Содержание статьи
- Введение в системы пылеподавления на ДСК
- Сухое пылеулавливание: циклоны и принцип работы
- Рукавные фильтры: конструкция и эффективность
- Расчет производительности аспирационных установок
- Мокрое пылеподавление: системы орошения форсунками
- Точки установки форсунок на дробильно-сортировочном комплексе
- Санитарные нормы и требования ПДК пыли
- Практический пример: система для карьера производительностью 500 т/ч
- Часто задаваемые вопросы
Введение в системы пылеподавления на дробильно-сортировочных комплексах
Дробильно-сортировочные комплексы являются основным источником образования минеральной пыли на горнодобывающих и перерабатывающих предприятиях. Процессы дробления, грохочения и транспортировки сыпучих материалов сопровождаются интенсивным пылевыделением, которое представляет серьезную угрозу здоровью персонала и окружающей среде. По данным исследований, концентрация пыли в рабочей зоне без систем пылеподавления может достигать значений, превышающих предельно допустимые концентрации в десятки раз.
Современные системы пылеподавления на дробильно-сортировочных комплексах подразделяются на две основные категории: сухое пылеулавливание (аспирационные системы с механическими фильтрами) и мокрое пылеподавление (системы водяного орошения). Каждая из этих технологий имеет свои преимущества и области применения, а наиболее эффективный результат достигается при комплексном подходе, сочетающем оба метода.
Сухое пылеулавливание: циклоны и принцип работы
Циклоны представляют собой механические пылеуловители, работающие на принципе центробежной сепарации. Запыленный воздух тангенциально подается в верхнюю часть циклонного аппарата, где под действием центробежных сил тяжелые частицы пыли прижимаются к стенкам корпуса и по спирали опускаются в бункер-накопитель. Очищенный воздух выходит через центральную выхлопную трубу.
Основные характеристики циклонов для дробильно-сортировочных комплексов
| Тип циклона | Производительность, м³/ч | Эффективность очистки | Размер улавливаемых частиц | Гидравлическое сопротивление |
|---|---|---|---|---|
| ЦН-11 | 1000 - 40000 | 85-90% | более 10 мкм | 900-1200 Па |
| ЦН-15 | 2000 - 60000 | 80-85% | более 15 мкм | 700-900 Па |
| ЦН-24 | 5000 - 100000 | 75-80% | более 20 мкм | 500-700 Па |
| Батарейный циклон | до 200000 | 90-95% | более 5 мкм | 1000-1500 Па |
Циклоны эффективно работают с крупно- и среднедисперсной пылью, образующейся при дроблении и грохочении. Однако для улавливания мелкодисперсных фракций размером менее 5 микрон требуется применение более совершенных систем фильтрации. В практике эксплуатации дробильно-сортировочных комплексов циклоны часто используются в качестве первой ступени очистки перед рукавными или картриджными фильтрами, что позволяет снизить пылевую нагрузку на тонкую очистку и продлить срок службы фильтрующих элементов.
Рукавные фильтры: конструкция и эффективность
Рукавные фильтры являются наиболее распространенным типом оборудования для тонкой очистки воздуха на дробильно-сортировочных комплексах. Принцип работы основан на прохождении запыленного воздуха через фильтровальную ткань, где частицы пыли задерживаются на внешней или внутренней поверхности рукавов. Современные рукавные фильтры способны улавливать частицы размером до 1 микрона с эффективностью до 99,9 процентов.
Типы систем регенерации рукавных фильтров
| Тип регенерации | Принцип работы | Применение | Преимущества |
|---|---|---|---|
| Импульсная пневматическая | Сжатый воздух под давлением 4-8 бар импульсно подается внутрь рукава | Высокая пылевая нагрузка (300-400 г/м³) | Непрерывная работа без остановки |
| Виброочистка | Механическая вибрация рукавов | Средняя пылевая нагрузка (до 150 г/м³) | Не требует сжатого воздуха |
| Обратная продувка | Поток чистого воздуха в обратном направлении | Низкая пылевая нагрузка (до 50 г/м³) | Бережная очистка фильтров |
Пример конфигурации рукавного фильтра для дробильного узла
Исходные данные: Щековая дробилка производительностью 200 т/ч, дробление известняка.
