双流体超细雾化抑尘系统在某金矿的应用

曹 鹏 孔东萍 张雄天

（兰州有色冶金设计研究院有限公司）

近年来，伴随着相关环保政策的逐步落实，采选矿工艺生产已从原来“脏、乱、差”状态逐步走向符合环保要求的“洁净、绿色、环保”状态。但在矿物干法加工过程中，仅配置负压除尘系统还会有大量的粉尘逸散和外溢，因此，合理合规治理和排放粉尘对企业来说还是生产难题之一。

要想很好地治理粉尘，应对生产设备的产尘点做好密封和降尘措施，避免无组织的粉尘逸散，降低岗位粉尘浓度，为后续负压除尘设备的正常运行创造良好的条件，即所谓的“先抑后除”原则。

1 抑尘的必要性

在采选矿生产中，工作岗位粉尘浓度过高不仅在一定程度上造成了有用矿物的流失，而且对矿山从业人员的身体健康带来极大的威胁。

岗位粉尘对人体健康最突出的危害表现在肺部［1-2］，通常的肺部疾患有3 种。首先是尘肺病，是主要的职业病之一，我国已将其列为法定职业病之一；其次是肺部粉尘沉着症；最后是粉尘引起的肺部病变和过敏性疾病，对受孕职工来说甚至严重影响胎儿的生长发育。因此，有必要对矿山生产中的粉尘进行达标治理。双流体超细雾化抑尘系统作为新型粉尘治理系统，其有望发挥重要作用。

2 除尘设备现状

在长期的矿山粉尘处理技术与设备攻关中，业界取得了一系列重大成果，主流技术设备有旋风式除尘系统、布袋式除尘系统及湿式除尘系统等。尽管上述除尘系统在一定程度上削弱了矿山粉尘的危害，但在实际应用中，各系统有各自的局限性。

2.1 旋风式除尘器

旋风除尘器［3］（图1）是利用旋转气流对粉尘产生离心力，使其从气流中分离出来的设备。由于该设备顶盖附近存在高速旋转的灰环，极易导致细粉尘向出气口泄漏；气体流量的波动易造成器内流型紊乱，操作弹性小，操作稳定性差。排灰时会严重影响除尘效率，磨损严重，特别是处理高浓度或磨蚀性大的粉尘时，入口处和锥体部位都容易磨坏；除尘效率不高，单独使用时很难满足现行含尘气体排放浓度标准的要求。

2.2 布袋除尘器

布袋除尘器［4］（图2）因具有99.9%的除尘效率和较低的排放浓度，因而在矿山除尘领域得到广泛应用。但布袋除尘器在处理相对温度较低的含尘气体时，若不采取保温措施，会因结露而造成糊袋，增大流体阻力，提高所需风机功率，使系统运行成本升高。由于布袋除尘器的工作原理，对其除尘效果要求越高，其风量和体积需求越大，致使滤袋增加，从而增加生产成本。

2.3 湿式除尘器

湿式除尘器［5］的特点是在处理粉尘时兼有净化气体的作用。湿式除尘器在净化含有腐蚀性气体时，设备应采取防腐措施。在寒冷地区，如不采取保温或采暖措施，其系统会冻结，影响生产。此外，湿式除尘器由于叶轮会带黏泥，所以水、电耗会偏大，其排出的含尘污水如不正确处理会有二次污染可能。

3 双流体超细雾化抑尘技术

3.1 抑尘原理

美国《煤炭时代杂志》发表的题为《科罗拉多矿业学院解决可吸入尘埃的控制》的文章提到：水雾颗粒与尘埃颗粒大小相近时，吸附、过滤、凝结的几率最大；水雾颗粒与尘埃颗粒大小相近时，尘埃颗粒随气流运动时与水雾颗粒发生碰撞、吸附、凝结，形成的尘埃团在重力作用下降落，从而达到过滤尘埃的目的。其流程［6-8］：①产尘点形成云雾池，喷头对流场的扰动作用引导空气流动，尘、水相互作用；②雾池湿润环境下，尘与水粒间产生液桥力；③局部水汽饱和，利用粉尘为核，捕捉凝聚并沉降，沉降附带冲刷功能；④尘粒凝聚成团，利用凝并原理加速颗粒变大增大沉降过程，见图3。

3.2 设备组件及控制

双流体超细雾化抑尘装置（图4）主要包括干雾抑尘主机、螺杆空压机、储气罐、干雾分配控制器、雾化集成箱（含雾化喷嘴）、水气连接管线、电控电缆等。主机主要作用是提供满足喷雾组件需求的水源和气源，监测每个治理点的喷雾情况，控制每个治理点喷雾抑尘的启停［7］。主机是将过滤后的气、水以设定的气压、水压、气流量、水流量，按接收到的开启或停止的信号，控制阀门打开或关闭，经管道输送到喷雾器总成，实现喷雾抑尘的总体控制。

