超細霧化抑塵技術在選礦廠礦倉粉塵

Application of ultra-fine atomization dust suppression technology in dust control of mineral processing plant

曹 勇1， 唐林春1， 程多名2

(1.北方銅業股份有限公司, 山西 運城 043700; 2.蘭州山水環保科技股份有限責任公司, 甘肅 蘭州 730000)

1 前言

國內外礦山使用的除塵系統種類較多，常見的有布袋除塵器、濾筒除塵器以及濕式除塵機組等。近幾年隨著國家環保政策的變化，對環境保護的要求越來越高，對崗位員工作業環境、大氣粉塵排放量都有了更嚴格的規定，因此環境保護成為企業安全生產的重要組成部分。許多冶金礦山、選礦廠在礦石破碎、篩分、皮帶轉運等環節大多是敞開式或半敞開式狀態，產塵點較多，產塵量較大，而老式除塵器其工作原理均是通過風管對產塵點的粉塵進行收集后，匯集到除塵器內部后，通過加水進行處理后排放。在使用的過程中，老式除塵器存在著收塵空間負壓不能達到使用要求、風管過長易堵塞等問題，導致除塵效果不良。甚至有部分車間不能滿足《工業企業設計衛生標準》(GBZ 1—2010)車間空氣中總粉塵濃度≤10mg/m3，呼吸性粉塵濃度≤5mg/m3中規定的職業衛生要求。近年來，一種不同于傳統噴水加濕礦石的超細霧化抑塵裝置在礦山的廣泛使用，取得了很好的效果，尤其是對粉礦倉移動小車卸料揚塵的治理，效果尤為顯著。

2 北方銅業銅礦峪礦工程現狀

北方銅業銅礦峪礦選礦廠自2013年改擴建成功后，其新系統處理能力由原來的200萬t/a增加到600萬t/a,隨著處理能力的增大，其磨礦系統粉礦倉擴建為長168m、寬7.5m、高11.9m，儲存能力為8 500m3。礦倉的給礦皮帶是寬1 000mm的帶式輸送機，下料方式為移動小車兩側下料，下料口下側正對寬度800mm、長度163m的倉口。礦石粒度為-10mm達90%以上，礦石較細，黏性較大，除塵系統采用3臺濕式動力除塵器和2臺文丘里除塵器，排塵點均勻分布在礦倉頂部各處，但由于卸料小車的來回移動，粉礦倉卸料口為半敞開式，露風量大很難實現密閉，在產塵處難于形成負壓，不能起到應有的效果，除塵效果不理想。

3 超細霧化抑塵裝置工作原理及特點

3.1 工作原理

超細霧化抑塵系統和以往的除塵器原理有所不同，不論是濕式除塵器還是文丘里除塵器均是將產塵點的粉塵通過風管吸收至除塵器主機，然后和大量的水混合后將泥漿排出，余量又通過風筒排放至大氣中。而超細霧化抑塵系統是針對產塵點進行的粉塵治理，是利用對給管道內的水加壓，當高壓水到噴頭處并達到額定壓力時，沖開高壓霧化噴頭的彈簧進入震蕩室進行水體破碎，隨后利用高壓將破碎的水霧顆粒從噴嘴噴出(水霧顆粒為3～20μm)，在產塵點形成濃而密的霧池，利用水霧顆粒與塵埃顆粒大小相近時吸附、凝結、沉降的機率最大的原理，塵埃顆粒隨氣流運動時與水霧顆粒發生碰撞、吸附、凝結，形成的塵埃團在重力作用下自然沉降，從而達到抑制粉塵外溢擴散的目的。

粉塵與水霧結合模擬圖如圖1所示。

研究證明：粉塵治理的范圍主要是150μm以下的顆粒，特別是10μm以下的可吸入性粉塵顆粒對人體健康危害最大。所以，只要產生與可吸入粉塵顆粒大小相當的微米級水霧顆粒，在污染源處使粉塵與之吸附、相互黏結、聚結增大并在自身重力的作用下沉降，就可在污染源頭控制可吸入粉塵顆粒，從而降低粉塵對人體的傷害，達到最佳的粉塵治理效果。

圖1 粉塵與水霧結合模擬圖

3.2 超細霧化抑塵裝置特點

(1)霧粒直徑小，只有3～10μm大小的水霧顆粒在捕捉大小約5μm以下的可吸入浮塵方面具有極佳的效果；噴出的水霧角度有錐形、扇形等，出霧量大，耗水量極低，適合于對要求含水率低、除塵空間較小的治理現場。

(2)自動化程度高，可同時采用無線傳輸技術進行中控平臺與主機之間的通信，滿足數據和視頻的同步雙向通信。系統主機采用PLC可編程控制系統，配有壓力傳感器、液位流量計、儲能罐等，可自動加水、自動排污、自動泄壓、故障檢測、報警自動保護等，便于運行期間實現精細化管理和遠程控制。

(3)變頻器根據系統設定的壓力和出水量，自動調整高壓泵的轉速，保證泵內水壓處在一個恒定值，這樣既節省能源，也避免了開機全速運轉對高壓泵的傷害，大大延長了主機壽命。

