選礦廠半自磨高溫高濕含塵氣體治理技術

江 斌，曹祥富

（1.紫金礦業集團股份有限公司，福建 廈門 361006；2.華僑大學機械工程及自動化系，福建 廈門 361005）

隨著選礦廠建設規模的大型化，碎磨流程采用“半自磨+球磨”的工藝逐漸增加，半自磨機作為主體設備具有代替中細碎和篩分作業、礦石轉運環節少、減少系統粉塵污染等優點，但半自磨排料端仍會產生大量高溫高濕的含塵氣體，嚴重影響工人身體健康和作業環境安全。

1 半自磨生產現狀

1.1 半自磨結構

半自磨主要由主軸承、筒體部、傳動部、主電機、慢速驅動裝置、頂起裝置及潤滑、電控等部分組成。

圖1 半自磨結構示意圖

1.2 半自磨工作原理

物料從半自磨進料端進入筒體內。電機通過傳動部的運行而帶動筒體部轉動，當筒體轉動時候，鋼球在離心力的作用下附在筒體襯板上被筒體帶走，當帶到一定的高度時候落下，對物料產生沖擊和研磨，將其粉碎；同時在轉動過程中研磨體相互間的滑動對原料也產生研磨作用，磨碎的物料借助水的沖力送出筒體外。

1.3 含塵氣體的產生

鋼球從高處落下沖擊物料，同時鋼球與鋼球、鋼球與物料間的相互摩擦也產生大量的熱能。這些熱量生成大量水蒸氣，從而在筒體內形成高溫高壓的氣體，這些氣體攜帶著物料磨碎過程中產生的大量粉塵從出口處溢出，產生大量高溫高濕的氣塵。

據測量：

排出氣塵氣體濕度：75%～100%；

排出氣塵溫度：45°～65°；

排出氣塵含塵量：550gm/m3；

排出氣塵數塵粒徑（ 粉塵粒子計算儀 ）：pm0.1um ～2.5um65%；Pm5um ～50um30%。

1.4 一般處理方式

（1）帆布圍擋：在出料口周圍用帆布圍檔，使氣塵不會擴散到整個車間。整個方法雖然能一時擋住氣塵，但是始終是治標不治本，加上帆布在使用時間久后容易破損及松脫，維護麻煩。

在出料口周圍使用帆布圍擋，使氣塵難以擴散至整個車間。此方法不僅需要頻繁更換帆布，成本高、維護困難，且無法從根本上解決含塵氣體的問題。

（2）就地噴水降塵：在出料口上方布置噴頭，噴頭噴水抑制粉塵擴散。由于該位置用這種方式很難霧化，抑塵效率低。

（3）干式除塵器除塵：在出料口上放布置一個吸風罩，把含塵氣體吸入封閉的除塵器中。除塵器以布袋為過濾濾芯，含塵氣體通過濾芯時，粉塵吸附在濾芯上，干凈的空氣則通過濾芯排放到空氣中。

試驗一臺布袋除塵器，觀察除塵效率及使用狀況：

設計風量：5000m3/h；

過濾面積：60m2；

過濾風速1.2m/s；

脈沖清灰。

此布袋除塵器抽風運行30 天，發現隨著使用時間的增長，布袋上粘附的粉塵增多、增厚，除塵阻力增加，除塵效率降低。具體除塵情況如下：

（1）因抽吸氣塵濕度和粘度較大，導致主管道內壁粘粉嚴重，厚度達到3mm。

（2）氣塵濕度和粘度較大導致濾袋糊住，脈沖清灰無法發揮效果，直接堵死濾袋。

（3）卸灰不便，粉塵粘結成糊狀物體，粉塵無法從灰斗斜面正常流下。

由此我們可以得出結論：由于半自磨出口的粉塵含有大量的水蒸氣，導致粉塵濕度和粘度較大，極易將濾芯堵死，因此干式除塵器不適用于半自磨出口粉塵的除塵使用。

在此背景下，我們改用濕式除塵器進行試驗試做使用。濕式除塵器使含塵氣體與水密切接觸，通過水浴以及水淋，從而把粉塵沉降下來。

2 旋渦式濕式除塵器

2.1 設備原理

旋渦式濕式除塵器是集除塵和回收為一體的濕式除塵器。

風機將含塵氣體從進風口吸入除塵器水箱的水中。當含塵氣體以一定速度經過進氣管進入水中時，氣體沖擊水層并改變運動方向，而氣體中的塵粒則由于慣性繼續按原方向運動，實現塵氣分離，其中大部分粉塵與水粘附后便留在水中。

經過水浴的氣體上浮進入旋流桶內。旋流桶內有兩層旋流器，其中底部的旋流器使含塵的氣體切向進入旋流桶內做離心運動。由于粉塵和氣體的離心力不同，粉塵顆粒與氣體分離。與之相對的頂部的旋流器葉片方向向相反，這樣利用高壓噴頭噴出的水霧切向進入旋流桶內，其離心運動的方向與氣體的旋轉方向相反。由上向下噴灑水霧與氣體在塔內作相對運動，氣體與水霧以更快的相對速度發生碰撞，加速水霧與氣體中的粉塵顆粒的融合，更好地將粉塵沉降。過濾后的氣體經過兩層除霧層去除氣體中的水蒸氣，實現對粉塵的除塵凈化。

