选矿厂石灰乳化车间粉尘的综合治理

刘镇贵（江西铜业股份有限公司德兴铜矿，江西 德兴 334224）

选矿厂石灰乳化车间粉尘的综合治理

Comprehensive treatment of dust in lime emulsfying workshop of concentrator

刘镇贵（江西铜业股份有限公司德兴铜矿，江西 德兴 334224）

介绍了德兴铜矿泗洲选矿厂石灰乳化车间二个产尘点、两种性质的石灰粉尘收集、净化方法：石灰料仓在汽车卸料时产生的大量干石灰粉尘的收集、净化处理方法及袋式除尘器主要性能参数的确定；石灰铁板给矿机上部产生湿粉尘时所设计的无动力消耗自然通风除尘系统风量、余压的确定方法。

干粉尘；湿粉尘；收集；净化方法；无动力消耗；自然通风除尘

1 前言

德兴铜矿是江西铜业股份有限公司的主要矿山，位于江西省德兴市境内。目前已形成日采选13万t的综合生产能力，年产铜金属量约占全国矿产铜产量的1/4，采用浮游法选矿，有泗洲选矿厂和大山选矿厂。其中泗洲选矿厂日处理矿石量约4万t，分一期、二期两个选矿厂，每年石灰用量为20万t左右。所需石灰（氧化钙CaO）都是靠汽车从外地运输回矿后倒入石灰料仓内贮存。由于料仓体积大，地理位置较高，东西南北风横扫，使粉尘的收集难度增大。每次汽车在料仓卸料时，产生大量的干石灰粉尘，对厂区和周围环境造成严重的污染。曾采用过干式旋风除尘器处理石灰料仓粉尘，但石灰料仓容积大，且石灰粉尘属中等粘性粉尘等，给收集和处理带来了较大困难，原设计的6台CLK扩散式旋风除尘系统，由于堵塞严重全部报废。为此，该矿在矿仓内部设计了一个组合式集气罩收集粉尘；在卸料口采用固定挡板和吊挂活动软帘相结合的方法减小卸料口断面，降低处理风量；在卸料口外部天桥设置外部围挡；并采用先进的预附层织物过虑技术处理干石灰粉尘。运行后，料仓卸料口外的粉尘浓度为3～6mg/m3，烟囱出口排放浓度为28.74mg/m3，均低于国家标准。泗洲选矿厂二期石灰乳化车间厂房面积为540m2,空间高度为18m，内有铁板给矿机、球磨机、分级机等设备，每天球磨机处理石灰量约430t左右，车间内粉尘主要来源于铁板给矿机上部，为防大块石灰石堵塞球磨机的进口，需要在石灰块石进入球磨机之前在铁板给矿机上部加水溶解石灰石，因此而产生大量水蒸汽及氢氧化钙粉尘（以下简称“湿石灰粉尘”），工作岗位的粉尘污染严重，而且很“呛人”，同时也给收集、净化湿石灰粉尘带来了相当大的难度。根据现场实际情况，设计了一个利用石灰溶解过程中产生的热量（温度）与周围空气的温度差以及厂房高差而产生的风压和余压，并利用大容积矿仓净化粉尘的无动力消耗自然通风除尘系统解决湿石灰粉尘净化问题。运行后，车间内的粉尘浓度合格率从0%达到100%，效果非常明显。

2 石灰粉尘的特性和参数

石灰吸水性较强，具有较大的腐蚀性、粘结性、水硬性。石灰粉尘的特性直接影响到除尘设备的选型及整体设计。表1和表2为石灰粉尘[1]的密度、安息角、比电阻、分散度等几项主要参数。

