节能分部式除尘工艺在制砂系统中的应用与研究_程洪泉.pdf

节能分部式除尘工艺在制砂系统中的应用与研究程洪泉 姚大军 万林波(中国水利水电第九工程局有限公司,贵州贵阳 5 5 0 0 8 1)摘 要:本制砂系统粉尘处理根据系统场地采用就近布置除尘器,单台生产设备扬尘点集中收尘的工艺,以“点对点”的方式进行针对性处理,所收集粉尘既可通过气力输送集中于存放粉仓罐,也可就近返回胶带输送机上。根据不同工况除尘器选用气箱脉冲布袋除尘器与脉冲反喷扁袋除尘器结合使用,最大限度降低骨料生产“能耗及成本”。关键词:机制砂系统;节能分部式;除尘工艺;应用研究1 引言近年来,我国对环境保护、生产污染的排放指标,要求越来越严格,对于机制砂行业来说,更是面临着新的挑战。国家对矿业加工粉尘排放指标由原来的5 0 m g/m3提高至2 0 m g/m3,而各投资建设单位为了百分百地满足环保排放指标要求,在技术上基本将制砂系统运行排放指标提升至1 0 m g/m3。同时,目前在机制砂行业里,正常产能下,几乎没有能一次性达到排放指标的除尘工艺。通过大量的调研,了解国内的大型机制砂系统里,基本上都是采取多次抽排、多次封闭、喷淋、水雾综合等方案来满足除尘技术指标要求,部分系统甚至干脆取消除尘工艺,采用全水洗的方案,来解决生产粉尘污染问题。总体而言,绝大多数存在能耗高、成本大、占地宽、原料利用率低及水资源耗费成本高等缺点,除尘工艺的成本和水平,目前仍存在较大的提升空间,创新一套节能低耗、降本增效的机尘砂除尘工艺势在必行。本文介绍的节能分部式机制砂除尘工艺,就是在这样的背景下,诞生的一套新型除尘工艺,在除尘效果、节能降耗除尘,与传统除尘工艺对比,取得了极大的进步。2 研究与应用依托的工程项目简述云南滇中引水工程是国家“十三五”1 7 2项重点工程之一,滇中引水楚雄砂石1标项目位于云南省楚雄州牟定县,主要为云南滇中引水工程(楚雄段)隧洞、渡槽、暗涵等工程提供约1 1 1.3 6 1 04m3混凝土的骨料用量。本项目砂石加工系统布置于迤石坝石料场附近,料源岩性主要为长石石英砂岩;根据场地布置、料源特性、生产强度,采用半干式制砂工艺,粗碎设计处理能力为6 4 0 t/h,2第一篇 水库大坝建设与运行作者简介:程洪泉(1 9 7 6),男,贵州安顺人,高级工程师,多年从事工程技术、机制砂石工艺流程设计、施工管理工作。E-m a i l:6 1 6 3 5 4 1 7 1 q q.c o m。成品生产能力为5 2 0 t/h。系统设计为三段破碎:粗碎、中碎、制砂(整形)。粗碎为开路生产,颚式破碎机加工料场开采原料,控制破碎后的骨料小于3 0 0 mm至中碎车间;中碎为闭路生产,圆锥式破碎机加工半成品仓骨料,控制破碎后的骨料小于4 0 mm至制砂车间,以及分级5 1 2 mm、5 mm骨料;制砂为闭路循环,立轴式破碎机制砂兼整形,生产优质粗骨料和成品砂。本项目合同环保指标:粉尘排放浓度:1 0 m g/m3,包括但不仅限于固体、液体、气体等,须通过当地环保部门验收,且不达到环保要求,不予竣工验收(表1)。质量指标要求表1序号项目指标备注1人工砂中的石粉含量6%1 8%石粉系指小于0.1 6 mm的颗粒;常态混凝土1 4%1 8%,碾压混凝土1 8%2 2%2轻物质含量 1%其密度小于2.0 t/m33 除尘工艺的选择3.1 简述鉴于除尘系统对砂石加工系统的重要性,也是一个系统最终成功的关键所在,本项目设计之初就根据项目特点,精心钻研除尘系统。目前,我国矿山除尘器除尘工艺分为干式和湿式除尘,根据加工系统的特性,基本都采用干式除尘工艺。各除尘器厂家的设备在外观和型号上,有一定的差异,但其主要结构基本由进风口、配套风机、风筒、除尘器主机等组成(主机由主机箱体、进出风口、排污口等组成)。3.2 除尘工作原理干式除尘工艺主要工作原理为含尘气体由风管或箱体法兰口(直座式)进入过滤单元,粉尘随气流进入滤袋室,并均匀地分散到各个滤袋表面,粉尘被阻挡在滤袋外侧,而穿过滤袋的净化气体经过滤袋架与滤袋口进入到设备净气室,通过出口排风机排入大气。