(4)系統可由一臺主機帶動多個分區控制器完成不同區域的除塵處理，根據現場空間和場地的要求實現噴霧量和噴霧時間的設置。

(5)系統采用高壓噴霧，水霧的荷電效應大大增加，粉塵吸附和捕捉能力極強，大大增加了水霧與粉塵的吸附凝結效率，降低了噴霧流量，達到節能降耗的目的。

4 超細霧化抑塵裝置在粉礦倉粉塵治理的使用情況

4.1 現場分析和設備選型

根據該粉礦倉的實際情況，若采用傳統做法在每個礦倉口均加裝噴霧組件，那么該粉礦倉總長為168m，以每10m為一個控制單元，兩側礦倉將需要有64組由電磁閥來控制的噴霧單元，噴嘴數量巨大，控制單元多，很難保證正常穩定的運行。而實際的產塵點僅在下礦口前后2～4m的范圍內，因此在移動小車卸料處設3組噴霧設施，不僅數量少，而且完全可以滿足噴霧降塵的效果，更便于維護管理。

根據以上分析在該皮帶上設置一套主機功率為4kW，耗水量為2t/h的ss-pw-I/4超細霧化抑塵系統。治理點包含給礦首部及卸礦皮帶尾部受料點，

主要是在移動小車頭部和兩側卸料漏斗處安裝的三組噴霧設施跟隨小車一起移動。移動小車沿卸料口在其兩側加裝翼臂，噴嘴沿移動小車兩側翼臂布置，通過安裝在廠房頂部的滑軌帶動高壓膠管沿滑軌一起移動，移動小車皮帶頭部和兩側卸料口設置的霧化裝置隨小車移動，即小車在哪里卸料，霧化裝置就在那里噴霧抑塵，具體如圖2所示。超細霧化抑塵系統主機接取移動小車信號，當小車開始卸料時超細霧化抑塵系統主機接取安裝在卸料口上的紅外對射感應距離信號,噴霧組件開始噴霧;當小車卸料停止時，超細霧化抑塵系統主機停止工作，并打開泄壓電磁閥排除管路水壓。這樣做的優點在于移動小車皮帶頂部設有噴霧設施，兩側卸料漏斗口也在水霧的覆蓋范圍內，能有效控制揚塵的產生。

圖2 粉礦倉移動小車下料口粉塵治理示意圖

4.2 超細霧化抑塵系統組成

超細霧化抑塵系統主要由主機、噴霧器組件、分區控制器、電磁閥、手動控制閥、水箱及其過濾、軟化系統和連接水管組成。該粉礦倉分區控制示意圖如圖3所示。

圖3 粉礦倉分區控制示意圖

4.3 水質提升

由于超細霧化抑塵系統對水質的要求較高，而該選礦廠的供水源由于供水來源較為復雜，僅能為此套系統提供生產水，水質極不穩定。為了保證超細霧化抑塵系統正常運行、減少維護管理工作量和噴嘴更換次數、延長噴嘴的使用壽命等，超細霧化抑塵系統用水采取一級預過濾器、二級超細過濾器對生產循環水進行過濾的同時增設一套型號為BL268F- 350，流量為2～3t/h，全自動軟水器對水質進行軟化處理，防止噴嘴結垢堵塞。

4.4 使用后效果

(1)超細霧化抑塵裝置有效抑制了粉礦倉粉塵的產生和擴散，改善了生產工作環境 ，滿足國家環保標準[1]。

(2)超細霧化抑塵系統和濕式除塵系統能耗對比見表1。

表1

本次改造采用超細霧化抑塵裝置，一方面對粉礦倉的揚塵得到了有效控制；另一方面大大的節省了生產成本。就水、電—年節省100余萬元，耗品備件也是遠遠低于原有除塵設備，且設備安裝數量少，維護管理成本低，解決困擾選礦廠多年的環保難題。

5 運行中出現的問題及解決辦法

(1)噴嘴維護非常簡捷，由于現場水質的影響，噴嘴使用時間長會有結垢堵塞現象，影響噴霧效果，維護人員只需拆卸后用稀鹽酸浸泡1h后，清水沖洗后安裝復原即可。

(2)根據現場實際情況，為保證系統冬季(-15℃以上溫度)能正常使用。系統主機、管道均采用自伴熱保溫防凍方案，完全解決冬季結凍問題。

(3)由于現場水質不好的原因，在設備試運行1個月后就出現了自動排污閥閥芯由于黏結雜質而不能及時關閉的情況，導致主水箱內水位不能到達正常開機，我們通過在主機進水前加裝管道過濾器，并定期清理，同時將排污閥的閥芯由原來的膠皮式改為活塞式，從而解決了此問題。

(4)使用超細霧化抑塵系統由于噴出的水霧直接噴至礦石表面，雖然起到了降塵的作用，但同時也將礦石濕度加大，有可能造成篩孔堵塞，礦粉與倉壁黏結，影響礦倉有效容積，造成球磨給礦圓盤堵塞、給礦不利，影響球磨臺效等現象。因此，可根據各產塵礦石粒度的大小來調節水霧的噴灑量，使水霧和揚塵緊密結合，混合在一起，凝聚、落下，水霧分散均勻不會對倉內物料的濕度形成影響。

6 結 論

超細霧化抑塵系統是最新一代高效、節能、便于管理的抑塵設施。本系統近兩年的生產實踐證明，它很好地解決了類似粉礦倉這樣敞開或半敞開產塵點的粉塵污染問題，不但能大大的降低目標位置粉塵的產生，改善工作環境，而且本系統對外粉塵零排放，完全滿足環保要求，更重要的是節能效果十分顯著。