Решение: Рукавный фильтр с импульсной регенерацией, производительность 20000 м³/ч, 120 рукавов диаметром 150 мм и длиной 2500 мм. Материал рукавов - полиэфирный войлок плотностью 500 г/м². Фильтровальная площадь составляет 141 квадратный метр, скорость фильтрации 2,4 метра в минуту.
Расчет производительности аспирационных установок
Правильный расчет производительности аспирационной системы является ключевым фактором эффективной работы системы пылеулавливания. Недостаточная производительность приведет к превышению предельно допустимых концентраций пыли, а избыточная - к неоправданным энергозатратам и быстрому износу оборудования.
Методика расчета объема аспирируемого воздуха
Объем воздуха, который необходимо удалять от источника пылевыделения, определяется по формуле:
Q = 3600 × V × S × K
где:
- Q - производительность аспирационной установки, м³/ч
- V - скорость воздуха в укрытии, м/с (принимается 1,0-1,5 м/с)
- S - площадь открытых проемов укрытия, м²
- K - коэффициент запаса (1,1-1,3)
Расчет производительности для типовых узлов ДСК
| Источник пылевыделения | Удельный расход воздуха | Пример расчета для производительности 500 т/ч |
|---|---|---|
| Приемный бункер первичной дробилки | 15-25 м³/ч на 1 т/ч | 500 × 20 = 10000 м³/ч |
| Щековая дробилка | 30-40 м³/ч на 1 т/ч | 500 × 35 = 17500 м³/ч |
| Конусная дробилка | 25-35 м³/ч на 1 т/ч | 500 × 30 = 15000 м³/ч |
| Грохот вибрационный | 20-30 м³/ч на 1 т/ч | 500 × 25 = 12500 м³/ч |
| Пункт перегрузки на конвейере | 10-15 м³/ч на 1 т/ч | 500 × 12 = 6000 м³/ч |
Расчет скорости воздуха в воздуховодах
Для надежной транспортировки пыли по воздуховодам необходимо обеспечить минимальную скорость воздушного потока:
- Для легкой пыли (древесная, текстильная): 10-12 м/с
- Для средней пыли (зерновая, мучная): 14-16 м/с
- Для тяжелой пыли (минеральная, металлическая): 18-22 м/с
Формула расчета диаметра воздуховода:
D = √(4Q / 3,14 × V × 3600)
где D - диаметр воздуховода в метрах, Q - расход воздуха в м³/ч, V - скорость воздуха в м/с
Мокрое пылеподавление: системы орошения форсунками
Системы мокрого пылеподавления основаны на связывании частиц пыли капельками воды. Этот метод особенно эффективен для борьбы с мелкодисперсной пылью размером от 2 до 10 микрон, которая представляет наибольшую опасность для органов дыхания человека. Современные системы водяного орошения подразделяются на два основных типа: системы сухого тумана и системы мокрого тумана.
Сравнение систем водяного пылеподавления
| Параметр | Сухой туман (УДС) | Мокрый туман | Обычное орошение |
|---|---|---|---|
| Размер капель | 1-10 мкм | 50-150 мкм | 200-600 мкм |
| Рабочее давление | 6-8 бар + сжатый воздух | 40-80 бар | 2-6 бар |
| Расход воды | 0,3-1,5 л/мин на форсунку | 2-8 л/мин на форсунку | 10-50 л/мин на форсунку |
| Эффективность пылеподавления | до 95% | до 85% | до 60% |
| Увлажнение материала | минимальное (0,01-0,05%) | умеренное (0,1-0,3%) | значительное (0,5-2%) |
Расчет расхода воды для системы орошения
Общий расход воды определяется по формуле:
Qводы = n × qфорс
где:
- Qводы - общий расход воды, л/мин
- n - количество форсунок
- qфорс - расход одной форсунки при заданном давлении, л/мин
Зависимость расхода форсунки от давления:
Для увеличения расхода в 2 раза необходимо увеличить давление в 4 раза
Точки установки форсунок на дробильно-сортировочном комплексе
Эффективность системы мокрого пылеподавления в значительной степени зависит от правильного выбора точек установки форсунок. Форсунки должны располагаться таким образом, чтобы обеспечивать максимальный контакт водяного тумана с облаком пыли в момент ее образования.