为保证设备阻力保持稳定,压缩空气喷射清灰系统每隔一段时间由脉冲阀脉冲系统清灰一次,将积附在滤袋外侧的粉尘打落,粉尘靠自重落入灰斗中集中卸灰,具体原理见图1。3.3 国内外除尘器的发展情况除尘器最初的目的主要是用来回收物料,其中最具有代表性的是1 8 8 1年西方国家出现的第一台袋式除尘器,1 9 0 7年第一台电式除尘器被发明出来。目前最领先的技术还是在西方国家,我国除尘器研究起步较晚,最初基本上是整套引进国外设备系统,主要用于矿山井下除尘,但由于国内外地质情况不一、环境条件复杂多变,使用效果很难适应我国的技术环境条件。如今,我国的矿山、建材行业除尘系统,呈现百花齐放、多家争鸣的现状,也带来了质量、成本、效果参差不齐,特别是机制砂石干法生产加工系统除尘的设备及工艺,近几年才发展起来,所以正确合理地选择除尘设备及优化设计除尘工艺,对于满足环保要求、3节能分部式除尘工艺在制砂系统中的应用与研究图1 清灰原理降本增效,显得至关重要。3.4 除尘工艺的分析与选择目前国内绝大多数机制砂加工系统,基本采用一机多点式收尘,辅助以二次、三次车间封闭,来进行除尘处理,工艺原理简单、安装方便、便于处理;如图2所示,一台除尘设备利用风管对多台生产设备进行除尘;其不足之处在于设备的噪声大、每吨成品砂石料理论耗电大多在0.8 k W h以上,且设备用地空间较大,同时由于一机多点,电机功率配置较大,开机运行时,能量利用率相对较低。图2 一机多点式收尘系统安装4第一篇 水库大坝建设与运行本文研究与应用依托项目属于中小型加工系统,当地电费价格较高,用地极为紧张,合同运行期7年,若仍沿用目前常用的除尘工艺,项目生产运行成本将会进一步增高,给系统运行成本带来更大的压力,并且不能有效除尘收尘以满足环保要求,无法通过系统验收。因此必须结合项目特点,创新工艺,做到既能满足除尘技术指标要求,成本又控制在可承受的范围。对国内机制砂现用的除尘设备及系统进行了大量调研,为了突破技术瓶颈,延伸调研了金属矿山、煤矿行业、水泥行业、火电厂等的除尘设备及工艺,再结合本项目的特征,从而最终设计了本系统独有的除尘工艺,我们称之为节能分部式除尘工艺。4 节能分部式除尘工艺研究节能分部式除尘工艺系统主要组成:机械除尘器+水雾除尘+喷淋+封闭综合方案,是可以根据矿山料源含水率、质量、天气等因素,结合不同工况采用不同模式进行智能管理的一套综合系统。节能分部式除尘工艺的工作原理:分析粉尘源点及大小计算含尘空气流量配置除尘器及吸尘管。4.1 尘源点的分析根据加工系统的生产特性,在有物料分离、抛掷、冲击、破碎、滚动、跌落、强气流的部位及环节,均会产生需要处理的粉尘。本系统重大尘源点主要有如下部位:(1)粗碎车间,重大粉尘源点主要为粗碎平台投料、颚式破碎及排料跌落入胶带输送;(2)半成品料仓给料机给料跌落;(3)中碎车间料斗集料进料及排料跌落入胶带输送;(4)细碎车间集料进料及排料跌落;(5)筛分车间筛分集料斗跌落;(6)转料仓集料给料、皮带机给料跌落等部位,均是重大尘源产生点,是重点粉尘处理部位。4.2 尘源点含尘空气流量分析与计算根据制砂加工系统特点,不同的矿山原料级配,不同的原料含水率,不同的给料量,不同的破碎排料开口尺度,不同的产品生产组合方式,其粉尘产生量、扬尘量均不同,从而含尘空气的含尘浓度变化不同,从除尘工艺的角度来看,只能按最不利的最大的除尘能力来计算和配置除尘系统。除尘系统功率配置需要计算的主性能参数,单位时间内的含尘空气量(根据系统设备型号参数工况、试验、经验确定)、假定过滤面积、假定最佳风速。比如:破碎机除尘器的处理风量是指除尘设备在单位时间内所能净化气体的体积量,其计算公式为处理风量(m3/h)过滤风速(m/m i n)=过滤面积(滤袋的表面积,m2)。袋式除尘器处理风量的计算与选择是首要环节,其决定了除尘器工作效率的高低以及除尘器型号的不同,小型除尘器处理风量小到每小时只有几立方米,而大中型除尘器风量每小时可达上百万立方米。