表1 石灰粉尘的密度、安息角、比电阻

表2 石灰粉尘的分散度（料径分散度）

由表1、表2可知，石灰粉尘属高比电阻、中等粘性、分散度低的粉尘。

3 国内石灰粉尘净化处理技术

由于石灰粉尘的具体特性，目前国内对干、湿石灰粉尘的净化处理还没有统一的标准模式。现在国内对石灰粉尘采用湿式除尘器进行净化处理的较多，如水膜式、喷淋式、涡流塔式等，采用湿式除尘器净化石灰粉尘净化效率比较高，但由于石灰粉尘遇水后变成消石灰，粘性增大，水硬性结垢现象较严重，经常造成系统堵塞，维护管理复杂，耗水量大，污水污泥不好处理，因此近年来应用者大幅度减少；由于石灰粉尘的比电阻超出了电除尘器要求的范围，且电除尘造价较高，对小风量除尘系统一般不宜采用电除尘器处理干石灰粉尘；80年代以来，对干石灰粉尘处理大多数采用袋式除尘器，由于石灰粉尘是粘性的，对袋式除尘器的过虑材质、过滤风速、反吹风强度等性能参数必须进行合理的设计，袋式除尘器的早期一般采用脉冲袋式除尘器，这类除尘器清灰强度高，但易损件较多，尤其在南方地区空气湿度大，反吹风用压缩空气易带水，使设备维护检修工作量增大。后来采用回转反吹袋式除尘器，使袋式除尘器在结构形式、清灰再生技术等方面都有较大的提高。如目前普遍应用的几种新型袋式除尘器都达到了结构简单、维护方便、对处理一般粉尘都能长期、稳定高效地运行，只要在具体工程实际中对袋式除尘器的性能参数及其他一些辅助条件加以研究，达到一定的净化目标是不困难的。

4 综合治理方法

4.1 料仓干石灰粉尘的收集及排气量计算

4.1.1 料仓干石灰粉尘的收集

以泗洲选矿厂二期石灰料仓为例：料仓容积约为500m3（一个料仓），卸料口断面约为6m×8m，汽车卸料时产生大量的高速冲击气流，石灰粉尘从汽车尾部和卸料口上部大量外逸，对周围环境造成成严重污染。

根据汽车卸料时石灰料仓内气流的运动特点和料仓结构，在料仓内部设计一个较为合理的组合式集气罩，使料仓内各不同的断面产生不同捕吸气流，控制料仓内高速冲击气流的扰动；对卸料口，根据汽车卸料时的实际情况，采用固定挡板和吊挂活动软帘相结合的方法，尽量减小卸料口断面，降低除尘系统处理风量，降低工程费用；另外在卸料口外部天桥设置4.5m长、11m高的外部围挡，防止东南西北风气流的干扰。

4.1.2 二期石灰料仓内排气量计算

卸料时最大进风断面F=6.75m2；断面控制气流速度取Vx=0.7m/s；则排气量Q=3600FVx=3600×6.75×0.7=17010m3/s。

4.1.3 石灰粉尘的净化处理方式

根据国内袋式除尘器处理干石灰粉尘的成功经验，结合泗洲选矿厂二期石灰料仓干石灰粉尘的实际情况，设计了一台各项性能参数适合处理该粉尘的高效回转反吹扁布袋除尘器。

为了保证袋式除尘器能够长期高效、稳定地运行，在袋式除尘器入口前设计了一级Φ2 000mm的圆形沉降室，对大于50μm的粉尘进行沉降，降低袋式除尘器入口的含尘浓度，并对影响袋式除尘器性能的过滤材料的过滤阻力、过滤风速及过滤效率、清灰方式等主要性能参数的确定进行一些过滤性试验研究，同时采用的滤料经过“烧毛、轧光、浸渍、采用特制设备对滤料表面做特氟隆—B乳液的涂层处理，再经过烘干、定型”等工艺处理所得的预附层织物过滤技术处理，可以使滤料纤维之间的微细空隙形成一个预附的粉尘初层，使粉尘易于剥落，再进行压光，增加其表明的光滑度，并使其表面的粉尘堆集层有良好的剥落性。涂层后在很大程度上提高了滤料的抗氧化、耐腐蚀、耐折、耐温性能，较好地改善了清灰效果，增强了滤料的憎水性，使滤袋可以在含水量较高的情况下不会产生板结、糊袋现象，同时提高了滤料的过滤精度。

4.1.4 过滤材料的阻力等性能的比较

在常温下对三种常用的滤料在不同的过滤风速下，对其洁净下空载阻力和静态集尘阻力进行测定，其结果如图1及表3所示。

图1 三种滤料在不同风速下空载阻力

表3 三种滤料的集尘阻力速率（风速0.8m/min，时间30min）

从表3可以看出，针刺毡[2]和729[3]滤料洁净时空载阻力和集尘阻力上升速度较小，但729滤料表面比针刺毡光滑，且耐湿性一般、耐水性极佳（见参考文献内容），市场价格也比较合理，因此选729滤料对过滤干石灰粉尘较合适。

