江 斌，曹祥富

（1.紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，福建 廈門 361006；2.華僑大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化系，福建 廈門 361005）

隨著選礦廠建設(shè)規(guī)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(jī)作為主體設(shè)備具有代替中細(xì)碎和篩分作業(yè)、礦石轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)少、減少系統(tǒng)粉塵污染等優(yōu)點(diǎn)，但半自磨排料端仍會(huì)產(chǎn)生大量高溫高濕的含塵氣體，嚴(yán)重影響工人身體健康和作業(yè)環(huán)境安全。

1 半自磨生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.1 半自磨結(jié)構(gòu)

半自磨主要由主軸承、筒體部、傳動(dòng)部、主電機(jī)、慢速驅(qū)動(dòng)裝置、頂起裝置及潤滑、電控等部分組成。

圖1 半自磨結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 半自磨工作原理

物料從半自磨進(jìn)料端進(jìn)入筒體內(nèi)。電機(jī)通過傳動(dòng)部的運(yùn)行而帶動(dòng)筒體部轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)筒體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)候，鋼球在離心力的作用下附在筒體襯板上被筒體帶走，當(dāng)帶到一定的高度時(shí)候落下，對物料產(chǎn)生沖擊和研磨，將其粉碎；同時(shí)在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中研磨體相互間的滑動(dòng)對原料也產(chǎn)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(chǎn)生

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

據(jù)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(shù)塵粒徑（ 粉塵粒子計(jì)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(huì)擴(kuò)散到整個(gè)車間。整個(gè)方法雖然能一時(shí)擋住氣塵，但是始終是治標(biāo)不治本，加上帆布在使用時(shí)間久后容易破損及松脫，維護(hù)麻煩。

在出料口周圍使用帆布圍擋，使氣塵難以擴(kuò)散至整個(gè)車間。此方法不僅需要頻繁更換帆布，成本高、維護(hù)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(kuò)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(gè)吸風(fēng)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(shí)，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(yàn)一臺(tái)布袋除塵器，觀察除塵效率及使用狀況：

設(shè)計(jì)風(fēng)量：5000m3/h；

過濾面積：60m2；

過濾風(fēng)速1.2m/s；

脈沖清灰。

此布袋除塵器抽風(fēng)運(yùn)行30 天，發(fā)現(xiàn)隨著使用時(shí)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(dǎo)致主管道內(nèi)壁粘粉嚴(yán)重，厚度達(dá)到3mm。

（2）氣塵濕度和粘度較大導(dǎo)致濾袋糊住，脈沖清灰無法發(fā)揮效果，直接堵死濾袋。

（3）卸灰不便，粉塵粘結(jié)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(jié)論：由于半自磨出口的粉塵含有大量的水蒸氣，導(dǎo)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(jìn)行試驗(yàn)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(shè)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(fēng)機(jī)將含塵氣體從進(jìn)風(fēng)口吸入除塵器水箱的水中。當(dāng)含塵氣體以一定速度經(jīng)過進(jìn)氣管進(jìn)入水中時(shí)，氣體沖擊水層并改變運(yùn)動(dòng)方向，而氣體中的塵粒則由于慣性繼續(xù)按原方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)塵氣分離，其中大部分粉塵與水粘附后便留在水中。

經(jīng)過水浴的氣體上浮進(jìn)入旋流桶內(nèi)。旋流桶內(nèi)有兩層旋流器，其中底部的旋流器使含塵的氣體切向進(jìn)入旋流桶內(nèi)做離心運(yùn)動(dòng)。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(jìn)入旋流桶內(nèi)，其離心運(yùn)動(dòng)的方向與氣體的旋轉(zhuǎn)方向相反。由上向下噴灑水霧與氣體在塔內(nèi)作相對運(yùn)動(dòng)，氣體與水霧以更快的相對速度發(fā)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(jīng)過兩層除霧層去除氣體中的水蒸氣，實(shí)現(xiàn)對粉塵的除塵凈化。

