露天潜孔钻机干式除尘系统的研究与应用

缪伟华

（湖南金聚能科技有限公司，湖南长沙 410205）

1 露天潜孔钻机除尘系统的分类

露天潜孔钻机的除尘系统一般有湿式除尘和干式除尘两种：湿式除尘系统一般应用在气候暖和、水源充足的平原地区，其系统较简单，捕尘效果好，但低温或高原地区无法使用；干式除尘系统应用范围较广，捕尘效果好，不受气温的影响，可应用在干燥、高寒、高海拔地区，在国内外露天钻机上得到了广泛的应用。

2 露天潜孔钻机除尘系统的原理

2.1 湿式除尘系统

湿式除尘系统主要是利用电控计量水泵将水箱内的清水抽至冲击器入口，高压空气带响冲击器的同时将水雾化，冲击凿岩的扬尘遇到雾化水后形成小颗粒后从孔口喷出，并被捕尘罩堆积在孔口，起到捕尘的效果。

2.2 干式除尘系统

除尘箱上离心风机旋转产生负压，由大通径管道将进风口连接至捕尘罩，吸入冲击凿岩时产生的粉尘及碎屑，在箱体中经滤芯过滤后，粉尘及碎屑在箱体中沉降，过滤后的空气由离心风机出风口排向大气（图1）。

图1 干式除尘系统原理

3 露天潜孔钻机干式除尘系统的选型、计算

干式除尘系统一般分为两级除尘，一级除尘将大颗粒过滤出来，其过滤集尘效率可达80%以上；二级除尘将较小的颗粒或粉尘收集，并将洁净度99%以上的空气排入大气。

3.1 一级除尘的分类、组成及选型计算

常用的一级除尘有沉降式除尘器、惯性除尘器、旋风除尘器等，其中旋风除尘器的结构简单、维护方便，拥有过滤量大、可处理较高风压等特点，市场上大部分潜孔钻机都是选用旋风除尘器来作为除尘系统的一级除尘。

3.1.1 旋风除尘器的除尘原理

旋风除尘器依靠含尘气体做圆周运动产生离心力，利用离心力将粉尘沉降，也称离心除尘器。它与惯性除尘器相似，用冲量减小含尘气体中粉尘的动量，使之接近于0，在重力的作用下沉降达到除尘目的。

3.1.2 旋风除尘器的结构特点及工作原理

旋风除尘器是由内筒、外筒、锥桶、直通型旁室、排灰阀等组成。含尘气体是从内筒与外筒之间，沿着切线方向进入除尘器下降到底部。清除的粉尘进入灰斗，净化后的气体从内筒向上排出。旋风过滤器一般采取负压操作，而潜孔钻机是利用高压气体作用驱动冲击器，实现凿岩的工况，经过凿岩后，用于排渣的气体一般还有0.3 MPa 以上的压力，与之串联的二级除尘配备有产生负压的风机，故旋风除尘器不需要增加产生负压的设备。

3.1.3 旋风除尘器的阻力和效率的计算

（1）阻力计算。含尘气体经过除尘器时，由于阻力的作用而产生能量损失，这种损失称为阻力损失。能量损失的数量等于气体在除尘器入口与出口的能量差，单位采用mmH2O 或kgf/m2。除尘器的阻力，一般有几千到几百毫米水柱，在除尘器上，动力的消耗与处理风量和阻力损失成正比。含尘气体在除尘器内部消耗的能耗按式（1）计算。