若除尘风量选得过大,那么设备的占地面积和投资都会增加;若除尘风量选得过小,除尘器在超风量下运行,滤袋就很容易发生阻塞,寿命逐渐缩短,压力损失增大,除尘效率就会降低。袋式除尘器入口粉尘浓度由扬尘点的工艺所决定,是5节能分部式除尘工艺在制砂系统中的应用与研究另一个重要环节。风量选择合理的过滤风速是确定除尘器结构的重要参数之一,影响至关重要。同时,除尘器应用上不能为片面追求投资少、占地少,以便价格上占据优势,选择高风速的过滤风量,不考虑国产滤料的应用最佳工作点,结果会导致滤袋寿命急剧下降和“高阻症”的出现,系统风量在短期内很快下降,运行成本上升和达不到除尘效果。4.3 本系统除尘特征本系统采用的制砂工艺为半干式制砂工艺,与干法存在一定的差异,粉尘含水率高于干法生产产生的粉尘,一般控制在5%以内(干式制砂的含水率需要小于2%),因此应对过滤袋的脱水、抗粘、表面张力性能进行特殊处理,以保持其工作效果的稳定性。对于破碎机布袋除尘器,其使用温度取决于两个因素,滤料的承受温度和气体温度在露点温度以上。目前,由于玻纤滤料的大量选用,其使用温度可达2 8 0,对高于这一温度的气体采取降温措施,对低于露点温度的气体采取提温措施。对于袋式除尘器,间接传热烘干机、选银设备等制砂设备,使用温度与除尘效率关系并不明显。出口含尘浓度指布袋除尘器的排放浓度,表示方法同入口含尘浓度,出口含尘浓度的大小应以当地环保要求或用户的要求为准,布袋除尘器的排放浓度一般都能达到2 0 g/Nm3以下。本系统采用就近布置除尘器、单台生产设备扬尘点集中收尘的收尘工艺,以“点对点”的方式进行针对性处理,所收集粉尘既可通过气力输送集中于粉仓罐,也可就近返回到胶带输送机上。根据不同工况除尘器选用气箱脉冲布袋除尘器与脉冲反喷扁袋除尘器结合使用,大幅降低除尘系统阻力,提高除尘设备的效率,最终降低整个生产系统所需的除尘系统装机功率,在提高除尘效果的同时减少电耗。4.4 智能与智慧控制本除尘系统采用智能控制系统及变频控制系统,设备均采用中央集中控制,当尘源点粉尘浓度发生变化时,智能控制系统会通过变频控制,自动调节期间风速及脉冲振动频率,做到精细化节能降耗。4.5 本系统除尘布置与封闭除尘封闭的精度,直接影响到除尘的效果,以及系统运行的稳定性;而布置是否合理,直接影响运行安全和运行成本。设计生产车间工艺结构时,应同步设置和预留封闭、吸尘管、除尘器、排气管的空间,使破碎系统与除尘系统有机完美结合,才能更好达到使用方便、运行顺畅、外观完美的要求,同时工作量方可控制在合理范围。节能分部式除尘系统是中国水利水电第九工程局有限公司首次引入的机制砂系统的除尘工艺,因此在封闭与布置方面,还有较大的提升空间,以中碎车间为例,其封闭和布置如图3所示。5 应用成果及效果本系统的节能分部式除尘系统自2 0 2 0年1 0月安装完成,运行1年以来,其成品电耗摊销仅为0.3 k W/t;排气口检测指标粉尘排放浓度均 1 0 m g/m3,具体数据见表2。6第一篇 水库大坝建设与运行图3 节能分部式除尘系统封闭和布置示意图砂石加工系统各车间排放粉尘检测数据统计表2序号车间名称检测部位粉尘检测数据(m g/m3)综合排放数据(m g/m3)备注1粗碎车间2中碎车间3细碎车间4一筛车间5二筛车间排料口1.4 3车间出入口0.1 5排料口1.1 6车间出入口0.0 8排料口1.1 0车间出入口0.0 6排料口1.2 5车间出入口0.0 7排料口1.2 0车间出入口 0.0 70.6 6除尘系统在正常运行时,车间生产环境完全满足职业健康的生产工作环境,且每一台除尘器专门配置了消声器,使系统粉尘和噪声两大难题得以完美解决,得到了建设单位、环保部门的高度认可。6 结语节能分部式除尘工艺首次引入机制砂系统领域,虽然达到了功能预期、环保指标及节能降本的目标,但在工艺上局部还存在一些不足,如当生产原料含水率偏高时,运行粉尘还是会有部分积累于箱体及