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(yè)股份有限公司, 山西 運(yùn)城 043700; 2.蘭州山水環(huán)?？萍脊煞萦邢挢?zé)任公司, 甘肅 蘭州 730000)

1 前言

國(guó)內(nèi)外礦山使用的除塵系統(tǒng)種類(lèi)較多，常見(jiàn)的有布袋除塵器、濾筒除塵器以及濕式除塵機(jī)組等。近幾年隨著國(guó)家環(huán)保政策的變化，對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越高，對(duì)崗位員工作業(yè)環(huán)境、大氣粉塵排放量都有了更嚴(yán)格的規(guī)定，因此環(huán)境保護(hù)成為企業(yè)安全生產(chǎn)的重要組成部分。許多冶金礦山、選礦廠(chǎng)在礦石破碎、篩分、皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)等環(huán)節(jié)大多是敞開(kāi)式或半敞開(kāi)式狀態(tài)，產(chǎn)塵點(diǎn)較多，產(chǎn)塵量較大，而老式除塵器其工作原理均是通過(guò)風(fēng)管對(duì)產(chǎn)塵點(diǎn)的粉塵進(jìn)行收集后，匯集到除塵器內(nèi)部后，通過(guò)加水進(jìn)行處理后排放。在使用的過(guò)程中，老式除塵器存在著收塵空間負(fù)壓不能達(dá)到使用要求、風(fēng)管過(guò)長(zhǎng)易堵塞等問(wèn)題，導(dǎo)致除塵效果不良。甚至有部分車(chē)間不能滿(mǎn)足《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GBZ 1—2010)車(chē)間空氣中總粉塵濃度≤10mg/m3，呼吸性粉塵濃度≤5mg/m3中規(guī)定的職業(yè)衛(wèi)生要求。近年來(lái)，一種不同于傳統(tǒng)噴水加濕礦石的超細(xì)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(duì)粉礦倉(cāng)移動(dòng)小車(chē)卸料揚(yáng)塵的治理，效果尤為顯著。

2 北方銅業(yè)銅礦峪礦工程現(xiàn)狀

北方銅業(yè)銅礦峪礦選礦廠(chǎng)自2013年改擴(kuò)建成功后，其新系統(tǒng)處理能力由原來(lái)的200萬(wàn)t/a增加到600萬(wàn)t/a,隨著處理能力的增大，其磨礦系統(tǒng)粉礦倉(cāng)擴(kuò)建為長(zhǎng)168m、寬7.5m、高11.9m，儲(chǔ)存能力為8 500m3。礦倉(cāng)的給礦皮帶是寬1 000mm的帶式輸送機(jī)，下料方式為移動(dòng)小車(chē)兩側(cè)下料，下料口下側(cè)正對(duì)寬度800mm、長(zhǎng)度163m的倉(cāng)口。礦石粒度為-10mm達(dá)90%以上，礦石較細(xì)，黏性較大，除塵系統(tǒng)采用3臺(tái)濕式動(dòng)力除塵器和2臺(tái)文丘里除塵器，排塵點(diǎn)均勻分布在礦倉(cāng)頂部各處，但由于卸料小車(chē)的來(lái)回移動(dòng)，粉礦倉(cāng)卸料口為半敞開(kāi)式，露風(fēng)量大很難實(shí)現(xiàn)密閉，在產(chǎn)塵處難于形成負(fù)壓，不能起到應(yīng)有的效果，除塵效果不理想。

3 超細(xì)霧化抑塵裝置工作原理及特點(diǎn)

3.1 工作原理

超細(xì)霧化抑塵系統(tǒng)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(chǎn)塵點(diǎn)的粉塵通過(guò)風(fēng)管吸收至除塵器主機(jī)，然后和大量的水混合后將泥漿排出，余量又通過(guò)風(fēng)筒排放至大氣中。而超細(xì)霧化抑塵系統(tǒng)是針對(duì)產(chǎn)塵點(diǎn)進(jìn)行的粉塵治理，是利用對(duì)給管道內(nèi)的水加壓，當(dāng)高壓水到噴頭處并達(dá)到額定壓力時(shí)，沖開(kāi)高壓霧化噴頭的彈簧進(jìn)入震蕩室進(jìn)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(chǎn)塵點(diǎn)形成濃而密的霧池，利用水霧顆粒與塵埃顆粒大小相近時(shí)吸附、凝結(jié)、沉降的機(jī)率最大的原理，塵埃顆粒隨氣流運(yùn)動(dòng)時(shí)與水霧顆粒發(fā)生碰撞、吸附、凝結(jié)，形成的塵埃團(tuán)在重力作用下自然沉降，從而達(dá)到抑制粉塵外溢擴(kuò)散的目的。

