劉鎮(zhèn)貴（江西銅業(yè)股份有限公司德興銅礦，江西 德興 334224）

選礦廠石灰乳化車間粉塵的綜合治理

Comprehensive treatment of dust in lime emulsfying workshop of concentrator

劉鎮(zhèn)貴（江西銅業(yè)股份有限公司德興銅礦，江西 德興 334224）

介紹了德興銅礦泗洲選礦廠石灰乳化車間二個產(chǎn)塵點、兩種性質(zhì)的石灰粉塵收集、凈化方法：石灰料倉在汽車卸料時產(chǎn)生的大量干石灰粉塵的收集、凈化處理方法及袋式除塵器主要性能參數(shù)的確定；石灰鐵板給礦機上部產(chǎn)生濕粉塵時所設計的無動力消耗自然通風除塵系統(tǒng)風量、余壓的確定方法。

干粉塵；濕粉塵；收集；凈化方法；無動力消耗；自然通風除塵

1 前言

德興銅礦是江西銅業(yè)股份有限公司的主要礦山，位于江西省德興市境內(nèi)。目前已形成日采選13萬t的綜合生產(chǎn)能力，年產(chǎn)銅金屬量約占全國礦產(chǎn)銅產(chǎn)量的1/4，采用浮游法選礦，有泗洲選礦廠和大山選礦廠。其中泗洲選礦廠日處理礦石量約4萬t，分一期、二期兩個選礦廠，每年石灰用量為20萬t左右。所需石灰（氧化鈣CaO）都是靠汽車從外地運輸回礦后倒入石灰料倉內(nèi)貯存。由于料倉體積大，地理位置較高，東西南北風橫掃，使粉塵的收集難度增大。每次汽車在料倉卸料時，產(chǎn)生大量的干石灰粉塵，對廠區(qū)和周圍環(huán)境造成嚴重的污染。曾采用過干式旋風除塵器處理石灰料倉粉塵，但石灰料倉容積大，且石灰粉塵屬中等粘性粉塵等，給收集和處理帶來了較大困難，原設計的6臺CLK擴散式旋風除塵系統(tǒng)，由于堵塞嚴重全部報廢。為此，該礦在礦倉內(nèi)部設計了一個組合式集氣罩收集粉塵；在卸料口采用固定擋板和吊掛活動軟簾相結(jié)合的方法減小卸料口斷面，降低處理風量；在卸料口外部天橋設置外部圍擋；并采用先進的預附層織物過慮技術(shù)處理干石灰粉塵。運行后，料倉卸料口外的粉塵濃度為3～6mg/m3，煙囪出口排放濃度為28.74mg/m3，均低于國家標準。泗洲選礦廠二期石灰乳化車間廠房面積為540m2,空間高度為18m，內(nèi)有鐵板給礦機、球磨機、分級機等設備，每天球磨機處理石灰量約430t左右，車間內(nèi)粉塵主要來源于鐵板給礦機上部，為防大塊石灰石堵塞球磨機的進口，需要在石灰塊石進入球磨機之前在鐵板給礦機上部加水溶解石灰石，因此而產(chǎn)生大量水蒸汽及氫氧化鈣粉塵（以下簡稱“濕石灰粉塵”），工作崗位的粉塵污染嚴重，而且很“嗆人”，同時也給收集、凈化濕石灰粉塵帶來了相當大的難度。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，設計了一個利用石灰溶解過程中產(chǎn)生的熱量（溫度）與周圍空氣的溫度差以及廠房高差而產(chǎn)生的風壓和余壓，并利用大容積礦倉凈化粉塵的無動力消耗自然通風除塵系統(tǒng)解決濕石灰粉塵凈化問題。運行后，車間內(nèi)的粉塵濃度合格率從0%達到100%，效果非常明顯。

2 石灰粉塵的特性和參數(shù)

石灰吸水性較強，具有較大的腐蝕性、粘結(jié)性、水硬性。石灰粉塵的特性直接影響到除塵設備的選型及整體設計。表1和表2為石灰粉塵[1]的密度、安息角、比電阻、分散度等幾項主要參數(shù)。

