选矿厂半自磨高温高湿含尘气体治理技术

江 斌，曹祥富

（1.紫金矿业集团股份有限公司，福建 厦门 361006；2.华侨大学机械工程及自动化系，福建 厦门 361005）

随着选矿厂建设规模的大型化，碎磨流程采用“半自磨+球磨”的工艺逐渐增加，半自磨机作为主体设备具有代替中细碎和筛分作业、矿石转运环节少、减少系统粉尘污染等优点，但半自磨排料端仍会产生大量高温高湿的含尘气体，严重影响工人身体健康和作业环境安全。

1 半自磨生产现状

1.1 半自磨结构

半自磨主要由主轴承、筒体部、传动部、主电机、慢速驱动装置、顶起装置及润滑、电控等部分组成。

图1 半自磨结构示意图

1.2 半自磨工作原理

物料从半自磨进料端进入筒体内。电机通过传动部的运行而带动筒体部转动，当筒体转动时候，钢球在离心力的作用下附在筒体衬板上被筒体带走，当带到一定的高度时候落下，对物料产生冲击和研磨，将其粉碎；同时在转动过程中研磨体相互间的滑动对原料也产生研磨作用，磨碎的物料借助水的冲力送出筒体外。

1.3 含尘气体的产生

钢球从高处落下冲击物料，同时钢球与钢球、钢球与物料间的相互摩擦也产生大量的热能。这些热量生成大量水蒸气，从而在筒体内形成高温高压的气体，这些气体携带着物料磨碎过程中产生的大量粉尘从出口处溢出，产生大量高温高湿的气尘。

据测量：

排出气尘气体湿度：75%～100%；

排出气尘温度：45°～65°；

排出气尘含尘量：550gm/m3；

排出气尘数尘粒径（ 粉尘粒子计算仪 ）：pm0.1um ～2.5um65%；Pm5um ～50um30%。

1.4 一般处理方式

（1）帆布围挡：在出料口周围用帆布围档，使气尘不会扩散到整个车间。整个方法虽然能一时挡住气尘，但是始终是治标不治本，加上帆布在使用时间久后容易破损及松脱，维护麻烦。

在出料口周围使用帆布围挡，使气尘难以扩散至整个车间。此方法不仅需要频繁更换帆布，成本高、维护困难，且无法从根本上解决含尘气体的问题。

（2）就地喷水降尘：在出料口上方布置喷头，喷头喷水抑制粉尘扩散。由于该位置用这种方式很难雾化，抑尘效率低。

（3）干式除尘器除尘：在出料口上放布置一个吸风罩，把含尘气体吸入封闭的除尘器中。除尘器以布袋为过滤滤芯，含尘气体通过滤芯时，粉尘吸附在滤芯上，干净的空气则通过滤芯排放到空气中。

试验一台布袋除尘器，观察除尘效率及使用状况：

设计风量：5000m3/h；

过滤面积：60m2；

过滤风速1.2m/s；

脉冲清灰。

此布袋除尘器抽风运行30 天，发现随着使用时间的增长，布袋上粘附的粉尘增多、增厚，除尘阻力增加，除尘效率降低。具体除尘情况如下：

（1）因抽吸气尘湿度和粘度较大，导致主管道内壁粘粉严重，厚度达到3mm。

（2）气尘湿度和粘度较大导致滤袋糊住，脉冲清灰无法发挥效果，直接堵死滤袋。

（3）卸灰不便，粉尘粘结成糊状物体，粉尘无法从灰斗斜面正常流下。

由此我们可以得出结论：由于半自磨出口的粉尘含有大量的水蒸气，导致粉尘湿度和粘度较大，极易将滤芯堵死，因此干式除尘器不适用于半自磨出口粉尘的除尘使用。

在此背景下，我们改用湿式除尘器进行试验试做使用。湿式除尘器使含尘气体与水密切接触，通过水浴以及水淋，从而把粉尘沉降下来。

2 旋涡式湿式除尘器

2.1 设备原理

旋涡式湿式除尘器是集除尘和回收为一体的湿式除尘器。

风机将含尘气体从进风口吸入除尘器水箱的水中。当含尘气体以一定速度经过进气管进入水中时，气体冲击水层并改变运动方向，而气体中的尘粒则由于惯性继续按原方向运动，实现尘气分离，其中大部分粉尘与水粘附后便留在水中。

经过水浴的气体上浮进入旋流桶内。旋流桶内有两层旋流器，其中底部的旋流器使含尘的气体切向进入旋流桶内做离心运动。由于粉尘和气体的离心力不同，粉尘颗粒与气体分离。与之相对的顶部的旋流器叶片方向向相反，这样利用高压喷头喷出的水雾切向进入旋流桶内，其离心运动的方向与气体的旋转方向相反。由上向下喷洒水雾与气体在塔内作相对运动，气体与水雾以更快的相对速度发生碰撞，加速水雾与气体中的粉尘颗粒的融合，更好地将粉尘沉降。过滤后的气体经过两层除雾层去除气体中的水蒸气，实现对粉尘的除尘净化。