4.1.5 过滤效率的比较及风速的确定

滤料的集尘效率除与粉尘特性有关外，还与实际运行中的过滤风速有较大的关系，过滤风速高，过滤阻力高，微细粉尘透过微孔的可能性增大。经上述初步试验，选择了729滤料和针刺毡两种滤料进行了不同过滤风速、现场实际测定的除尘器入口的可能最高粉尘浓度（574mg/m3）条件下进行滤料初级集尘效率测试，测试结果如表4所示。

表4 729和针刺毡在不同过滤风速下的除尘效率

从表4中看出，滤料运行初期集尘效率都不是很高，且与过滤风速大小有一定的变化规律。对石灰粉尘，袋式除尘器的运行过滤风速不宜过高，过高的过滤风速会造成清灰难度大，运行阻力高，易出现糊袋现象，一般应以小于1.0m/min为宜，取V=0.9m/min。

4.1.6 清灰方式的确定

滤料集尘后阻力上升，影响其过滤性能，因此必须清灰再生。清灰是利用与过滤气流相反的气流清除滤料上集尘层，清灰方式的确定对剩余粉尘层量大小起一定作用。在圆筒内布置并自带高压反吹风机，随着布袋过滤的进行，阻力逐渐增加，当达到反吹风控制阻力上限时，由差压变送器发出讯号自动启动反吹风机工作，具有足够动能的反吹风气流由旋臂喷口吹入滤袋导口，阻挡过滤气流并改变袋内压力工况，引起滤袋实质性振击，抖落积尘。分别将反吹风时间调为2.5、3.0、3.5秒各运行一段时间，清灰效果都比较理想，为了使滤料纤维之间预附的粉尘层初层不完全破坏，取反吹风清灰时间为3.0秒。旋臂回转分圈逐个反吹，减轻了滤袋的粉尘负荷，增大了过滤面积，提高了滤袋寿命，当滤袋阻力降到下限时，反吹风机构自动停止工作。

4.1.7 袋式除尘器和风机的选择

通过以上对比分析，选择过滤面积为350m2高效回转反吹布袋除尘器作为处理干石灰粉尘的净化器，其主要性能参数为：729滤料，过滤风速0.9m/min，清灰时间3.0秒，设备阻力＜1200Pa，除尘效率＞99.5%。离心风机型号为4-72-12№8C右90°，功率30kW。

4.2 铁板给矿机上部湿石灰粉尘排气量和压力计算

由于石灰块石从矿仓进入球磨机之前，要在铁板给矿机上部加水溶解大块石灰石，防止堵塞球磨机进口，但是在溶解大块石灰石过程中，生石灰（CaO）与水反应生成氢氧化钙（Ca(OH)2），并产生大量热量（每千克CaO产生1 033kJ热量）。上升的热空气中带有大量的湿石灰粉尘，经现场检测、观察，设计了一个利用石灰溶解过程中产生的热量（温度）与周围空气的温度差以及厂房高差（18m）、大容积矿仓（约为500m3）的无动力消耗自然通风除尘系统，解决湿石灰粉尘净化问题。现场测试的数据如表5所示。

表5 石灰铁板给矿机周围现场测试的数据

4.2.1 利用流量比法计算接受罩的排风量

根据上述设想方案和测得的数据，利用热源上部接受式排风罩[4]计算其排风量。热源上部接受罩如图2所示。

图2 热源上部接受罩

排风量L=热源产生的热气流量L1+吸入罩内的空气量L2,流量比K=L2/L1。

（1）临界流量比KL(保证有害物不逸出罩外最小K值)：

式中：E——热源的短边尺寸，m；

W——接受罩的宽度，m；

r——热源的短边与长边之比；

H——热源上表面至吸气罩的高度，m。

适用条件：①H/E≤0.7；②1≤W/E≤1.5；③D/E≥0.3；④0.2≤r≤1；⑤污染空气运动方向与吸气方向一致的场合。

由于热源与周围空气有温度差△t，临界流量比应加以修正：KL/=KL+3/2500△t。

（2）热气流量L1。由于高悬罩易受横向气流的影响，需要的排风量大，故采取低悬罩计算热流量:

