铁矿采选行业选矿厂湿式除尘器升级改造的研究及应用.pdf

第 51 卷 第 1 期有色金属设计Vol.51 No.12024 年 3 月Nonferrous Metals DesignMar.2024收稿日期:2023-09-22作者简介:李明武(1994),男,彝族,云南新平人,助理工程师。主要研究方向:生态环境保护。铁矿采选行业选矿厂湿式除尘器升级改造的研究及应用李明武,李志(玉溪大红山矿业有限公司,云南 新平 653405)摘要:在铁矿采选行业选矿厂中历史较为久远的选矿厂建设时设计的湿式除尘器排口颗粒物排放浓度执行 大气污染物综合排放标准(GB 162971996)中 120 mg/m3的要求,自 2015年 1 月 1 日起执行 铁矿采选工业污染物排放标准(GB 286612012)中 20 mg/m3的要求。为提升选矿厂现场作业环境,保障有组织废气污染物稳定达标排放,降低超标排放的环保风险,湿式除尘器升级改造在铁矿采选行业选矿厂中具有广泛的应用前景和重要意义。关键词:铁矿采选;选矿厂;湿式除尘器;升级改造;环境保护;达标排放中图分类号:TF547+.2文献标识码:B文章编号:1004-2660(2024)01-0064-05Study and Application on Upgrading of Wet Dust Collectors in Concentrator of Iron Ore Mining and Dressing IndustryLI Mingwu,LI Zhi(Yuxi Dahongshan Mining Co.,Ltd.,Xinping,Yunnan,653405,China)Abstract:The emission concentration of particulate matters at the outlet of a wet dust collector designed during the construction of a concentrator with a long history in iron ore mining and dressing industry shall meet the re-quirement of 120 mg/m3 in the Integrated Emission Standard of Air Pollutants(GB 162971996),and the re-quirement of 20 mg/m3 in the Emission Standard of Pollutants for Iron Ore Mining and Dressing Industry(GB 286612012)shall be met from January 1,2015.In order to improve the on-site working environment of a concentrator,ensure the stable up-to-standard discharge of organized waste gas pollutants and reduce the envi-ronmental protection risk of excessive discharge,the upgrading of wet dust collectors has a wide application prospect and great significance in concentrators of iron ore mining and dressing industry.Keywords:Iron ore mining and dressing;Concentrator;Wet dust collector;Upgrading;Environmental pro-tection;Up-to-standard discharge0 引 言铁矿采选行业是我国重要的基础产业之一,对于促进经济发展和保障国民生产有着重要作用。然而,铁矿采选过程中极容易产生大量的粉尘,危害作业人员的身体健康,存在污染周边环境风险。为了有效控制粉尘的排放浓度,减少粉尘对周围环境的影响1,选矿厂通常会采用湿式除尘器。但目前,这些湿式除尘器的运行效果并不理想,存在除尘效率低、能源利用率低等问题。因此,对湿式除尘器进行升级改造显得较为重要。1 铁矿采选行业与湿式除尘器现状1.1 铁矿采选行业铁矿采选行业主要涉及铁矿石的开采、选矿等环节。由于采选过程中会产生大量的粉尘,因此需要采取有效的除尘措施。湿式除尘器作为一李明武,李志:铁矿采选行业选矿厂湿式除尘器升级改造的研究及应用种常见的除尘设备,在铁矿采选行业中得到了广泛应用2。1.2 湿式除尘器的应用现状湿式除尘器一种通过水力作用来除尘的设备,是矿山除尘系统的首选除尘设备,具有初投资低、结构简单、容易操作等特点3。然而,目前历史较为久远的选矿厂所使用的湿式除尘器通常存在以下问题:设备老化严重,除尘效率下降;能源利用率低;水循环利用率低,水资源浪费严重。2 升级改造湿式除尘器的目的通过对选矿厂湿式除尘器进行升级改造的目标主要包括:提高除尘效率,降低排放浓度,确保有组织废气颗粒物达标排放;增加能源利用率,减少能源浪费;提高水循环利用率,减少水资源浪费;提升作业环境,保障员工健康。