表1 石灰粉塵的密度、安息角、比電阻

表2 石灰粉塵的分散度（料徑分散度）

由表1、表2可知，石灰粉塵屬高比電阻、中等粘性、分散度低的粉塵。

3 國內(nèi)石灰粉塵凈化處理技術(shù)

由于石灰粉塵的具體特性，目前國內(nèi)對干、濕石灰粉塵的凈化處理還沒有統(tǒng)一的標準模式?，F(xiàn)在國內(nèi)對石灰粉塵采用濕式除塵器進行凈化處理的較多，如水膜式、噴淋式、渦流塔式等，采用濕式除塵器凈化石灰粉塵凈化效率比較高，但由于石灰粉塵遇水后變成消石灰，粘性增大，水硬性結(jié)垢現(xiàn)象較嚴重，經(jīng)常造成系統(tǒng)堵塞，維護管理復雜，耗水量大，污水污泥不好處理，因此近年來應用者大幅度減少；由于石灰粉塵的比電阻超出了電除塵器要求的范圍，且電除塵造價較高，對小風量除塵系統(tǒng)一般不宜采用電除塵器處理干石灰粉塵；80年代以來，對干石灰粉塵處理大多數(shù)采用袋式除塵器，由于石灰粉塵是粘性的，對袋式除塵器的過慮材質(zhì)、過濾風速、反吹風強度等性能參數(shù)必須進行合理的設計，袋式除塵器的早期一般采用脈沖袋式除塵器，這類除塵器清灰強度高，但易損件較多，尤其在南方地區(qū)空氣濕度大，反吹風用壓縮空氣易帶水，使設備維護檢修工作量增大。后來采用回轉(zhuǎn)反吹袋式除塵器，使袋式除塵器在結(jié)構(gòu)形式、清灰再生技術(shù)等方面都有較大的提高。如目前普遍應用的幾種新型袋式除塵器都達到了結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、對處理一般粉塵都能長期、穩(wěn)定高效地運行，只要在具體工程實際中對袋式除塵器的性能參數(shù)及其他一些輔助條件加以研究，達到一定的凈化目標是不困難的。

4 綜合治理方法

4.1 料倉干石灰粉塵的收集及排氣量計算

4.1.1 料倉干石灰粉塵的收集

以泗洲選礦廠二期石灰料倉為例：料倉容積約為500m3（一個料倉），卸料口斷面約為6m×8m，汽車卸料時產(chǎn)生大量的高速沖擊氣流，石灰粉塵從汽車尾部和卸料口上部大量外逸，對周圍環(huán)境造成成嚴重污染。

根據(jù)汽車卸料時石灰料倉內(nèi)氣流的運動特點和料倉結(jié)構(gòu)，在料倉內(nèi)部設計一個較為合理的組合式集氣罩，使料倉內(nèi)各不同的斷面產(chǎn)生不同捕吸氣流，控制料倉內(nèi)高速沖擊氣流的擾動；對卸料口，根據(jù)汽車卸料時的實際情況，采用固定擋板和吊掛活動軟簾相結(jié)合的方法，盡量減小卸料口斷面，降低除塵系統(tǒng)處理風量，降低工程費用；另外在卸料口外部天橋設置4.5m長、11m高的外部圍擋，防止東南西北風氣流的干擾。

4.1.2 二期石灰料倉內(nèi)排氣量計算

卸料時最大進風斷面F=6.75m2；斷面控制氣流速度取Vx=0.7m/s；則排氣量Q=3600FVx=3600×6.75×0.7=17010m3/s。

4.1.3 石灰粉塵的凈化處理方式

根據(jù)國內(nèi)袋式除塵器處理干石灰粉塵的成功經(jīng)驗，結(jié)合泗洲選礦廠二期石灰料倉干石灰粉塵的實際情況，設計了一臺各項性能參數(shù)適合處理該粉塵的高效回轉(zhuǎn)反吹扁布袋除塵器。