3.3 技术优势

双流体超细雾化抑尘技术适用范围广泛，相较于传统设备，双流体超细雾化抑尘装置一次性投资省、维护保养费用低、动力消耗小、占用空间小，在矿山行业应用前景可观。其优势可概括为9个方面：①雾粒直径小，直径3～10 μm 的水雾颗粒在捕捉5 μm以下的可吸入浮尘方面具有极佳的效果。②喷出的水雾的方向准确性强，成雾速度快，能迅速捕捉、屏蔽、切断粉尘扩散。③出雾量大，雾索长度大，而且出雾量、雾索长度都可调。④水雾颗粒为10 μm，在抑尘点形成浓而密的雾池。人体可吸入性粉尘基本为直径小于10 μm 的粉尘。双流体超细雾化抑尘系统的目的是确保喷嘴喷出的水雾颗粒绝大部分在10 μm 以下，从而有效控制粉尘对环境的污染及对人体健康的危害。⑤喷雾压力大于0.3 MPa，水泵无需提供很高的水压力，耗水量小，对物料含水率增加0.2～0.5 个百分点，无二次污染。⑥占地面积小，操作方便，可手动或自动操作。⑦设备投入少，运行、维护费用低。⑧适范围广，在无组织排放、密闭或半密闭空间的粉尘污染源的控制中均有极佳的效果。⑨抑尘效果明显，降低了粉尘爆炸几率，可减少消防设备投入。

4 工程实例

甘肃礼县某大型金矿2013 年建成投产，生产规模为330 万t/a，露天开采。该矿山除尘系统为双流体超细雾化抑尘系统。

现场双流体超细雾化抑尘系统设置在不宜封闭的大型破碎机入料口，移动卸料皮带两侧落料口、大型物料堆场进料口以及整体密闭的厂房内等位置，实现了水汽喷雾一体化，无组织排放和有组织排放治理效果明显，没有粉尘的二次污染，有价资源也得到了充分回收。现场实际情况见图5，系统在降低粉尘浓度、减少扬尘污染等方面的情况见表1～表5。

对工作场所职业卫生调查、分析表明，现场主要职业病危害因素矽尘符合职业卫生接触限值的要求。

双流体超细雾化系统以其技术优势，为本项目的粉尘治理带来了突破，粉尘治理效果理想，且调节灵活、结构紧凑、能耗低，较传统负压除尘技术的一次性投资可节省30%左右，且可实现多点、远距离共用一台雾化设备；不需要大功率风机，降低了运行成本。该技术的使用有助于促进企业由粗放式发展到精细化管理的转变；净化了空气质量，保护了工作场所人员身心健康，有利于提升企业的社会形象，维护社会和企业的稳定长久。

5 结语

（1）旋风式除尘系统、布袋式除尘系统及湿式除尘系统等传统除尘技术在矿山除尘方面一度发挥着重要作用，但也存在各自的局限性。

（2）新型、高效除尘系统——双流体超细雾化抑尘装置的主要作用是提供满足喷雾组件需求的水源和气源，监测每个治理点的喷雾情况，控制每个治理点喷雾抑尘的启停，将过滤后的气和水以设定的压力和流量按接收到的信号进行启停，实现喷雾抑尘的总体控制。系统具有一次性投资省、维护保养费用低、动力消耗小、占用空间小等特点，在矿山具有广阔的应用前景。其优势包括捕捉5 μm以下的可吸入浮尘具有极佳效果；喷出的水雾方向准、成雾速度快、能迅速捕捉和切断粉尘扩散；出雾量与雾索长度大且可调；超细雾化在抑尘点形成浓而密的雾池，可阻隔直径小于10 μm 的粉尘外溢；成雾压力小、耗水量低、无二次污染；占地面积小、操作方便；设备投入少，运行、维护费用低；适范围广，在无组织排放、密闭或半密闭空间的粉尘污染源的控制中均有极佳的效果；抑尘效果明显，降低了粉尘爆炸几率，可减少消防设备投入。

（3）甘肃礼县某大型金矿除尘系统采用双流体超细雾化抑尘系统，系统设置在不宜封闭的大型破碎机入料口、移动卸料皮带两侧落料口、大型物料堆场进料口以及整体密闭的厂房内等位置，实现了水汽喷雾一体化，无组织排放和有组织排放治理效果明显，没有粉尘的二次污染，矽尘符合职业卫生接触限值的要求，有价资源也得到了充分回收。