Типовые точки установки форсунок орошения на ДСК
| Технологический узел | Точка установки | Количество форсунок | Тип форсунки | Давление, бар |
|---|---|---|---|---|
| Загрузка приемного бункера | По периметру приемного окна на высоте 0,5 м | 4-8 | Полноконусная | 4-6 |
| Щековая дробилка | Вход в дробилку, выход из дробилки | 2+2 | Мелкодисперсная | 40-70 |
| Конусная дробилка | Загрузочная воронка, разгрузочный конвейер | 4+6 | УДС двухфазная | 6+воздух |
| Вибрационный грохот | Загрузка, над ситами, разгрузочные лотки | 2+4+4 | Плоскоструйная | 40-60 |
| Перегрузка конвейера | Место падения материала, под углом 45° | 2-4 | Полноконусная | 50-70 |
| Конечный склад продукции | По периметру склада на высоте 3-5 м | 8-16 | Дальнобойная | 60-80 |
Санитарные нормы и требования ПДК пыли
Системы пылеподавления на дробильно-сортировочных комплексах должны обеспечивать соблюдение предельно допустимых концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны, установленных действующими санитарными нормами. Основным нормативным документом является СанПиН 1.2.3685-21, устанавливающий гигиенические нормативы по содержанию загрязняющих веществ.
ПДК различных видов пыли в воздухе рабочей зоны
| Вид пыли | ПДК, мг/м³ | Класс опасности | Агрегатное состояние |
|---|---|---|---|
| Пыль кремния диоксида кристаллического (кварц) более 70% | 1 | 3 (умеренно опасное) | Аэрозоль |
| Пыль кремния диоксида кристаллического от 10 до 70% | 2 | 3 (умеренно опасное) | Аэрозоль |
| Пыль кремния диоксида кристаллического от 2 до 10% | 4 | 3 (умеренно опасное) | Аэрозоль |
| Известняк, мрамор | 6 | 4 (малоопасное) | Аэрозоль |
| Цемент, апатит, фосфорит | 6 | 4 (малоопасное) | Аэрозоль |
| Доломит, магнезит | 10 | 4 (малоопасное) | Аэрозоль |
| Взвешенные вещества (недифференцированная пыль) | 10 | 4 (малоопасное) | Аэрозоль |
Требования к контролю запыленности воздуха
Согласно требованиям санитарного законодательства, на предприятиях с дробильно-сортировочными комплексами должен осуществляться регулярный производственный контроль за содержанием пыли в воздухе рабочей зоны. Периодичность контроля зависит от класса опасности вещества и составляет:
- Для веществ 1-2 класса опасности - не реже 1 раза в 10 дней
- Для веществ 3 класса опасности - не реже 1 раза в месяц
- Для веществ 4 класса опасности - не реже 1 раза в квартал
Практический пример: система пылеподавления для карьера производительностью 500 т/ч
Рассмотрим комплексную систему пылеподавления для типового дробильно-сортировочного комплекса карьера по добыче и переработке известняка с производительностью 500 тонн в час. Технологическая схема включает первичную щековую дробилку, конусную дробилку среднего дробления, двухдечный вибрационный грохот и систему ленточных конвейеров.
