轉載點高濃度干燥細微粉塵治理技術研究

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.香花嶺錫業有限責任公司，湖南 郴州 424306）

選礦廠產生粉塵的環節主要集中在礦石的破碎階段，存在著產塵點集中，產塵量大，隨著生產的進行而連續不斷產塵的特點，如果不加以控制，粉塵的濃度由于生產的進行而不斷升高，將對作業環境、機械設備和人員健康造成損害。針對此類問題，國內大部分選礦廠采取了如噴霧灑水等相關技術措施，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，除塵效果較好，系統運行穩定。

1 轉載點產塵特點分析

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。原礦在轉載點處轉載時作拋物線運動，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設計不合理。安裝的機械除塵器系統設計不夠合理，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，作業場所粉塵濃度升高，環境污染嚴重［4］。

2 錫選廠產塵點粉塵特性分析

通過現場各產塵點的粉塵濃度測試，測試點位于產塵點下風側1 m左右呼吸帶高度，測試時間30 min，測試流量20 L／min，各產塵點粉塵濃度測試結果見表1。

表1 錫選廠破碎車間粉塵濃度測定

根據表1測試結果，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，對各產塵點粉塵的分散度進行了統計。粉塵分散度統計見表2。

表2 錫選廠破碎車間粉塵分散度測定統計

根據表2測試結果，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。據此，粗碎與中碎產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 除塵系統方案研究

香花嶺錫選廠破碎車間破碎工段現日處理量為300 t／d，破碎、篩分設備作業率為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。

根據錫選廠破碎車間產塵點的現狀，除塵系統形式采用分散式除塵系統，即將圓錐破碎機、4＃、5＃和6＃皮帶生產流程相對較近且粉塵濃度較大的產塵點劃分在同一除塵系統中，除塵器采用CLS／A新型水膜除塵器［6］，除塵系統工藝流程如圖2所示。

3.1 除塵系統總風量［7］

根據錫選廠設備型號及現場測試資料，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。

除塵系統需風量見表3。

表3 錫選廠除塵系統排塵風量

根據實際產塵量為11 500 m3／h，擬使用獨立除塵系統，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，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為管道內徑／m；a、b為矩形邊長／m；ν為流速／m·s-1。

除塵系統各段管路直徑計算結果見表4。

表4 除塵系統各管道直徑計算結果

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；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；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，m＝1.15～1.2。

3.2.4 除塵系統的總壓力損失

除塵系統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 錫選廠除塵系統阻力計算

3.3 除塵風機選擇

根據風量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經過近一個月的工程實施、系統調試，試運行后，進行了第二次產塵點粉塵濃度測試，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

從粉塵濃度對比結果可以看出，錫選廠破碎車間除塵系統運行效果較好，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，測定結果見表7。

表7 排放筒排放濃度測定

根據測定結果，得出排放筒顆粒物外排濃度均值為34.52 mg／m3，符合國家相關規范中規定的顆粒物排放濃度標準（≤120 mg／m3）。

5 結 論

錫選廠破碎車間除塵系統運行穩定，產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。作業點粉塵濃度的降低，改善了工人的工作環境，保障了企業的安全生產，本除塵系統對類似產塵點除塵提供了解決途徑，具有借鑒意義。