為了保證袋式除塵器能夠長期高效、穩(wěn)定地運行，在袋式除塵器入口前設計了一級Φ2 000mm的圓形沉降室，對大于50μm的粉塵進行沉降，降低袋式除塵器入口的含塵濃度，并對影響袋式除塵器性能的過濾材料的過濾阻力、過濾風速及過濾效率、清灰方式等主要性能參數(shù)的確定進行一些過濾性試驗研究，同時采用的濾料經(jīng)過“燒毛、軋光、浸漬、采用特制設備對濾料表面做特氟隆—B乳液的涂層處理，再經(jīng)過烘干、定型”等工藝處理所得的預附層織物過濾技術(shù)處理，可以使濾料纖維之間的微細空隙形成一個預附的粉塵初層，使粉塵易于剝落，再進行壓光，增加其表明的光滑度，并使其表面的粉塵堆集層有良好的剝落性。涂層后在很大程度上提高了濾料的抗氧化、耐腐蝕、耐折、耐溫性能，較好地改善了清灰效果，增強了濾料的憎水性，使濾袋可以在含水量較高的情況下不會產(chǎn)生板結(jié)、糊袋現(xiàn)象，同時提高了濾料的過濾精度。

4.1.4 過濾材料的阻力等性能的比較

在常溫下對三種常用的濾料在不同的過濾風速下，對其潔凈下空載阻力和靜態(tài)集塵阻力進行測定，其結(jié)果如圖1及表3所示。

圖1 三種濾料在不同風速下空載阻力

表3 三種濾料的集塵阻力速率（風速0.8m/min，時間30min）

從表3可以看出，針刺氈[2]和729[3]濾料潔凈時空載阻力和集塵阻力上升速度較小，但729濾料表面比針刺氈光滑，且耐濕性一般、耐水性極佳（見參考文獻內(nèi)容），市場價格也比較合理，因此選729濾料對過濾干石灰粉塵較合適。

4.1.5 過濾效率的比較及風速的確定

濾料的集塵效率除與粉塵特性有關外，還與實際運行中的過濾風速有較大的關系，過濾風速高，過濾阻力高，微細粉塵透過微孔的可能性增大。經(jīng)上述初步試驗，選擇了729濾料和針刺氈兩種濾料進行了不同過濾風速、現(xiàn)場實際測定的除塵器入口的可能最高粉塵濃度（574mg/m3）條件下進行濾料初級集塵效率測試，測試結(jié)果如表4所示。

表4 729和針刺氈在不同過濾風速下的除塵效率

從表4中看出，濾料運行初期集塵效率都不是很高，且與過濾風速大小有一定的變化規(guī)律。對石灰粉塵，袋式除塵器的運行過濾風速不宜過高，過高的過濾風速會造成清灰難度大，運行阻力高，易出現(xiàn)糊袋現(xiàn)象，一般應以小于1.0m/min為宜，取V=0.9m/min。

4.1.6 清灰方式的確定

濾料集塵后阻力上升，影響其過濾性能，因此必須清灰再生。清灰是利用與過濾氣流相反的氣流清除濾料上集塵層，清灰方式的確定對剩余粉塵層量大小起一定作用。在圓筒內(nèi)布置并自帶高壓反吹風機，隨著布袋過濾的進行，阻力逐漸增加，當達到反吹風控制阻力上限時，由差壓變送器發(fā)出訊號自動啟動反吹風機工作，具有足夠動能的反吹風氣流由旋臂噴口吹入濾袋導口，阻擋過濾氣流并改變袋內(nèi)壓力工況，引起濾袋實質(zhì)性振擊，抖落積塵。分別將反吹風時間調(diào)為2.5、3.0、3.5秒各運行一段時間，清灰效果都比較理想，為了使濾料纖維之間預附的粉塵層初層不完全破壞，取反吹風清灰時間為3.0秒。旋臂回轉(zhuǎn)分圈逐個反吹，減輕了濾袋的粉塵負荷，增大了過濾面積，提高了濾袋壽命，當濾袋阻力降到下限時，反吹風機構(gòu)自動停止工作。

4.1.7 袋式除塵器和風機的選擇

通過以上對比分析，選擇過濾面積為350m2高效回轉(zhuǎn)反吹布袋除塵器作為處理干石灰粉塵的凈化器，其主要性能參數(shù)為：729濾料，過濾風速0.9m/min，清灰時間3.0秒，設備阻力＜1200Pa，除塵效率＞99.5%。離心風機型號為4-72-12№8C右90°，功率30kW。