Расчет системы сухого пылеулавливания
Исходные данные:
- Производительность комплекса: 500 т/ч
- Материал: известняк (ПДК = 6 мг/м³)
- Количество аспирируемых точек: 7 (приемный бункер, щековая дробилка, промежуточный бункер, конусная дробилка, грохот, 2 перегрузки)
Расчет производительности аспирационных установок:
1. Приемный бункер первичной дробилки:
Q₁ = 500 т/ч × 20 м³/(ч·т) = 10000 м³/ч
2. Щековая дробилка СМД-111:
Q₂ = 500 т/ч × 35 м³/(ч·т) = 17500 м³/ч
3. Промежуточный бункер:
Q₃ = 500 т/ч × 15 м³/(ч·т) = 7500 м³/ч
4. Конусная дробилка КСД-1750:
Q₄ = 500 т/ч × 30 м³/(ч·т) = 15000 м³/ч
5. Вибрационный грохот:
Q₅ = 500 т/ч × 25 м³/(ч·т) = 12500 м³/ч
6. Перегрузка конвейера (2 точки):
Q₆ = 2 × 500 т/ч × 12 м³/(ч·т) = 12000 м³/ч
Общая производительность аспирационной системы:
Qобщ = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆ = 74500 м³/ч
С учетом коэффициента запаса 1,15: Qрасч = 74500 × 1,15 = 85700 м³/ч
Подбор оборудования системы сухого пылеулавливания
| Оборудование | Количество | Производительность | Назначение |
|---|---|---|---|
| Циклон ЦН-15 (предварительная очистка) | 3 шт | 3 × 30000 = 90000 м³/ч | Улавливание крупной пыли более 15 мкм |
| Рукавный фильтр с импульсной регенерацией | 2 шт | 2 × 45000 = 90000 м³/ч | Тонкая очистка, улавливание пыли до 1 мкм |
| Центробежный вентилятор ВЦ 6-28 | 2 шт | 45000 м³/ч при 2500 Па | Создание разрежения в системе |
| Шиберные затворы | 7 шт | - | Регулирование расхода воздуха по точкам |
Расчет системы мокрого пылеподавления
Расчет количества форсунок и расхода воды:
1. Щековая дробилка (система УДС):
- Количество форсунок: 4 шт (2 на входе, 2 на выходе)
- Расход одной форсунки при 6 бар: 0,8 л/мин
- Общий расход: 4 × 0,8 = 3,2 л/мин
2. Конусная дробилка (система мокрого тумана):
- Количество форсунок: 10 шт
- Расход одной форсунки при 60 бар: 4 л/мин
- Общий расход: 10 × 4 = 40 л/мин
3. Вибрационный грохот:
- Количество форсунок: 10 шт
- Расход одной форсунки при 50 бар: 3,5 л/мин
- Общий расход: 10 × 3,5 = 35 л/мин
4. Перегрузки конвейеров (2 точки):
- Количество форсунок: 8 шт (4 + 4)
- Расход одной форсунки при 50 бар: 3 л/мин
- Общий расход: 8 × 3 = 24 л/мин
Общий расход воды:
Qводы = 3,2 + 40 + 35 + 24 = 102,2 л/мин или 6,1 м³/ч
Суточный расход воды при работе 16 часов: 6,1 × 16 = 97,6 м³/сут
Комплектация системы мокрого пылеподавления
| Оборудование | Количество | Технические характеристики |
|---|---|---|
| Насосная станция высокого давления | 1 шт | Производительность 150 л/мин, давление 80 бар |
| Компрессорная станция (для УДС) | 1 шт | Производительность 6 м³/мин, давление 8 бар |
| Форсунки УДС (двухфазные) | 4 шт | Расход 0,8 л/мин при 6 бар + воздух |
| Форсунки высокого давления (однофазные) | 28 шт | Расход 3-4 л/мин при 50-60 бар |
| Трубопроводы нержавеющие | комплект | Диаметр 25-50 мм, общая длина около 200 м |
| Фильтр водяной | 2 шт | Тонкость фильтрации 50 мкм |
| Емкость для воды | 1 шт | Объем 10 м³ с системой подогрева |
| Система автоматического управления | 1 комплект | Блокировка с работой дробильного оборудования |
Ожидаемая эффективность комплексной системы
Результаты внедрения системы пылеподавления:
- Снижение концентрации пыли в рабочей зоне с 45-60 мг/м³ до 3-5 мг/м³ (соответствует ПДК для известняка 6 мг/м³)
- Эффективность системы сухого пылеулавливания: 98,5 процента
- Эффективность системы мокрого пылеподавления: 92 процента
- Общая эффективность комплексной системы: более 99 процентов
- Снижение пылевых выбросов в атмосферу до уровня ПДВ
- Увеличение межсервисного интервала дробильного оборудования на 30-40 процентов
Часто задаваемые вопросы
Выбор системы пылеподавления зависит от конкретных условий эксплуатации. Наиболее эффективным является комбинированный подход, сочетающий обе технологии. Сухое пылеулавливание с помощью циклонов и рукавных фильтров применяется для аспирации закрытых укрытий дробилок, грохотов и перегрузочных узлов. Эта система обеспечивает высокую степень очистки воздуха и позволяет возвращать уловленную пыль в производство.
