曹 鵬 孔東萍 張雄天

（蘭州有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司）

近年來(lái)，伴隨著相關(guān)環(huán)保政策的逐步落實(shí)，采選礦工藝生產(chǎn)已從原來(lái)“臟、亂、差”狀態(tài)逐步走向符合環(huán)保要求的“潔凈、綠色、環(huán)保”狀態(tài)。但在礦物干法加工過(guò)程中，僅配置負(fù)壓除塵系統(tǒng)還會(huì)有大量的粉塵逸散和外溢，因此，合理合規(guī)治理和排放粉塵對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)還是生產(chǎn)難題之一。

要想很好地治理粉塵，應(yīng)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的產(chǎn)塵點(diǎn)做好密封和降塵措施，避免無(wú)組織的粉塵逸散，降低崗位粉塵濃度，為后續(xù)負(fù)壓除塵設(shè)備的正常運(yùn)行創(chuàng)造良好的條件，即所謂的“先抑后除”原則。

1 抑塵的必要性

在采選礦生產(chǎn)中，工作崗位粉塵濃度過(guò)高不僅在一定程度上造成了有用礦物的流失，而且對(duì)礦山從業(yè)人員的身體健康帶來(lái)極大的威脅。

崗位粉塵對(duì)人體健康最突出的危害表現(xiàn)在肺部［1-2］，通常的肺部疾患有3 種。首先是塵肺病，是主要的職業(yè)病之一，我國(guó)已將其列為法定職業(yè)病之一；其次是肺部粉塵沉著癥；最后是粉塵引起的肺部病變和過(guò)敏性疾病，對(duì)受孕職工來(lái)說(shuō)甚至嚴(yán)重影響胎兒的生長(zhǎng)發(fā)育。因此，有必要對(duì)礦山生產(chǎn)中的粉塵進(jìn)行達(dá)標(biāo)治理。雙流體超細(xì)霧化抑塵系統(tǒng)作為新型粉塵治理系統(tǒng)，其有望發(fā)揮重要作用。

2 除塵設(shè)備現(xiàn)狀

在長(zhǎng)期的礦山粉塵處理技術(shù)與設(shè)備攻關(guān)中，業(yè)界取得了一系列重大成果，主流技術(shù)設(shè)備有旋風(fēng)式除塵系統(tǒng)、布袋式除塵系統(tǒng)及濕式除塵系統(tǒng)等。盡管上述除塵系統(tǒng)在一定程度上削弱了礦山粉塵的危害，但在實(shí)際應(yīng)用中，各系統(tǒng)有各自的局限性。

2.1 旋風(fēng)式除塵器

旋風(fēng)除塵器［3］（圖1）是利用旋轉(zhuǎn)氣流對(duì)粉塵產(chǎn)生離心力，使其從氣流中分離出來(lái)的設(shè)備。由于該設(shè)備頂蓋附近存在高速旋轉(zhuǎn)的灰環(huán)，極易導(dǎo)致細(xì)粉塵向出氣口泄漏；氣體流量的波動(dòng)易造成器內(nèi)流型紊亂，操作彈性小，操作穩(wěn)定性差。排灰時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響除塵效率，磨損嚴(yán)重，特別是處理高濃度或磨蝕性大的粉塵時(shí)，入口處和錐體部位都容易磨壞；除塵效率不高，單獨(dú)使用時(shí)很難滿足現(xiàn)行含塵氣體排放濃度標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.2 布袋除塵器

布袋除塵器［4］（圖2）因具有99.9%的除塵效率和較低的排放濃度，因而在礦山除塵領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但布袋除塵器在處理相對(duì)溫度較低的含塵氣體時(shí)，若不采取保溫措施，會(huì)因結(jié)露而造成糊袋，增大流體阻力，提高所需風(fēng)機(jī)功率，使系統(tǒng)運(yùn)行成本升高。由于布袋除塵器的工作原理，對(duì)其除塵效果要求越高，其風(fēng)量和體積需求越大，致使濾袋增加，從而增加生產(chǎn)成本。

2.3 濕式除塵器

濕式除塵器［5］的特點(diǎn)是在處理粉塵時(shí)兼有凈化氣體的作用。濕式除塵器在凈化含有腐蝕性氣體時(shí)，設(shè)備應(yīng)采取防腐措施。在寒冷地區(qū)，如不采取保溫或采暖措施，其系統(tǒng)會(huì)凍結(jié)，影響生產(chǎn)。此外，濕式除塵器由于葉輪會(huì)帶黏泥，所以水、電耗會(huì)偏大，其排出的含塵污水如不正確處理會(huì)有二次污染可能。