式中：Q——热源的对流散热量，kJ/s；

h——热源的高度，m；

F——热源的横断面积，m。

（3）对流散热量：

Q=αF△t

式中：F——热源的对流放热面积，m2；

△t——热源表面与周围室内空气温度差，℃；

α——对流放热系数，J/（m2·s·℃）；α=A△t1/3,A为系数，水平散热面A=1.13。

（4）排风量：

式中：n——考虑横向气流和涡流的安全系数，n=1+

6.5 Vh/V1；

Vh——室内横向气流流速，m/s；

V1——热气流起始的上升速度，m/s。

根据以上计算方法和测试的数据，进行了设计计算：当热源上部接受罩罩口尺寸设计为1.2m×3.5m时，热态状态下接受罩排风量L=10 224m3/s。

4.2.2 利用热压、风压同时作用下的自然通风计算余压

由于室外风速、风向在一天内变化不定，因此为了保证自然通风的效果，风压在计算中不予考虑，仅考虑热压的作用：

式中：H0——厂房可利用自然通风管的高度，m；γW——夏季室外最高空气温度，℃；γZ——石灰铁板给矿机上部石灰水蒸汽平均温度,℃。

根据以上计算方法和测试的数据，进行了设计计算：△P=11.2mm汞柱。

在热态吸气接受罩的上部再接上18m高、尺寸为600mm×400mm的垂直风管将含湿石灰粉尘排至500m3石灰矿仓，利用大容积的石灰矿仓靠湿粉尘的自重除尘，然后进行校核计算，产生的余压完全可以克服18m长的垂直风管的阻力，理论计算与实际基本吻合。

5 系统运行情况

（1）石灰矿仓除尘系统净化干石灰粉尘效果。该除尘系统投入运行几年来，系统运行平稳，高效回转反吹风扁布袋除尘器清灰时间为3.0秒时，清灰效果好。经检查滤袋表面无糊袋现象，烟囱出口排放浓度为28.74mg/m3，低于国标150mg/m3，卸料口断面的控制气流速度为1.0m/s，大于设计值，有效地控制了尘源外逸。料仓卸料口外3m处粉尘浓度为3～6mg/m3，低于国标10mg/m3。本除尘系统的主要目的是解决石灰料仓厂区和附近办公区所造成的污染,社会效益巨大。

（2）无动力消耗自然通风除尘系统净化湿石灰粉尘效果。石灰乳化车间内的石灰粉尘单从直观上就可以看出，大部分粉尘均被热源上部接受式排风罩控制，直通石灰矿仓内的无动力消耗的自然通风出口的粉尘、水蒸汽可冲出3m以上，粉尘排入矿仓后，被上述的石灰矿仓除尘系统的组合式集气罩收集（总的排放浓度见上）。石灰乳化车间内的粉尘浓度设计前后的数据如表6所示，效果非常明显，极大地改善了工人的作业环境。

表6 石灰乳化车间无动力消耗自然通风系统安装前后三个月粉尘浓度 mg/m3

6 结语

石灰料仓干石灰粉尘的治理是江西铜业股份有限公司的科研项目，项目完成后，该公司组织了有关专家对该项目进行了验收，并获有色金属协会通过的国家自然科学三等奖，评价如下。

（1）该除尘系统设计合理，技术先进。采用组合式集尘罩,能有效地控制尘源扩散,集尘效果好。

（2）研究设计的350m2高效回转反吹扁布袋除尘器，技术先进，净化效率高，排放浓度为28.74mg/m3，远低于国家规定的150mg/m3排放标准。

（3）采用反吹风清灰方式，反吹风清灰时间为3.0秒，清灰效果好。

（4）清灰采用微电脑控制，操作简单，自动化程度高。

（5）系统采用先进的预附层织物过滤技术，解决了石灰等粘性粉尘清灰难的问题，为同类除尘清灰提供借鉴。

无动力消耗自然通风除尘系统控制石灰乳车间的湿石灰粉尘是德兴铜矿科技人员发明、设计的。运行以来，无动力、无成本、基本不管理，有效地控制了呛人的石灰粉尘，车间内的粉尘一直未超标，效果很好。该矿有关部门的鉴定是：设计新颖，布局合理，投资省，见效快。

选矿厂干石灰粉尘和湿石灰粉尘成功的治理方法已在泗洲选矿厂一期石灰乳车间及日处理9万t矿石的大山选矿厂石灰乳车间得到了很好的应用，也可供有同类型石灰粉尘治理要求的厂、矿借鉴。

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TD714

B

2010-04-23

2010-05-14

刘镇贵（1964-），男，江

西九江人，工程师，主要从事安全管理工作和通风防尘工作。

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