式中 N——能耗，kW·h

L——处理风量，m3/h

H——阻力损失，mmH2O，由选型样本查得或用经验值2500

η1——风机的传动效率，%

t——运行时间，h

102——kW 与kg·m/s 之间的换算系数

（2）效率计算。除尘的效率用进出口处，单位体积气体中含尘量的浓度变化来表示效率，见式（2）。

式中 η——除尘器效率，%

c1——除尘口进口浓度，mg/m3

c2——除尘口出口浓度，mg/m3

一般生产旋风除尘器过滤效率有90%以上，故该值可直接用0.9。

3.1.4 旋风除尘器处理风量及入口流速的计算

（1）处理风量计算。露天潜孔钻机的除尘系统要求一级除尘效率为80%，故旋风除尘器处理风量计算见式（3）。

式中 Q——除尘系统总风量，m3/min，一般为潜孔钻机空压机总供气量

（2）入口流速计算。入口流速计算式见式（4）。

式中 f——入口截面积，m2

υ——入口流速，m/s

通过以上计算后，可得出一级除尘选型的重要参数：入口流速、处理风量、一级除尘器能耗损失等。

3.2 二级过滤分类、组成及选型计算

除尘系统中常用的二级过滤有袋式脉冲除尘器、高压静电除尘、环形静电除尘器、板极静电除尘器等，其中袋式除尘器在潜孔钻机中使用最为广泛。

3.2.1 袋式脉冲除尘器的机构组成

袋式脉冲除尘器由风机、壳体、灰斗、排灰装置、支架、脉冲清灰系统等组成。风机安装在在集尘器顶部，起产生负压的作用；灰斗底部可安装重力排灰阀，当灰斗的灰集到一定重量后，由于重力作用排灰阀打开，将灰排出。

3.2.2 袋式脉冲除尘器原理

袋式除尘器是把滤布做成袋状，过滤含尘气体使气体净化。气体从滤布的间隙中穿过流向排气口。含尘气体中的粉尘被滤布阻挡，动量接近0，沉积在布袋表面，经脉冲打、抖后进入积灰口。集尘器顶部安置产生负压的风机。

当含尘气体从进风口进入集尘器后，首先碰到进出风口处的斜挡板，气流便转向灰斗，同时气流速度变慢，由于惯性作用，使气体中的较粗颗粒粉尘直接落入灰斗，起预收尘的作用。进入灰斗的气流随后向上通过装有金属支架的滤袋或滤筒，粉尘被捕集在滤袋的外表面，净化后的空气进入滤袋上部的清洁室，汇集到出风口，并排出。

壳体内部用隔板分成多个独立收尘室，每个收尘室内装有一个滤袋，收尘室顶部设有脉冲阀、提升阀，按设定的时间间隔，分别对各腔轮流进行清灰。当某一收尘室在清灰时，提升阀关闭，切断风机产生的负压及通过该集尘腔的过滤气流，同时脉冲阀打开，向滤袋喷入高压空气（该气压必须大于进入集尘器的气压），以清除吸附在滤袋上的灰尘，并落入灰斗内。各收尘室的脉冲喷吹宽度及清灰时间周期，由专门的清灰程序控制器自动连续进行，依次对各收尘室进行清灰、排灰（图2）。

图2 袋式脉冲除尘器的结构组成

3.2.3 袋式脉冲除尘器的计算及选型

根据处理气体的风量按式（5）计算除尘器的净过滤面积。

式中 AN——净过滤面积，m2

Q——处理风量，m3/min

VN——净过滤风速，m/s

净过滤风速和净过滤面积是在某一收尘室停止过滤，进行清灰时的过滤风速和过滤面积。通过式（5）计算后可选择相应参数的袋式脉冲除尘器。

4 干式除尘在露天潜孔钻机除尘系统的应用

目前大部分潜孔钻机的除尘系统的一级除尘选用旋风除尘器，二级除尘选用袋式脉冲除尘器，一级除尘系统的出风口连接至二级除尘系统的进风口，排出的空气可达到99%以上的洁净度。

5 结束语

除尘系统选型及设计方案，直接影响到露天潜孔钻机的除尘效率、环境质量及经济效率等。通过分析潜孔钻机除尘系统的工作原理和选型计算，选择旋风过滤器作为一级除尘系统，袋式脉冲除尘器为二级除尘系统，有效减轻了粉尘的排放浓度，减少了对环境的粉尘污染。该除尘系统在现场使用以来，体现出了优越的性能，大大提高了工作效率。