3 雙流體超細(xì)霧化抑塵技術(shù)

3.1 抑塵原理

美國(guó)《煤炭時(shí)代雜志》發(fā)表的題為《科羅拉多礦業(yè)學(xué)院解決可吸入塵埃的控制》的文章提到：水霧顆粒與塵埃顆粒大小相近時(shí)，吸附、過(guò)濾、凝結(jié)的幾率最大；水霧顆粒與塵埃顆粒大小相近時(shí)，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)在重力作用下降落，從而達(dá)到過(guò)濾塵埃的目的。其流程［6-8］：①產(chǎn)塵點(diǎn)形成云霧池，噴頭對(duì)流場(chǎng)的擾動(dòng)作用引導(dǎo)空氣流動(dòng)，塵、水相互作用；②霧池濕潤(rùn)環(huán)境下，塵與水粒間產(chǎn)生液橋力；③局部水汽飽和，利用粉塵為核，捕捉凝聚并沉降，沉降附帶沖刷功能；④塵粒凝聚成團(tuán)，利用凝并原理加速顆粒變大增大沉降過(guò)程，見(jiàn)圖3。

3.2 設(shè)備組件及控制

雙流體超細(xì)霧化抑塵裝置（圖4）主要包括干霧抑塵主機(jī)、螺桿空壓機(jī)、儲(chǔ)氣罐、干霧分配控制器、霧化集成箱（含霧化噴嘴）、水氣連接管線、電控電纜等。主機(jī)主要作用是提供滿足噴霧組件需求的水源和氣源，監(jiān)測(cè)每個(gè)治理點(diǎn)的噴霧情況，控制每個(gè)治理點(diǎn)噴霧抑塵的啟停［7］。主機(jī)是將過(guò)濾后的氣、水以設(shè)定的氣壓、水壓、氣流量、水流量，按接收到的開(kāi)啟或停止的信號(hào)，控制閥門(mén)打開(kāi)或關(guān)閉，經(jīng)管道輸送到噴霧器總成，實(shí)現(xiàn)噴霧抑塵的總體控制。

3.3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

雙流體超細(xì)霧化抑塵技術(shù)適用范圍廣泛，相較于傳統(tǒng)設(shè)備，雙流體超細(xì)霧化抑塵裝置一次性投資省、維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用低、動(dòng)力消耗小、占用空間小，在礦山行業(yè)應(yīng)用前景可觀。其優(yōu)勢(shì)可概括為9個(gè)方面：①霧粒直徑小，直徑3～10 μm 的水霧顆粒在捕捉5 μm以下的可吸入浮塵方面具有極佳的效果。②噴出的水霧的方向準(zhǔn)確性強(qiáng)，成霧速度快，能迅速捕捉、屏蔽、切斷粉塵擴(kuò)散。③出霧量大，霧索長(zhǎng)度大，而且出霧量、霧索長(zhǎng)度都可調(diào)。④水霧顆粒為10 μm，在抑塵點(diǎn)形成濃而密的霧池。人體可吸入性粉塵基本為直徑小于10 μm 的粉塵。雙流體超細(xì)霧化抑塵系統(tǒng)的目的是確保噴嘴噴出的水霧顆粒絕大部分在10 μm 以下，從而有效控制粉塵對(duì)環(huán)境的污染及對(duì)人體健康的危害。⑤噴霧壓力大于0.3 MPa，水泵無(wú)需提供很高的水壓力，耗水量小，對(duì)物料含水率增加0.2～0.5 個(gè)百分點(diǎn)，無(wú)二次污染。⑥占地面積小，操作方便，可手動(dòng)或自動(dòng)操作。⑦設(shè)備投入少，運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用低。⑧適范圍廣，在無(wú)組織排放、密閉或半密閉空間的粉塵污染源的控制中均有極佳的效果。⑨抑塵效果明顯，降低了粉塵爆炸幾率，可減少消防設(shè)備投入。

4 工程實(shí)例

甘肅禮縣某大型金礦2013 年建成投產(chǎn)，生產(chǎn)規(guī)模為330 萬(wàn)t/a，露天開(kāi)采。該礦山除塵系統(tǒng)為雙流體超細(xì)霧化抑塵系統(tǒng)。

