮帶頭部至圓振篩卸料點、膠帶給料機卸料點、No2皮帶頭部至礦倉卸料點共3處設微霧抑塵，組成Yc-1抑塵系統。

(2)石灰乳制備車間。在石灰倉卸至膠帶運輸機受料點設局部排風，組成Pc-2除塵系統。除塵器選用脈沖清灰袋式除塵器，除塵器濾料采用抗腐蝕性能較好的滌綸針刺氈。含塵氣體經布袋除塵器后，再經離心風機高空排放，除塵器所收集的粉塵定期人工回收利用。

(3)磨浮車間。車間屋頂設置避風天窗，浮選車間的操作層設置隔柵走道，下部設置送風系統，上部設置機械排風系統，進行車間的整體換氣，保證操作人員良好的工作環境，換氣次數為3次/h。給藥區域外墻上設置防腐軸流風機進行強制機械通風換氣，換氣次數為6次/h。

(4)藥劑制備車間。外墻上設置防腐軸流風機進行強制機械通風換氣，換氣次數為6次/h。

(5)試化驗室及技術檢查站。在技檢站的顎式破碎機、振動篩、雙輥破碎機、圓盤粉碎機等揚塵點設局部排風，組成Pc-3除塵系統。除塵器選用脈沖清灰袋式除塵器，除塵器濾料采用抗腐蝕性能較好的滌綸針刺氈。含塵氣體經布袋除塵器后，再經離心風機高空排放，除塵器所收集的粉塵定期人工回收利用。

3.3 通風除塵系統組成

以上各車間通風除塵系統組成及排放統計見表2。

表2 通風除塵系統組成及排放統計

4 采暖設計

4.1 采暖系統組成

該工程屬于寒冷地區，按規范需設置集中采暖。在采礦辦公室、食堂、排班室等房間設置集中熱水采暖系統，保證上述地點室內設計溫度18 ℃的要求；以及在需設值班采暖的選廠機修車間、磨浮車間、精礦脫水車間等車間設置集中熱水采暖系統，保證上述地點值班采暖室內設計溫度8 ℃的要求。辦公室等地方熱水采暖系統末端采用風機盤管，而車間內采暖末端選用立式空氣處理機組。該工程主要建筑物采暖負荷見表3。

表3 主要建筑物采暖負荷統計

注：磨浮車間、石灰乳制備車間采暖負荷包括車間自然補風所形成的熱負荷。

礦井通風采用組合井副井進風、兩翼回風井回風的對角抽出式通風系統[7]。為保證副井進風側(進風流量為98 m3/s)的采暖季進風溫度不低于2 ℃，在進風井口處設有新風加熱機組，機組送風溫度為60 ℃。副井新風加熱總負荷為2 400 kW，風量為118 000 m3/h。

副井進風側空氣處理流程為：新風→預熱→加熱→送風機→混合空氣。

4.2 采暖熱源

該工程采暖總負荷約為3 294 kW。根據當地氣象條件、節能環保要求，經技術經濟比較后確定采暖熱源方案為：工藝生產過程中空壓機在運行過程中會產生大量的低溫廢熱，通過空壓機配套的熱回收裝置將這部分廢熱回收作為熱源[8]，根據工藝配置井口空壓機房內設5臺螺桿式空壓機(4用1備)，單臺電功率315 kW，經計算，空壓機回收熱量約為882 kW。其次，選用1臺額定功率為1.4 MW的電熱承壓式熱水鍋爐(設置于電鍋爐內)，選用25臺額定制熱量為70 kW的風冷熱泵機組(設置于電鍋爐間屋頂)。空壓機余熱回收系統、電鍋爐、風冷熱泵機組共同組成本工程的采暖熱源。經計算，當室外空氣溫度高于-7 ℃時，開啟風冷熱泵機組運行，電鍋爐不運行，此時，余熱回收系統+風冷熱泵能滿足井口、采場、選廠、生活區的采暖負荷；當室外空氣溫度低于-7 ℃時，電鍋爐和風冷熱泵機組均開啟運行，共同負擔整個工程的采暖熱負荷。采暖水系統原理見圖2。

4.3 采暖熱力外網

廠區內的供熱管道敷設采用不通行地溝方式。供熱管道采用超細玻璃棉保溫，保溫層外表面采用玻璃鋼防水保護殼。管道盡量采用自然補償方式，當自然補償不能滿足要求時，采用方形補償器。為滿足各建筑物采暖負荷及供熱系統平衡的要求，在各建筑物采暖入口處設有平衡閥、流量計等組成的入口裝置。

5 空調設計

分別在各車間的控制室、辦公室、值班室、試化驗室等設置分體空調機組，確保夏季及過渡季節室內溫度控制在26 ℃左右。

6 結 語

(1)有色金屬礦山主要產塵點為破碎站、篩分站、轉運站等車間，該工程采用低壓脈沖袋式除塵與微霧抑塵相結合的除塵方式，粉塵排放濃度能降至30 mg/m3，滿足《大氣污染物綜合排放標準》(GB 16297—1996)中顆粒物排放標準的要求，車間環境符合礦山粉塵控制要求。

(2)該工程將空壓機余熱利用起來作為部分采暖熱源。使用空壓機余熱回收技術可以使空壓機潤滑油溫度低、不易變質、密封性好，空壓機的吸氣力大，產氣率提高；其次空壓機熱能回收技術，受外界天氣影響小，只需空壓機運行即可。空壓機余熱回收技術具有非常大的節能潛力和經濟效益，是一項值得推廣應用的技術。

(3)在有色礦山、冶煉行業，暖通空調設計是影響工程項目成敗和經濟效益優劣的重要方面，本文結合一個有代表性的有色金屬采礦選礦工程，對該工程的暖通設計進行闡述，對該工程中所采用的設計方案和方法進行分析探討和總結，希望能為類似工程的暖通設計提供參考。