Мокрое пылеподавление форсунками орошения используется непосредственно в местах образования пыли и эффективно работает с открытыми участками комплекса. Системы мокрого и сухого тумана особенно эффективны для подавления мелкодисперсной респирабельной пыли размером менее 10 микрон. При переработке гигроскопичных материалов, где увлажнение недопустимо, предпочтение отдается исключительно сухим методам пылеулавливания.
Срок службы фильтрующих рукавов зависит от множества факторов: типа перерабатываемого материала, пылевой нагрузки, температуры газов, качества системы регенерации и правильности эксплуатации. В среднем, при работе на дробильно-сортировочных комплексах по переработке инертных материалов, срок службы рукавов из полиэфирного войлока составляет от 18 до 36 месяцев.
При высокой пылевой нагрузке или наличии абразивных частиц срок службы может сократиться до 12-18 месяцев. Критериями для замены рукавов служат: превышение допустимого аэродинамического сопротивления фильтра, визуальное повреждение ткани, снижение эффективности очистки. Регулярное техническое обслуживание, включающее проверку системы импульсной продувки и своевременную очистку бункеров, позволяет значительно продлить срок службы фильтрующих элементов.
Рабочее давление в системе орошения выбирается в зависимости от применяемого типа форсунок и требуемого размера капель. Для систем обычного орошения с полноконусными форсунками достаточно давления 2-6 бар, что позволяет создавать капли размером 200-600 микрон. Такие системы эффективны для увлажнения материала на конвейерах и в местах перегрузки.
Системы мокрого тумана работают при давлении 40-80 бар и создают капли размером 50-150 микрон, что обеспечивает эффективное связывание мелкодисперсной пыли. Наиболее современные системы сухого тумана (УДС) используют двухфазное распыление при давлении воды 6-8 бар и давлении сжатого воздуха 6-8 бар, формируя ультрамелкие капли размером 1-10 микрон. Такие капли практически не увлажняют обрабатываемый материал, что критично важно при переработке цемента, гипса и других гигроскопичных материалов.
Эксплуатация систем пылеподавления в зимний период требует специальных технических решений. Системы сухого пылеулавливания работают круглогодично без ограничений, но требуют утепления корпусов фильтров и бункеров для предотвращения конденсации влаги и обледенения выгрузных устройств.
Системы мокрого пылеподавления при отрицательных температурах требуют применения антифризов или обогрева трубопроводов и форсунок. Современные решения включают использование емкостей с подогревом воды, теплоизоляцию трубопроводов с электрообогревом, применение саморегулирующихся нагревательных кабелей. Системы сухого тумана менее чувствительны к температуре благодаря минимальному расходу воды и мгновенному испарению капель. Некоторые производители предлагают специальные зимние комплектации систем пылеподавления, рассчитанные на работу при температурах до минус 40 градусов Цельсия.