現(xiàn)場(chǎng)雙流體超細(xì)霧化抑塵系統(tǒng)設(shè)置在不宜封閉的大型破碎機(jī)入料口，移動(dòng)卸料皮帶兩側(cè)落料口、大型物料堆場(chǎng)進(jìn)料口以及整體密閉的廠房?jī)?nèi)等位置，實(shí)現(xiàn)了水汽噴霧一體化，無(wú)組織排放和有組織排放治理效果明顯，沒(méi)有粉塵的二次污染，有價(jià)資源也得到了充分回收。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況見(jiàn)圖5，系統(tǒng)在降低粉塵濃度、減少揚(yáng)塵污染等方面的情況見(jiàn)表1～表5。

對(duì)工作場(chǎng)所職業(yè)衛(wèi)生調(diào)查、分析表明，現(xiàn)場(chǎng)主要職業(yè)病危害因素矽塵符合職業(yè)衛(wèi)生接觸限值的要求。

雙流體超細(xì)霧化系統(tǒng)以其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為本項(xiàng)目的粉塵治理帶來(lái)了突破，粉塵治理效果理想，且調(diào)節(jié)靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、能耗低，較傳統(tǒng)負(fù)壓除塵技術(shù)的一次性投資可節(jié)省30%左右，且可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、遠(yuǎn)距離共用一臺(tái)霧化設(shè)備；不需要大功率風(fēng)機(jī)，降低了運(yùn)行成本。該技術(shù)的使用有助于促進(jìn)企業(yè)由粗放式發(fā)展到精細(xì)化管理的轉(zhuǎn)變；凈化了空氣質(zhì)量，保護(hù)了工作場(chǎng)所人員身心健康，有利于提升企業(yè)的社會(huì)形象，維護(hù)社會(huì)和企業(yè)的穩(wěn)定長(zhǎng)久。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）旋風(fēng)式除塵系統(tǒng)、布袋式除塵系統(tǒng)及濕式除塵系統(tǒng)等傳統(tǒng)除塵技術(shù)在礦山除塵方面一度發(fā)揮著重要作用，但也存在各自的局限性。

（2）新型、高效除塵系統(tǒng)——雙流體超細(xì)霧化抑塵裝置的主要作用是提供滿足噴霧組件需求的水源和氣源，監(jiān)測(cè)每個(gè)治理點(diǎn)的噴霧情況，控制每個(gè)治理點(diǎn)噴霧抑塵的啟停，將過(guò)濾后的氣和水以設(shè)定的壓力和流量按接收到的信號(hào)進(jìn)行啟停，實(shí)現(xiàn)噴霧抑塵的總體控制。系統(tǒng)具有一次性投資省、維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用低、動(dòng)力消耗小、占用空間小等特點(diǎn)，在礦山具有廣闊的應(yīng)用前景。其優(yōu)勢(shì)包括捕捉5 μm以下的可吸入浮塵具有極佳效果；噴出的水霧方向準(zhǔn)、成霧速度快、能迅速捕捉和切斷粉塵擴(kuò)散；出霧量與霧索長(zhǎng)度大且可調(diào)；超細(xì)霧化在抑塵點(diǎn)形成濃而密的霧池，可阻隔直徑小于10 μm 的粉塵外溢；成霧壓力小、耗水量低、無(wú)二次污染；占地面積小、操作方便；設(shè)備投入少，運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用低；適范圍廣，在無(wú)組織排放、密閉或半密閉空間的粉塵污染源的控制中均有極佳的效果；抑塵效果明顯，降低了粉塵爆炸幾率，可減少消防設(shè)備投入。

（3）甘肅禮縣某大型金礦除塵系統(tǒng)采用雙流體超細(xì)霧化抑塵系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)置在不宜封閉的大型破碎機(jī)入料口、移動(dòng)卸料皮帶兩側(cè)落料口、大型物料堆場(chǎng)進(jìn)料口以及整體密閉的廠房?jī)?nèi)等位置，實(shí)現(xiàn)了水汽噴霧一體化，無(wú)組織排放和有組織排放治理效果明顯，沒(méi)有粉塵的二次污染，矽塵符合職業(yè)衛(wèi)生接觸限值的要求，有價(jià)資源也得到了充分回收。