半自磨機工作時需要使用兩股水。從半自磨頭部流入的即前補水，用于沖洗研磨合格的物料沖洗出來；從半自磨尾部流入的水即后補水，用于調節物料的出料濃度。本著降低成本的原則，可將部分后補水經水泵抽到濕式除塵器中供除塵器使用。

水泵把后補水抽到除塵器內，并加壓到一定壓力，從噴頭處噴出用于除塵。之后這些水流到水箱，水箱中水位上升。當水箱中的水位超過溢流口高度后，水就會攜帶著粉塵一起從溢流口流入泵池。這樣后補水既能清洗出口的含塵氣體，又能將清洗后的含塵物料送回系統，實現粉塵的回收，環保又節能。

2.2 設備結構

圖2 旋渦式濕式除塵器結構圖

旋渦式濕式除塵器是由風機，除塵器主體和水泵組成。

風機是含塵氣體的動力源，產生巨大的吸力把含塵氣體從進風口吸入除塵器內部。除塵器主體包括錐形水箱、旋流桶、噴頭和除霧層。錐形水箱中裝有一定高度的水，用于過濾含塵氣體的大粒徑顆粒粉塵。旋流桶使粉塵和水霧融合，過濾氣體中剩余的粉塵。高壓噴頭將水霧化，使水霧更好地與氣體中的粉塵顆粒融合。除霧層則由大量多邊形空心塑料球組成，用以消除氣體中的水蒸氣。水泵用于把半自磨的后補水抽到除塵器中，并將水加壓到一定壓力，從噴頭處噴出形成霧化，降低氣體中的粉塵。

2.3 參數設計與計算

2.3.1 風機參數

物料從半自磨出口流出，經過5m 的落差落入振動篩，沖擊力會激起大量的揚塵。

為了防止粉塵外溢，在設計中加入一股誘導風，該誘導風在振動篩內形成負壓，保證沖擊粉塵不會外溢。該誘導風的風量與物料的數量、落差高度、落料角度和物料末速度有關，物料的數量則與輸送帶的帶寬相對應。

半自磨的筒體長度L=5.4m，筒體直徑D=11m，入料輸送帶的帶寬是1400mm。

則物料的落差高度是筒體直徑的一半，為5.5m。得到如下參數。

表1 半自磨筒體相關參數

誘導風風量Lx=L1+L2。

根據皮帶參數，查《除塵工程設計手冊》膠帶運輸機輸送帶轉運點除塵排放量，得到：

L1=8600m3/h；

L2=6200m3/h；

Lx=L1+L2=8600+6200=14800m3/h。

為了保證半自磨的含塵氣體不會外溢，需要從半自磨內部抽取風量，在半自磨內形成負壓。其風量大小與半自磨的體積以及抽取次數有關。而抽取次數與半自磨內部的粉塵濃度有關，一般工況下一小時的抽取次數取10 次。

則半自磨的抽風量Ls=3.14x5.5x5.5x5.4x10=5200m3/h。

半自磨出料口實際需要風量：

L 計=Lx+Ls=14800+5200=20000m3/h；

設計處理風量L=K1*K2*L 計

K1—管道漏風系數，取1.20；

K2—除塵器漏風系統，取1.05。

則L=K1*K2*L 計=1.20*1.05*20000=25200m3/h。

除塵器運行阻力取1200pa；

管道阻力△P=10*10+2*70=340pa；

總系統阻力=1200+340=1540pa。

根據以上參數，查風機選型手冊，選用風機型號為KTF-II-800A。

具體參數如下：

（1）風量Q=27000m3/h。

（2）風壓P=2150pa。

（3）轉速n=1470r/min，功率P=22kw。

2.3.2 水泵的參數

一般運行條件下，耗水量（液氣比）為0.1L/m3，所以水泵流量要求3.0m3/h。

濕式除塵器高度3.5m，為保證霧化效果，管道壓力在0.3Mpa ～0.4Mpa，所以水泵揚程應在40m 以上。

綜上參數，查看南方泵業CHM 系列輕型臥式多級泵選型手冊，選用水泵型號為CHM4-5，具體參數如下：流量Q：3.0m3/H；揚程H：42.5m；功率P：1.1kw。

3 結論

本旋渦式濕式除塵器利用后補水清除氣體中的粉塵，實現了粉塵回收。既有效地處理了半自磨出料口排出的高溫高濕含塵氣體的粉塵污染問題，又降低了資源的使用量，實現經濟效益和生態效益的最大化。碧水青山就是金山銀山，優先考慮生態環境效益也是未來研究方向的大勢所趨。