3 对已有湿式除尘器升级改造研究3.1 处理工艺分析对含尘气体的颗粒物处理工艺,不外乎湿法和干法处理工艺:湿法工艺设备简单、管理复杂、有二次污染(需增加污水处理工艺);干法工艺设备复杂、管理简化、无二次污染(只需处置捕集下来的粉尘):两者的工艺因时因地而异,各有利弊,亦可采用“半干法”处理工艺,即“干法+湿法”结合。总之,含尘气体的颗粒物处理工艺,需要从污染物源头控制、以最优化的废气处理工艺、得到运行管理成本低的工艺设备着想来做设计。结合铁矿采选行业实际情况,在现有生产收尘工艺设备布置基础上,充分考虑安全运行、投资与管理成本,设计 1 套“多级湿法除尘工艺”设计方案:方案采用“原除尘工艺(一级除尘)+现有引风机+二级喷淋填料塔除尘+排空”除尘工艺进行粉尘废气处理,在排口前端位置增加一套废气环保治理设备,捕集下来的物料作为工艺用水排到到物料回收系统,经除尘系统有组织处理后的气体达标排放,颗粒物浓度指标达到 铁矿采选工业污染物排放标准(GB 286612012)颗粒物排放限值为 20 mg/m3。工艺流程见图 1。图 1 新增喷淋填料塔除尘工艺流程图Fig.1 Dust removal process flow chart of new spray packing tower3.2 铁矿采矿行业选矿厂废气特性分析玉溪大红山矿业有限公司选矿厂作业区的粉尘属机械力或自然力产生的无机尘的粉尘特性见表 1。表 1 铁矿采选行业主要生产过程的粉尘特性4Tab.1 Dust characteristics of main production processes in iron ore mining and dressing industry4生产流程车间部位真密度/(g/cm3)质量粒径分布/%化学成分/%40 m4030 m3020 m2010 m105 m5 mTFeSiO2CaOMgO游离 SiO2/%采矿井下3.1288.72.82.70.60.84.960.025.0/4.34-89.56露天2.8558.913.08.814.32.82.230.038.2/12.09-30.52选矿粗碎3.8342.810.711.214.78.612.026.632.5/11.48-41.28中碎4.1225.512.631.213.53.613.630.333.4/24.49-32.69细碎2.9174.115.42.34.32.71.227.933.2/33.05-40.22 在破碎矿石工艺流程中,从矿石卸入粗破碎机直至进入选厂磨矿槽,机械运动部件传递给物料的动能、以及剪切作用使空气与物料一起流动,造成罩内形成正压,使粉尘与空气混合物向56有色金属设计第 51 卷外扩散。根据产尘源的粉尘特点,分成 3 类:机械性尘源,如矿石破碎、振动筛作业;卸载类尘源,如装卸原矿石、皮带机转运点;容器类尘源,如贮矿槽、矿仓装矿粉作业。3.3 结合粉尘特性确定除尘措施和工艺产尘源防尘措施:加强尘源密闭,降低作业场所的粉尘浓度。除尘技术:湿法工艺设备简单、管理复杂、有二次污染(需增加污水处理工艺);干法工艺设备复杂、管理简化、无二次污染(只需处置捕集下来的粉尘)。结合粉尘物料的特性,来选择在合理除尘工艺(除尘效率满足达到排放指标)。对于不同粒径的粉尘捕集效率见表 2。表 2 各除尘工艺对不同粒径粉尘捕集效率Tab.2 Collection efficiency of dust removal processes for different particle sizes粒径区间/m捕集效率/%水激除尘旋风水膜除尘喷淋除尘布袋除尘10101010951010030402099 10060755099.9总尘80907099.9对原有排口的排放指标提升改造,采用”多级湿法除尘工艺”方案,充分利旧、再增加一级高效湿法除尘(新增加一套填料喷淋塔进行处理)、使颗粒物排放浓度小于 20 mg/m3。采用收尘设备与现场各扬尘设备就近原则,这样,收尘管路短、系统压阻小、便于布置,使各扬尘点粉尘经吸尘罩、风管、收尘器过滤后达标外排。4 喷淋塔设计4.1 喷淋塔工作原理废气由风管引入喷淋塔中,经过填料层,废气与液体进行两相充分接触吸收中和反应,含尘废气经过净化过后,再经除雾板脱水除雾后经风机排入大气,吸收液在塔底经水泵增压后在塔顶喷淋而下,然后回流至塔底循环使用。净化后的含尘废气达到排放要求。喷淋塔适用于化工、化学制剂、制药厂、实验室、冶金、轻工、食品、新能 源、电 镀、酸 洗、石 油、机 械、电 力 等行业。4.2 喷淋塔的材质(1)PP 材质。学名聚丙烯,无味,密度小,强度高、韧度大、耐热性优于低压聚乙烯,可在80左右使用。具有良好的介电性能绝缘性,耐酸碱腐蚀,部分材质可抗 UV 和防火阻燃。(2)FRP 材质。俗称玻璃钢,具有轻质高强、耐腐蚀、绝缘性优良等特点,耐高温性能略优于 PP。造价成本要高于 PP 材质设备。(3)PVDF 材质。学名聚偏氟乙烯,在氟塑料中具有高强韧性、低摩擦系数、耐腐蚀性强、耐老化性、耐气候,耐辐照性能好等特点,耐高温性能略优于 FRP。造价成本高于玻璃钢。(4)不锈钢/炭钢材质。在 PP 材料还未发现应用于喷淋塔前,不锈钢和炭钢是喷淋塔的主要材质,具有结实耐用的特点,但耐酸碱腐蚀性能不佳。