粉塵與水霧結(jié)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(duì)人體健康危害最大。所以，只要產(chǎn)生與可吸入粉塵顆粒大小相當(dāng)?shù)奈⒚准?jí)水霧顆粒，在污染源處使粉塵與之吸附、相互黏結(jié)、聚結(jié)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(duì)人體的傷害，達(dá)到最佳的粉塵治理效果。

圖1 粉塵與水霧結(jié)合模擬圖

3.2 超細(xì)霧化抑塵裝置特點(diǎn)

(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(duì)要求含水率低、除塵空間較小的治理現(xiàn)場(chǎng)。

(2)自動(dòng)化程度高，可同時(shí)采用無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)進(jìn)行中控平臺(tái)與主機(jī)之間的通信，滿(mǎn)足數(shù)據(jù)和視頻的同步雙向通信。系統(tǒng)主機(jī)采用PLC可編程控制系統(tǒng)，配有壓力傳感器、液位流量計(jì)、儲(chǔ)能罐等，可自動(dòng)加水、自動(dòng)排污、自動(dòng)泄壓、故障檢測(cè)、報(bào)警自動(dòng)保護(hù)等，便于運(yùn)行期間實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理和遠(yuǎn)程控制。

(3)變頻器根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的壓力和出水量，自動(dòng)調(diào)整高壓泵的轉(zhuǎn)速，保證泵內(nèi)水壓處在一個(gè)恒定值，這樣既節(jié)省能源，也避免了開(kāi)機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)高壓泵的傷害，大大延長(zhǎng)了主機(jī)壽命。

(4)系統(tǒng)可由一臺(tái)主機(jī)帶動(dòng)多個(gè)分區(qū)控制器完成不同區(qū)域的除塵處理，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)空間和場(chǎng)地的要求實(shí)現(xiàn)噴霧量和噴霧時(shí)間的設(shè)置。

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

4 超細(xì)霧化抑塵裝置在粉礦倉(cāng)粉塵治理的使用情況

4.1 現(xiàn)場(chǎng)分析和設(shè)備選型

根據(jù)該粉礦倉(cāng)的實(shí)際情況，若采用傳統(tǒng)做法在每個(gè)礦倉(cāng)口均加裝噴霧組件，那么該粉礦倉(cāng)總長(zhǎng)為168m，以每10m為一個(gè)控制單元，兩側(cè)礦倉(cāng)將需要有64組由電磁閥來(lái)控制的噴霧單元，噴嘴數(shù)量巨大，控制單元多，很難保證正常穩(wěn)定的運(yùn)行。而實(shí)際的產(chǎn)塵點(diǎn)僅在下礦口前后2～4m的范圍內(nèi)，因此在移動(dòng)小車(chē)卸料處設(shè)3組噴霧設(shè)施，不僅數(shù)量少，而且完全可以滿(mǎn)足噴霧降塵的效果，更便于維護(hù)管理。

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

主要是在移動(dòng)小車(chē)頭部和兩側(cè)卸料漏斗處安裝的三組噴霧設(shè)施跟隨小車(chē)一起移動(dòng)。移動(dòng)小車(chē)沿卸料口在其兩側(cè)加裝翼臂，噴嘴沿移動(dòng)小車(chē)兩側(cè)翼臂布置，通過(guò)安裝在廠(chǎng)房頂部的滑軌帶動(dòng)高壓膠管沿滑軌一起移動(dòng)，移動(dòng)小車(chē)皮帶頭部和兩側(cè)卸料口設(shè)置的霧化裝置隨小車(chē)移動(dòng)，即小車(chē)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(xì)霧化抑塵系統(tǒng)主機(jī)接取移動(dòng)小車(chē)信號(hào)，當(dāng)小車(chē)開(kāi)始卸料時(shí)超細(xì)霧化抑塵系統(tǒng)主機(jī)接取安裝在卸料口上的紅外對(duì)射感應(yīng)距離信號(hào),噴霧組件開(kāi)始噴霧;當(dāng)小車(chē)卸料停止時(shí)，超細(xì)霧化抑塵系統(tǒng)主機(jī)停止工作，并打開(kāi)泄壓電磁閥排除管路水壓。這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于移動(dòng)小車(chē)皮帶頂部設(shè)有噴霧設(shè)施，兩側(cè)卸料漏斗口也在水霧的覆蓋范圍內(nèi)，能有效控制揚(yáng)塵的產(chǎn)生。

圖2 粉礦倉(cāng)移動(dòng)小車(chē)下料口粉塵治理示意圖

4.2 超細(xì)霧化抑塵系統(tǒng)組成

超細(xì)霧化抑塵系統(tǒng)主要由主機(jī)、噴霧器組件、分區(qū)控制器、電磁閥、手動(dòng)控制閥、水箱及其過(guò)濾、軟化系統(tǒng)和連接水管組成。該粉礦倉(cāng)分區(qū)控制示意圖如圖3所示。