4.2 鐵板給礦機上部濕石灰粉塵排氣量和壓力計算

由于石灰塊石從礦倉進入球磨機之前，要在鐵板給礦機上部加水溶解大塊石灰石，防止堵塞球磨機進口，但是在溶解大塊石灰石過程中，生石灰（CaO）與水反應生成氫氧化鈣（Ca(OH)2），并產(chǎn)生大量熱量（每千克CaO產(chǎn)生1 033kJ熱量）。上升的熱空氣中帶有大量的濕石灰粉塵，經(jīng)現(xiàn)場檢測、觀察，設計了一個利用石灰溶解過程中產(chǎn)生的熱量（溫度）與周圍空氣的溫度差以及廠房高差（18m）、大容積礦倉（約為500m3）的無動力消耗自然通風除塵系統(tǒng)，解決濕石灰粉塵凈化問題?，F(xiàn)場測試的數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 石灰鐵板給礦機周圍現(xiàn)場測試的數(shù)據(jù)

4.2.1 利用流量比法計算接受罩的排風量

根據(jù)上述設想方案和測得的數(shù)據(jù)，利用熱源上部接受式排風罩[4]計算其排風量。熱源上部接受罩如圖2所示。

圖2 熱源上部接受罩

排風量L=熱源產(chǎn)生的熱氣流量L1+吸入罩內(nèi)的空氣量L2,流量比K=L2/L1。

（1）臨界流量比KL(保證有害物不逸出罩外最小K值)：

式中：E——熱源的短邊尺寸，m；

W——接受罩的寬度，m；

r——熱源的短邊與長邊之比；

H——熱源上表面至吸氣罩的高度，m。

適用條件：①H/E≤0.7；②1≤W/E≤1.5；③D/E≥0.3；④0.2≤r≤1；⑤污染空氣運動方向與吸氣方向一致的場合。

由于熱源與周圍空氣有溫度差△t，臨界流量比應加以修正：KL/=KL+3/2500△t。

（2）熱氣流量L1。由于高懸罩易受橫向氣流的影響，需要的排風量大，故采取低懸罩計算熱流量:

式中：Q——熱源的對流散熱量，kJ/s；

h——熱源的高度，m；

F——熱源的橫斷面積，m。

（3）對流散熱量：

Q=αF△t

式中：F——熱源的對流放熱面積，m2；

△t——熱源表面與周圍室內(nèi)空氣溫度差，℃；

α——對流放熱系數(shù)，J/（m2·s·℃）；α=A△t1/3,A為系數(shù)，水平散熱面A=1.13。

（4）排風量：

式中：n——考慮橫向氣流和渦流的安全系數(shù)，n=1+

6.5 Vh/V1；

Vh——室內(nèi)橫向氣流流速，m/s；

V1——熱氣流起始的上升速度，m/s。

根據(jù)以上計算方法和測試的數(shù)據(jù)，進行了設計計算：當熱源上部接受罩罩口尺寸設計為1.2m×3.5m時，熱態(tài)狀態(tài)下接受罩排風量L=10 224m3/s。

4.2.2 利用熱壓、風壓同時作用下的自然通風計算余壓

由于室外風速、風向在一天內(nèi)變化不定，因此為了保證自然通風的效果，風壓在計算中不予考慮，僅考慮熱壓的作用：

式中：H0——廠房可利用自然通風管的高度，m；γW——夏季室外最高空氣溫度，℃；γZ——石灰鐵板給礦機上部石灰水蒸汽平均溫度,℃。

根據(jù)以上計算方法和測試的數(shù)據(jù)，進行了設計計算：△P=11.2mm汞柱。

在熱態(tài)吸氣接受罩的上部再接上18m高、尺寸為600mm×400mm的垂直風管將含濕石灰粉塵排至500m3石灰礦倉，利用大容積的石灰礦倉靠濕粉塵的自重除塵，然后進行校核計算，產(chǎn)生的余壓完全可以克服18m長的垂直風管的阻力，理論計算與實際基本吻合。