半自磨機(jī)工作時(shí)需要使用兩股水。從半自磨頭部流入的即前補(bǔ)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(bǔ)水，用于調(diào)節(jié)物料的出料濃度。本著降低成本的原則，可將部分后補(bǔ)水經(jīng)水泵抽到濕式除塵器中供除塵器使用。

水泵把后補(bǔ)水抽到除塵器內(nèi)，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(dāng)水箱中的水位超過溢流口高度后，水就會(huì)攜帶著粉塵一起從溢流口流入泵池。這樣后補(bǔ)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(tǒng)，實(shí)現(xiàn)粉塵的回收，環(huán)保又節(jié)能。

2.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)

圖2 旋渦式濕式除塵器結(jié)構(gòu)圖

旋渦式濕式除塵器是由風(fēng)機(jī)，除塵器主體和水泵組成。

風(fēng)機(jī)是含塵氣體的動(dòng)力源，產(chǎn)生巨大的吸力把含塵氣體從進(jìn)風(fēng)口吸入除塵器內(nèi)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(bǔ)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(shù)設(shè)計(jì)與計(jì)算

2.3.1 風(fēng)機(jī)參數(shù)

物料從半自磨出口流出，經(jīng)過5m 的落差落入振動(dòng)篩，沖擊力會(huì)激起大量的揚(yáng)塵。

為了防止粉塵外溢，在設(shè)計(jì)中加入一股誘導(dǎo)風(fēng)，該誘導(dǎo)風(fēng)在振動(dòng)篩內(nèi)形成負(fù)壓，保證沖擊粉塵不會(huì)外溢。該誘導(dǎo)風(fēng)的風(fēng)量與物料的數(shù)量、落差高度、落料角度和物料末速度有關(guān)，物料的數(shù)量則與輸送帶的帶寬相對應(yīng)。

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(shù)。

表1 半自磨筒體相關(guān)參數(shù)

誘導(dǎo)風(fēng)風(fēng)量Lx=L1+L2。

根據(jù)皮帶參數(shù)，查《除塵工程設(shè)計(jì)手冊》膠帶運(yùn)輸機(jī)輸送帶轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)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(huì)外溢，需要從半自磨內(nèi)部抽取風(fēng)量，在半自磨內(nèi)形成負(fù)壓。其風(fēng)量大小與半自磨的體積以及抽取次數(shù)有關(guān)。而抽取次數(shù)與半自磨內(nèi)部的粉塵濃度有關(guān)，一般工況下一小時(shí)的抽取次數(shù)取10 次。

則半自磨的抽風(fēng)量Ls=3.14x5.5x5.5x5.4x10=5200m3/h。

半自磨出料口實(shí)際需要風(fēng)量：

L 計(jì)=Lx+Ls=14800+5200=20000m3/h；

設(shè)計(jì)處理風(fēng)量L=K1*K2*L 計(jì)

K1—管道漏風(fēng)系數(shù)，取1.20；

K2—除塵器漏風(fēng)系統(tǒng)，取1.05。

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

除塵器運(yùn)行阻力取1200pa；

管道阻力△P=10*10+2*70=340pa；

總系統(tǒng)阻力=1200+340=1540pa。

根據(jù)以上參數(shù)，查風(fēng)機(jī)選型手冊，選用風(fēng)機(jī)型號(hào)為KTF-II-800A。

具體參數(shù)如下：

（1）風(fēng)量Q=27000m3/h。

（2）風(fēng)壓P=2150pa。

（3）轉(zhuǎn)速n=1470r/min，功率P=22kw。

2.3.2 水泵的參數(shù)

一般運(yùn)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(yáng)程應(yīng)在40m 以上。

綜上參數(shù)，查看南方泵業(yè)CHM 系列輕型臥式多級(jí)泵選型手冊，選用水泵型號(hào)為CHM4-5，具體參數(shù)如下：流量Q：3.0m3/H；揚(yáng)程H：42.5m；功率P：1.1kw。

3 結(jié)論

本旋渦式濕式除塵器利用后補(bǔ)水清除氣體中的粉塵，實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的最大化。碧水青山就是金山銀山，優(yōu)先考慮生態(tài)環(huán)境效益也是未來研究方向的大勢所趨。