半自磨机工作时需要使用两股水。从半自磨头部流入的即前补水，用于冲洗研磨合格的物料冲洗出来；从半自磨尾部流入的水即后补水，用于调节物料的出料浓度。本着降低成本的原则，可将部分后补水经水泵抽到湿式除尘器中供除尘器使用。

水泵把后补水抽到除尘器内，并加压到一定压力，从喷头处喷出用于除尘。之后这些水流到水箱，水箱中水位上升。当水箱中的水位超过溢流口高度后，水就会携带着粉尘一起从溢流口流入泵池。这样后补水既能清洗出口的含尘气体，又能将清洗后的含尘物料送回系统，实现粉尘的回收，环保又节能。

2.2 设备结构

图2 旋涡式湿式除尘器结构图

旋涡式湿式除尘器是由风机，除尘器主体和水泵组成。

风机是含尘气体的动力源，产生巨大的吸力把含尘气体从进风口吸入除尘器内部。除尘器主体包括锥形水箱、旋流桶、喷头和除雾层。锥形水箱中装有一定高度的水，用于过滤含尘气体的大粒径颗粒粉尘。旋流桶使粉尘和水雾融合，过滤气体中剩余的粉尘。高压喷头将水雾化，使水雾更好地与气体中的粉尘颗粒融合。除雾层则由大量多边形空心塑料球组成，用以消除气体中的水蒸气。水泵用于把半自磨的后补水抽到除尘器中，并将水加压到一定压力，从喷头处喷出形成雾化，降低气体中的粉尘。

2.3 参数设计与计算

2.3.1 风机参数

物料从半自磨出口流出，经过5m 的落差落入振动筛，冲击力会激起大量的扬尘。

为了防止粉尘外溢，在设计中加入一股诱导风，该诱导风在振动筛内形成负压，保证冲击粉尘不会外溢。该诱导风的风量与物料的数量、落差高度、落料角度和物料末速度有关，物料的数量则与输送带的带宽相对应。

半自磨的筒体长度L=5.4m，筒体直径D=11m，入料输送带的带宽是1400mm。

则物料的落差高度是筒体直径的一半，为5.5m。得到如下参数。

表1 半自磨筒体相关参数

诱导风风量Lx=L1+L2。

根据皮带参数，查《除尘工程设计手册》胶带运输机输送带转运点除尘排放量，得到：

L1=8600m3/h；

L2=6200m3/h；

Lx=L1+L2=8600+6200=14800m3/h。

为了保证半自磨的含尘气体不会外溢，需要从半自磨内部抽取风量，在半自磨内形成负压。其风量大小与半自磨的体积以及抽取次数有关。而抽取次数与半自磨内部的粉尘浓度有关，一般工况下一小时的抽取次数取10 次。

则半自磨的抽风量Ls=3.14x5.5x5.5x5.4x10=5200m3/h。

半自磨出料口实际需要风量：

L 计=Lx+Ls=14800+5200=20000m3/h；

设计处理风量L=K1*K2*L 计

K1—管道漏风系数，取1.20；

K2—除尘器漏风系统，取1.05。

则L=K1*K2*L 计=1.20*1.05*20000=25200m3/h。

除尘器运行阻力取1200pa；

管道阻力△P=10*10+2*70=340pa；

总系统阻力=1200+340=1540pa。

根据以上参数，查风机选型手册，选用风机型号为KTF-II-800A。

具体参数如下：

（1）风量Q=27000m3/h。

（2）风压P=2150pa。

（3）转速n=1470r/min，功率P=22kw。

2.3.2 水泵的参数

一般运行条件下，耗水量（液气比）为0.1L/m³，所以水泵流量要求3.0m3/h。

湿式除尘器高度3.5m，为保证雾化效果，管道压力在0.3Mpa ～0.4Mpa，所以水泵扬程应在40m 以上。

综上参数，查看南方泵业CHM 系列轻型卧式多级泵选型手册，选用水泵型号为CHM4-5，具体参数如下：流量Q：3.0m3/H；扬程H：42.5m；功率P：1.1kw。

3 结论

本旋涡式湿式除尘器利用后补水清除气体中的粉尘，实现了粉尘回收。既有效地处理了半自磨出料口排出的高温高湿含尘气体的粉尘污染问题，又降低了资源的使用量，实现经济效益和生态效益的最大化。碧水青山就是金山银山，优先考虑生态环境效益也是未来研究方向的大势所趋。