圖3 粉礦倉(cāng)分區(qū)控制示意圖

4.3 水質(zhì)提升

由于超細(xì)霧化抑塵系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)的要求較高，而該選礦廠(chǎng)的供水源由于供水來(lái)源較為復(fù)雜，僅能為此套系統(tǒng)提供生產(chǎn)水，水質(zhì)極不穩(wěn)定。為了保證超細(xì)霧化抑塵系統(tǒng)正常運(yùn)行、減少維護(hù)管理工作量和噴嘴更換次數(shù)、延長(zhǎng)噴嘴的使用壽命等，超細(xì)霧化抑塵系統(tǒng)用水采取一級(jí)預(yù)過(guò)濾器、二級(jí)超細(xì)過(guò)濾器對(duì)生產(chǎn)循環(huán)水進(jìn)行過(guò)濾的同時(shí)增設(shè)一套型號(hào)為BL268F- 350，流量為2～3t/h，全自動(dòng)軟水器對(duì)水質(zhì)進(jìn)行軟化處理，防止噴嘴結(jié)垢堵塞。

4.4 使用后效果

(1)超細(xì)霧化抑塵裝置有效抑制了粉礦倉(cāng)粉塵的產(chǎn)生和擴(kuò)散，改善了生產(chǎn)工作環(huán)境 ，滿(mǎn)足國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)[1]。

(2)超細(xì)霧化抑塵系統(tǒng)和濕式除塵系統(tǒng)能耗對(duì)比見(jiàn)表1。

表1

本次改造采用超細(xì)霧化抑塵裝置，一方面對(duì)粉礦倉(cāng)的揚(yáng)塵得到了有效控制；另一方面大大的節(jié)省了生產(chǎn)成本。就水、電—年節(jié)省100余萬(wàn)元，耗品備件也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于原有除塵設(shè)備，且設(shè)備安裝數(shù)量少，維護(hù)管理成本低，解決困擾選礦廠(chǎng)多年的環(huán)保難題。

5 運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決辦法

(1)噴嘴維護(hù)非常簡(jiǎn)捷，由于現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)的影響，噴嘴使用時(shí)間長(zhǎng)會(huì)有結(jié)垢堵塞現(xiàn)象，影響噴霧效果，維護(hù)人員只需拆卸后用稀鹽酸浸泡1h后，清水沖洗后安裝復(fù)原即可。

(2)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，為保證系統(tǒng)冬季(-15℃以上溫度)能正常使用。系統(tǒng)主機(jī)、管道均采用自伴熱保溫防凍方案，完全解決冬季結(jié)凍問(wèn)題。

(3)由于現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)不好的原因，在設(shè)備試運(yùn)行1個(gè)月后就出現(xiàn)了自動(dòng)排污閥閥芯由于黏結(jié)雜質(zhì)而不能及時(shí)關(guān)閉的情況，導(dǎo)致主水箱內(nèi)水位不能到達(dá)正常開(kāi)機(jī)，我們通過(guò)在主機(jī)進(jìn)水前加裝管道過(guò)濾器，并定期清理，同時(shí)將排污閥的閥芯由原來(lái)的膠皮式改為活塞式，從而解決了此問(wèn)題。

(4)使用超細(xì)霧化抑塵系統(tǒng)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(shí)也將礦石濕度加大，有可能造成篩孔堵塞，礦粉與倉(cāng)壁黏結(jié)，影響礦倉(cāng)有效容積，造成球磨給礦圓盤(pán)堵塞、給礦不利，影響球磨臺(tái)效等現(xiàn)象。因此，可根據(jù)各產(chǎn)塵礦石粒度的大小來(lái)調(diào)節(jié)水霧的噴灑量，使水霧和揚(yáng)塵緊密結(jié)合，混合在一起，凝聚、落下，水霧分散均勻不會(huì)對(duì)倉(cāng)內(nèi)物料的濕度形成影響。

6 結(jié) 論

超細(xì)霧化抑塵系統(tǒng)是最新一代高效、節(jié)能、便于管理的抑塵設(shè)施。本系統(tǒng)近兩年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，它很好地解決了類(lèi)似粉礦倉(cāng)這樣敞開(kāi)或半敞開(kāi)產(chǎn)塵點(diǎn)的粉塵污染問(wèn)題，不但能大大的降低目標(biāo)位置粉塵的產(chǎn)生，改善工作環(huán)境，而且本系統(tǒng)對(duì)外粉塵零排放，完全滿(mǎn)足環(huán)保要求，更重要的是節(jié)能效果十分顯著。