某有色金屬采礦選礦工程暖通設(shè)計(jì)分析

梁 鑫 周雙玲 黃壽元

(1.長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司；2.湖南省辰波建設(shè)有限公司；3.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；4.金屬礦山安全與健康國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；5.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司)

在有色金屬礦山工程領(lǐng)域，粉塵造成的車間及廠區(qū)環(huán)境污染是普遍存在的問題，針對(duì)不同的生產(chǎn)工藝及工況條件，如何采用合理有效的除塵技術(shù)是關(guān)鍵。根據(jù)工程當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保要求水平，選取滿足規(guī)范要求的排放限制，也會(huì)影響暖通設(shè)計(jì)及關(guān)鍵設(shè)備的配置檔次。冷熱源方案的選擇是全廠節(jié)能水平的一個(gè)方面，合理的運(yùn)用余熱回收等技術(shù)十分重要。

1 工程概況

某有色金屬采礦選礦工程暖通設(shè)計(jì)工程位于河南省洛陽市，為一新建的采選工程項(xiàng)目，包括采礦工程、選礦工程及公用輔助、辦公生活設(shè)施等。采礦工藝采用傾斜分條嗣后充填采礦法和淺孔留礦嗣后充填采礦法，選礦工藝采用兩段一閉路破碎+一段磨礦+1粗4精3掃工藝。工作制度為：年工作330 d、3班/d、8 h/班。

2 暖通設(shè)計(jì)范圍及依據(jù)

暖通設(shè)計(jì)范圍包括通風(fēng)除塵設(shè)計(jì)、采暖設(shè)計(jì)、空調(diào)設(shè)計(jì)3個(gè)方面。該工程室外氣象參數(shù)采用洛陽市氣象臺(tái)站的參數(shù)，室外空氣計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 室外空氣計(jì)算參數(shù)

3 通風(fēng)除塵設(shè)計(jì)

3.1 方案比較

有色金屬礦山開采過程中，在礦石粗碎、中細(xì)碎、篩分、轉(zhuǎn)運(yùn)、卸料等工藝流程中會(huì)產(chǎn)生大量揚(yáng)塵，粉塵會(huì)造成車間及廠區(qū)環(huán)境污染，給工人及周圍居民帶來嚴(yán)重的健康危害，有用粉塵若不進(jìn)行有效回收也會(huì)造成資源的浪費(fèi)，尤其爆炸性粉塵如果不進(jìn)行特殊的回收處理，勢(shì)必對(duì)車間的安全產(chǎn)生極大隱患，同時(shí)，粉塵也會(huì)磨損損壞生產(chǎn)設(shè)備，影響設(shè)備的生產(chǎn)效率和質(zhì)量[1]。目前，礦山除塵技術(shù)主要有以下4種。

(1)濕式除塵。濕式除塵器利用液體與含塵氣體接觸，以液滴、液膜、氣泡等形式將含顆粒物從含塵氣流中分離[2]。濕式除塵器的優(yōu)點(diǎn)是：維護(hù)方便、占地面積小、投資費(fèi)用低等。但濕式除塵器在處理細(xì)小粉塵時(shí)，除塵效率較低，僅為80%～90%；其次濕式除塵器需配套建設(shè)污水沉淀池進(jìn)行污水處理，耗水量大，又增加了運(yùn)行成本。隨著國家對(duì)粉塵排放要求越來越嚴(yán)格，濕式除塵器用于礦山除塵只能作為預(yù)除塵器使用。

(2)袋式除塵。袋式除塵器的工作原理是粉塵通過濾料時(shí)產(chǎn)生的慣性碰撞、黏附、擴(kuò)散和靜電等作用而被捕集[3]。與濕式除塵器相比，袋式除塵器除塵效率大，能解決礦山粉塵難以達(dá)到排放要求的問題。但是，袋式除塵器設(shè)備占地面積大、濾袋易損壞、換袋困難；在處理高濃度大顆粒粉塵時(shí)，清灰頻率增加，布袋的實(shí)用壽命會(huì)降低；在捕集黏性強(qiáng)及吸濕性強(qiáng)的粉塵，或處理露點(diǎn)很高的煙氣時(shí)，濾袋易被堵塞、板結(jié)，需采取保溫或加熱等防范措施。

(3)濾筒除塵。濾筒除塵器由濾筒、箱體及清灰系統(tǒng)組成。與袋式除塵器相比，濾筒除塵器過濾面積大，除塵器體積小，占地較小，可安裝在礦倉頂、皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)等揚(yáng)塵點(diǎn)處[4]；濾筒除塵器的使用壽命長，濾筒更換較簡便，能降低除塵器的維護(hù)運(yùn)行成本。由于濾筒除塵器內(nèi)部濾料折疊層較多，當(dāng)含塵氣流中顆粒物濃度較高時(shí)，容易造成折疊區(qū)堵塞，尤其在凈化黏結(jié)性顆粒物時(shí)，濾筒除塵器要謹(jǐn)慎使用。

(4)微霧抑塵。微霧抑塵技術(shù)利用直徑小于10 μm的水霧顆粒，當(dāng)水霧顆粒直徑大于粉塵顆粒時(shí)，粉塵僅僅跟隨水霧顆粒周圍的氣流運(yùn)動(dòng)，達(dá)不到抑塵效果；當(dāng)水霧顆粒和粉塵顆粒大小接近時(shí)，粉塵顆粒隨氣流運(yùn)動(dòng)時(shí)與水霧顆粒碰撞、接觸而黏結(jié)在一起，水霧顆粒越小，聚結(jié)的可能性越大，隨著聚結(jié)的粉塵團(tuán)變大加重，粉塵會(huì)在自身重力作用下沉降，從而達(dá)到抑塵作用[5]。微霧抑塵原理見圖1。微霧抑塵是一項(xiàng)環(huán)保的抑塵技術(shù)，能耗低，缺點(diǎn)是對(duì)水質(zhì)有一定要求，冬季寒冷時(shí)室外管道及主機(jī)需配電熱。