5 系統(tǒng)運行情況

（1）石灰礦倉除塵系統(tǒng)凈化干石灰粉塵效果。該除塵系統(tǒng)投入運行幾年來，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，高效回轉(zhuǎn)反吹風扁布袋除塵器清灰時間為3.0秒時，清灰效果好。經(jīng)檢查濾袋表面無糊袋現(xiàn)象，煙囪出口排放濃度為28.74mg/m3，低于國標150mg/m3，卸料口斷面的控制氣流速度為1.0m/s，大于設計值，有效地控制了塵源外逸。料倉卸料口外3m處粉塵濃度為3～6mg/m3，低于國標10mg/m3。本除塵系統(tǒng)的主要目的是解決石灰料倉廠區(qū)和附近辦公區(qū)所造成的污染,社會效益巨大。

（2）無動力消耗自然通風除塵系統(tǒng)凈化濕石灰粉塵效果。石灰乳化車間內(nèi)的石灰粉塵單從直觀上就可以看出，大部分粉塵均被熱源上部接受式排風罩控制，直通石灰礦倉內(nèi)的無動力消耗的自然通風出口的粉塵、水蒸汽可沖出3m以上，粉塵排入礦倉后，被上述的石灰礦倉除塵系統(tǒng)的組合式集氣罩收集（總的排放濃度見上）。石灰乳化車間內(nèi)的粉塵濃度設計前后的數(shù)據(jù)如表6所示，效果非常明顯，極大地改善了工人的作業(yè)環(huán)境。

表6 石灰乳化車間無動力消耗自然通風系統(tǒng)安裝前后三個月粉塵濃度 mg/m3

6 結(jié)語

石灰料倉干石灰粉塵的治理是江西銅業(yè)股份有限公司的科研項目，項目完成后，該公司組織了有關專家對該項目進行了驗收，并獲有色金屬協(xié)會通過的國家自然科學三等獎，評價如下。

（1）該除塵系統(tǒng)設計合理，技術(shù)先進。采用組合式集塵罩,能有效地控制塵源擴散,集塵效果好。

（2）研究設計的350m2高效回轉(zhuǎn)反吹扁布袋除塵器，技術(shù)先進，凈化效率高，排放濃度為28.74mg/m3，遠低于國家規(guī)定的150mg/m3排放標準。

（3）采用反吹風清灰方式，反吹風清灰時間為3.0秒，清灰效果好。

（4）清灰采用微電腦控制，操作簡單，自動化程度高。

（5）系統(tǒng)采用先進的預附層織物過濾技術(shù)，解決了石灰等粘性粉塵清灰難的問題，為同類除塵清灰提供借鑒。

無動力消耗自然通風除塵系統(tǒng)控制石灰乳車間的濕石灰粉塵是德興銅礦科技人員發(fā)明、設計的。運行以來，無動力、無成本、基本不管理，有效地控制了嗆人的石灰粉塵，車間內(nèi)的粉塵一直未超標，效果很好。該礦有關部門的鑒定是：設計新穎，布局合理，投資省，見效快。

選礦廠干石灰粉塵和濕石灰粉塵成功的治理方法已在泗洲選礦廠一期石灰乳車間及日處理9萬t礦石的大山選礦廠石灰乳車間得到了很好的應用，也可供有同類型石灰粉塵治理要求的廠、礦借鑒。

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[4]陸耀慶等.供熱通風設計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1987.

TD714

B

2010-04-23

2010-05-14

劉鎮(zhèn)貴（1964-），男，江

西九江人，工程師，主要從事安全管理工作和通風防塵工作。

Abstract:This paper introduces the collection and purification methods for two kinds of lime dust produced in two places of lime emulsifying workshop in Sizhou concentrator of Dexing Copper Mine，which are the collection and purification of dry lime dust pro?duced in lime stock bin by car unloading and the determination of main performance parameters of bag-dust collector,and the de?termination method of air quantity and extra pressure of dust-removal system by natural ventilation designed for wet dust produced on the upper part of lime feeder.

Key words:dry dust;wet dust;collection;purification method;unpowered consumption;natural draft system

1672-609X（2011）01-0017-05