露天潛孔鉆機干式除塵系統的研究與應用

繆偉華

（湖南金聚能科技有限公司，湖南長沙 410205）

1 露天潛孔鉆機除塵系統的分類

露天潛孔鉆機的除塵系統一般有濕式除塵和干式除塵兩種：濕式除塵系統一般應用在氣候暖和、水源充足的平原地區，其系統較簡單，捕塵效果好，但低溫或高原地區無法使用；干式除塵系統應用范圍較廣，捕塵效果好，不受氣溫的影響，可應用在干燥、高寒、高海拔地區，在國內外露天鉆機上得到了廣泛的應用。

2 露天潛孔鉆機除塵系統的原理

2.1 濕式除塵系統

濕式除塵系統主要是利用電控計量水泵將水箱內的清水抽至沖擊器入口，高壓空氣帶響沖擊器的同時將水霧化，沖擊鑿巖的揚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

除塵箱上離心風機旋轉產生負壓，由大通徑管道將進風口連接至捕塵罩，吸入沖擊鑿巖時產生的粉塵及碎屑，在箱體中經濾芯過濾后，粉塵及碎屑在箱體中沉降，過濾后的空氣由離心風機出風口排向大氣（圖1）。

圖1 干式除塵系統原理

3 露天潛孔鉆機干式除塵系統的選型、計算

干式除塵系統一般分為兩級除塵，一級除塵將大顆粒過濾出來，其過濾集塵效率可達80%以上；二級除塵將較小的顆粒或粉塵收集，并將潔凈度99%以上的空氣排入大氣。

3.1 一級除塵的分類、組成及選型計算

常用的一級除塵有沉降式除塵器、慣性除塵器、旋風除塵器等，其中旋風除塵器的結構簡單、維護方便，擁有過濾量大、可處理較高風壓等特點，市場上大部分潛孔鉆機都是選用旋風除塵器來作為除塵系統的一級除塵。

3.1.1 旋風除塵器的除塵原理

旋風除塵器依靠含塵氣體做圓周運動產生離心力，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量，使之接近于0，在重力的作用下沉降達到除塵目的。

3.1.2 旋風除塵器的結構特點及工作原理

旋風除塵器是由內筒、外筒、錐桶、直通型旁室、排灰閥等組成。含塵氣體是從內筒與外筒之間，沿著切線方向進入除塵器下降到底部。清除的粉塵進入灰斗，凈化后的氣體從內筒向上排出。旋風過濾器一般采取負壓操作，而潛孔鉆機是利用高壓氣體作用驅動沖擊器，實現鑿巖的工況，經過鑿巖后，用于排渣的氣體一般還有0.3 MPa 以上的壓力，與之串聯的二級除塵配備有產生負壓的風機，故旋風除塵器不需要增加產生負壓的設備。

3.1.3 旋風除塵器的阻力和效率的計算

（1）阻力計算。含塵氣體經過除塵器時，由于阻力的作用而產生能量損失，這種損失稱為阻力損失。能量損失的數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，動力的消耗與處理風量和阻力損失成正比。含塵氣體在除塵器內部消耗的能耗按式（1）計算。

式中 N——能耗，kW·h

L——處理風量，m3/h

H——阻力損失，mmH2O，由選型樣本查得或用經驗值2500

η1——風機的傳動效率，%

t——運行時間，h

102——kW 與kg·m/s 之間的換算系數

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

式中 η——除塵器效率，%

c1——除塵口進口濃度，mg/m3

c2——除塵口出口濃度，mg/m3

一般生產旋風除塵器過濾效率有90%以上，故該值可直接用0.9。

3.1.4 旋風除塵器處理風量及入口流速的計算

（1）處理風量計算。露天潛孔鉆機的除塵系統要求一級除塵效率為80%，故旋風除塵器處理風量計算見式（3）。

式中 Q——除塵系統總風量，m3/min，一般為潛孔鉆機空壓機總供氣量

（2）入口流速計算。入口流速計算式見式（4）。

式中 f——入口截面積，m2

υ——入口流速，m/s

通過以上計算后，可得出一級除塵選型的重要參數：入口流速、處理風量、一級除塵器能耗損失等。

3.2 二級過濾分類、組成及選型計算

除塵系統中常用的二級過濾有袋式脈沖除塵器、高壓靜電除塵、環形靜電除塵器、板極靜電除塵器等，其中袋式除塵器在潛孔鉆機中使用最為廣泛。

3.2.1 袋式脈沖除塵器的機構組成

袋式脈沖除塵器由風機、殼體、灰斗、排灰裝置、支架、脈沖清灰系統等組成。風機安裝在在集塵器頂部，起產生負壓的作用；灰斗底部可安裝重力排灰閥，當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，動量接近0，沉積在布袋表面，經脈沖打、抖后進入積灰口。集塵器頂部安置產生負壓的風機。

當含塵氣體從進風口進入集塵器后，首先碰到進出風口處的斜擋板，氣流便轉向灰斗，同時氣流速度變慢，由于慣性作用，使氣體中的較粗顆粒粉塵直接落入灰斗，起預收塵的作用。進入灰斗的氣流隨后向上通過裝有金屬支架的濾袋或濾筒，粉塵被捕集在濾袋的外表面，凈化后的空氣進入濾袋上部的清潔室，匯集到出風口，并排出。

殼體內部用隔板分成多個獨立收塵室，每個收塵室內裝有一個濾袋，收塵室頂部設有脈沖閥、提升閥，按設定的時間間隔，分別對各腔輪流進行清灰。當某一收塵室在清灰時，提升閥關閉，切斷風機產生的負壓及通過該集塵腔的過濾氣流，同時脈沖閥打開，向濾袋噴入高壓空氣（該氣壓必須大于進入集塵器的氣壓），以清除吸附在濾袋上的灰塵，并落入灰斗內。各收塵室的脈沖噴吹寬度及清灰時間周期，由專門的清灰程序控制器自動連續進行，依次對各收塵室進行清灰、排灰（圖2）。

圖2 袋式脈沖除塵器的結構組成

3.2.3 袋式脈沖除塵器的計算及選型

根據處理氣體的風量按式（5）計算除塵器的凈過濾面積。

式中 AN——凈過濾面積，m2

Q——處理風量，m3/min

VN——凈過濾風速，m/s

凈過濾風速和凈過濾面積是在某一收塵室停止過濾，進行清灰時的過濾風速和過濾面積。通過式（5）計算后可選擇相應參數的袋式脈沖除塵器。

4 干式除塵在露天潛孔鉆機除塵系統的應用

目前大部分潛孔鉆機的除塵系統的一級除塵選用旋風除塵器，二級除塵選用袋式脈沖除塵器，一級除塵系統的出風口連接至二級除塵系統的進風口，排出的空氣可達到99%以上的潔凈度。

5 結束語

除塵系統選型及設計方案，直接影響到露天潛孔鉆機的除塵效率、環境質量及經濟效率等。通過分析潛孔鉆機除塵系統的工作原理和選型計算，選擇旋風過濾器作為一級除塵系統，袋式脈沖除塵器為二級除塵系統，有效減輕了粉塵的排放濃度，減少了對環境的粉塵污染。該除塵系統在現場使用以來，體現出了優越的性能，大大提高了工作效率。