Расчет производительности аспирационной системы ведется на основе удельных норм воздухообмена для каждого технологического узла. Для дробильно-сортировочных комплексов применяются следующие укрупненные нормативы: приемные бункера дробилок - 15-25 кубометров в час на тонну производительности, щековые дробилки - 30-40 кубометров в час на тонну, конусные дробилки - 25-35 кубометров в час на тонну, вибрационные грохоты - 20-30 кубометров в час на тонну, пункты перегрузки конвейеров - 10-15 кубометров в час на тонну.
Для комплекса производительностью 300 тонн в час с четырьмя основными точками аспирации расчетная производительность составит от 30 до 50 тысяч кубометров в час. К полученному значению необходимо применить коэффициент запаса 1,1-1,3, учитывающий сопротивление сети воздуховодов, неплотности укрытий и возможное увеличение производительности комплекса. Точный расчет должен выполняться специализированной проектной организацией с учетом конкретной компоновки оборудования, свойств перерабатываемого материала и требований санитарных норм.
Циклоны и рукавные фильтры выполняют разные задачи в системе пылеулавливания и не являются взаимозаменяемыми. Циклоны эффективно улавливают крупную и среднюю пыль размером более 10-15 микрон с эффективностью 80-90 процентов. Их преимущества - простота конструкции, надежность, отсутствие сменных элементов и способность работать с высокими концентрациями пыли до 100 грамм на кубометр.
Рукавные фильтры обеспечивают тонкую очистку воздуха от частиц размером до 1 микрона с эффективностью до 99,9 процента, но чувствительны к пылевой нагрузке и требуют регулярной замены фильтрующих элементов. Оптимальная схема очистки на дробильно-сортировочных комплексах - это двухступенчатая система, где циклон выполняет предварительную очистку от основной массы грубой пыли, а рукавный фильтр обеспечивает финишную доочистку от мелкодисперсных фракций. Такое сочетание позволяет достичь максимальной эффективности при минимальных эксплуатационных затратах.
Выбор материала фильтрующих рукавов определяется характеристиками очищаемого воздуха и условиями эксплуатации. Для дробильно-сортировочных комплексов, перерабатывающих инертные материалы при нормальной температуре (до 90 градусов), наиболее распространенным выбором является полиэфирный (лавсановый) войлок плотностью 450-550 грамм на квадратный метр. Этот материал обладает хорошей стойкостью к истиранию, доступен по цене и обеспечивает эффективную фильтрацию.
При повышенных температурах отходящих газов (100-150 градусов) применяются рукава из метаарамидного волокна, а при температурах выше 150 градусов - из параарамида или стекловолокна. Для особо абразивных материалов рекомендуется использовать рукава с защитным покрытием из политетрафторэтилена (ПТФЕ) или с внутренним каркасом. При наличии влаги в газовом потоке следует применять рукава с гидрофобной пропиткой, предотвращающей слипание волокон. Правильный подбор материала фильтрующих элементов может увеличить срок их службы в два-три раза.
Расход воды в системах мокрого пылеподавления зависит от применяемой технологии и масштаба комплекса. Системы обычного орошения потребляют от 10 до 50 литров в минуту на одну форсунку при давлении 3-6 бар. Для типового дробильно-сортировочного комплекса производительностью 200 тонн в час с 10-15 точками орошения суммарный расход может составлять 150-300 литров в минуту или 9-18 кубометров в час.
Системы мокрого тумана более экономичны: расход одной форсунки при давлении 60 бар составляет 2-8 литров в минуту, а общее потребление воды снижается в два-три раза. Наиболее эффективны системы сухого тумана (УДС), где расход одной форсунки не превышает 0,5-1,5 литров в минуту, а увлажнение материала составляет всего 0,01-0,05 процента от массы. Для комплекса на 200 тонн в час система УДС потребляет всего 2-4 кубометра воды в час. При планировании водоснабжения необходимо также учитывать требования к качеству воды - она должна быть очищена от механических примесей фильтрацией не менее 50 микрон.