由于铁矿选矿厂除尘均为破碎粉尘,不涉及强酸、强碱,因此考虑喷淋塔的应用环境及材料特性,铁矿选矿厂湿式除尘器升级改造增加喷淋塔系统的材质采用 PP 材料作为塔体和管道的首选。PP 材质无论从质量上、材料的技术稳定性、以及安装周期和设备的可维护性,都有较高的性价比,能满足该项目的使用需求。5 整改工艺方案5.1 工艺管道设计在利旧情况下,在原风管适当位置截断,分别用一段碳钢管道引出,与新增 PP 喷淋塔的进出风管(PP 材质)法兰连接。5.2 PP 喷淋塔粉尘处理设备在正常生产工况条件下,设备在运行和操作过程中可能出现的影响设备正常运行的问题,如:设备内部结垢、通气不畅、环境对设备及电气元件的腐蚀、日常检修维护等,采取“技术手段预防为主,便于操作维护为辅”的设计理念;一般情况下正常工作的喷淋塔不会出现上述情况。而生产线长时间停车时,填料空心球附着的粉尘、失水会结块,造成下一次开机时设备阻力明显升高,影响收尘系统的正常运行。对于这一点,在操作规程上,必须注明“喷淋塔设备停机后再使用时,检查、更换填料,一定要风路通畅,再带负荷(投料生产)”。66李明武,李志:铁矿采选行业选矿厂湿式除尘器升级改造的研究及应用5.3 预期效果设计方案为“两级湿式除尘工艺”,PP 喷淋塔根据现场摆放空间特殊设计,管网利旧充分,系统阻力小,提高对细颗粒物的除尘效率5;收尘系统处理后的气体含尘浓度20 mg/m3,排放达到铁矿采选行业最新标准要求,能明显改善工作环境和附近厂区大气环境。6 新增填料喷淋塔方案实施验证玉溪大红山矿业有限公司于 2002 年建成50 万 t/a 采、选工程(以下称一选厂)运行至今,一选厂粗碎站湿式除尘器运行时间达 20 余年,除尘系统系较为老旧,除尘效果较差,为确保除尘系统有组织废气达标排放,满足各级生态环境部门要求,提升现场作业环境,于 2021 年底对该除尘系统实施改造,新增了一套填料喷淋塔。施工图详见图 2。通过投入约4 万元新增一套填料喷淋塔系统,形成“两级湿式除尘工艺”,对原有湿式除尘系统进行升级改造,见图 3-4,一选厂粗碎站排气筒排放有组织废气颗粒物浓度降低约 30%,实施升级改造前后排放有组织废气颗粒物浓度,有效提升了一选厂粗碎站除尘系统的除尘效率,增加了风机能源的利用率,明显提升了作业环境,见表 3。图 2 一选厂粗碎站湿式除尘器新增填料喷淋塔施工图Fig.2 Construction drawing of new spray packing tower for wet dust collector in primary crushing station of no.1 concentrator76有色金属设计第 51 卷图 3 一选厂粗碎站除尘器改造前照片Fig.3 Photo of dust collector in primary crushing station of no.1 concentrator before upgrading图 4 一选厂粗碎站除尘器改造后照片Fig.4 Photo of dust collector in primary crushing station of no.1 concentrator after upgrading表 3 一选厂粗碎站排气筒排放有组织废气颗粒物浓度统计Tab.3 Statistics of concentration of particulate matters in organized waste gas from exhaust funnel of primary crushing station in no.1 concentrator改造前监测2021 年 1 季度2021 年 2 季度2021 年 3 季度2021 年 4 季度颗粒物排放浓度/(mg/m3)19.016.419.916.4改造后监测2022 年 1 季度2022 年 2 季度2022 年 3 季度2022 年 4 季度颗粒物排放浓度(mg/m3)13.712.514.911.4同期比%-27.89%-23.87%-25.13%-30.49%7 结 语综上所述,铁矿采选行业选矿厂中历史较为久远的原有老旧湿式除尘器通过新增一套填料喷淋塔系统,形成“两级湿式除尘工艺”,对原有湿式除尘系统进行升级改造后,能够达到以较低的资金投入,明显提升选矿厂现场作业环境,提升除尘系统除尘效率,保障有组织废气污染物稳定达标排放,降低超标排放的环保风险的效果。湿式除尘器新增一套填料喷淋塔系统,形成“两级湿式除尘工艺”的升级改造方案取得了良好的应用效果。参考文献:1石自信,程兵.湿式除尘系统在选矿厂破碎系统的应用J.科技视界,2016(2):83-84.2周建华,王建明,马志刚.湿式除尘器在铁矿采选行业的应用前景J.中国环保产业,2019(11):29-34.3李刚,吴将有.湿式除尘器在矿山的应用现状分析J.现代矿业,2019(01):170-173.4兰伟兴,王伟,欧建华,等.工作场所有害因素职业接触限值 第 1 部分:化学有害因素(GBZ 2.12007)应用情况研究J.化工技术与开发,2014(03):59-62.5朱能天,陈旺生,黄董平,等.多孔介质湿式除尘器收集细颗粒物性能研究J.金属矿山,2021(10):204-208.86