圖1 微霧抑塵原理

結(jié)合許多礦山工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)工藝流程的實(shí)際運(yùn)行情況，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，該工程采用低壓脈沖袋式除塵與微霧抑塵相結(jié)合的除塵方式。

3.2 通風(fēng)除塵系統(tǒng)設(shè)置

礦石在破碎篩分、轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)散發(fā)粉塵，為防止粉塵擴(kuò)散，分別在揚(yáng)塵處設(shè)置局部密閉罩進(jìn)行機(jī)械除塵[6]。該工程在破碎篩分車間、石灰乳制備車間、試化驗(yàn)室及技術(shù)檢查站設(shè)置Pc-1、Pc-2、Pc-3共3套除塵系統(tǒng)；在破碎篩分車間設(shè)置Yc-1微霧抑塵系統(tǒng)；在磨浮車間給藥區(qū)域、藥劑制備車間、試化驗(yàn)室及技術(shù)檢查站等產(chǎn)生有害氣體的場(chǎng)所設(shè)置強(qiáng)制機(jī)械通風(fēng)換氣排除有害氣體。

(1)破碎篩分車間。在顎式破碎機(jī)加料口、顎式破碎機(jī)至No1皮帶落料點(diǎn)、圓振篩密閉罩、圓振篩篩上物卸至No2皮帶受料點(diǎn)、圓振篩篩下物卸至No3皮帶受料點(diǎn)、圓錐破碎機(jī)至No1皮帶落料點(diǎn)、除塵器卸灰至No3皮帶落料點(diǎn)共7處揚(yáng)塵點(diǎn)設(shè)局部密閉排風(fēng)罩進(jìn)行機(jī)械排風(fēng)，上述排風(fēng)點(diǎn)組成Pc-1除塵系統(tǒng)。除塵器選用脈沖清灰袋式除塵器，除塵器濾料采用抗腐蝕性能較好的滌綸針刺氈。含塵氣體經(jīng)布袋除塵器后，再經(jīng)離心風(fēng)機(jī)高空排放，除塵器所收集的粉塵用螺旋輸送機(jī)卸至工藝No1膠帶輸送機(jī)上返回生產(chǎn)系統(tǒng)繼續(xù)使用，排氣筒單獨(dú)設(shè)置。No1皮帶頭部至圓振篩卸料點(diǎn)、膠帶給料機(jī)卸料點(diǎn)、No2皮帶頭部至礦倉卸料點(diǎn)共3處設(shè)微霧抑塵，組成Yc-1抑塵系統(tǒng)。

(2)石灰乳制備車間。在石灰倉卸至膠帶運(yùn)輸機(jī)受料點(diǎn)設(shè)局部排風(fēng)，組成Pc-2除塵系統(tǒng)。除塵器選用脈沖清灰袋式除塵器，除塵器濾料采用抗腐蝕性能較好的滌綸針刺氈。含塵氣體經(jīng)布袋除塵器后，再經(jīng)離心風(fēng)機(jī)高空排放，除塵器所收集的粉塵定期人工回收利用。

(3)磨浮車間。車間屋頂設(shè)置避風(fēng)天窗，浮選車間的操作層設(shè)置隔柵走道，下部設(shè)置送風(fēng)系統(tǒng)，上部設(shè)置機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)，進(jìn)行車間的整體換氣，保證操作人員良好的工作環(huán)境，換氣次數(shù)為3次/h。給藥區(qū)域外墻上設(shè)置防腐軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制機(jī)械通風(fēng)換氣，換氣次數(shù)為6次/h。

(4)藥劑制備車間。外墻上設(shè)置防腐軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制機(jī)械通風(fēng)換氣，換氣次數(shù)為6次/h。

(5)試化驗(yàn)室及技術(shù)檢查站。在技檢站的顎式破碎機(jī)、振動(dòng)篩、雙輥破碎機(jī)、圓盤粉碎機(jī)等揚(yáng)塵點(diǎn)設(shè)局部排風(fēng)，組成Pc-3除塵系統(tǒng)。除塵器選用脈沖清灰袋式除塵器，除塵器濾料采用抗腐蝕性能較好的滌綸針刺氈。含塵氣體經(jīng)布袋除塵器后，再經(jīng)離心風(fēng)機(jī)高空排放，除塵器所收集的粉塵定期人工回收利用。

3.3 通風(fēng)除塵系統(tǒng)組成

以上各車間通風(fēng)除塵系統(tǒng)組成及排放統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 通風(fēng)除塵系統(tǒng)組成及排放統(tǒng)計(jì)

4 采暖設(shè)計(jì)

4.1 采暖系統(tǒng)組成

該工程屬于寒冷地區(qū)，按規(guī)范需設(shè)置集中采暖。在采礦辦公室、食堂、排班室等房間設(shè)置集中熱水采暖系統(tǒng)，保證上述地點(diǎn)室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度18 ℃的要求；以及在需設(shè)值班采暖的選廠機(jī)修車間、磨浮車間、精礦脫水車間等車間設(shè)置集中熱水采暖系統(tǒng)，保證上述地點(diǎn)值班采暖室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度8 ℃的要求。辦公室等地方熱水采暖系統(tǒng)末端采用風(fēng)機(jī)盤管，而車間內(nèi)采暖末端選用立式空氣處理機(jī)組。該工程主要建筑物采暖負(fù)荷見表3。

表3 主要建筑物采暖負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

注：磨浮車間、石灰乳制備車間采暖負(fù)荷包括車間自然補(bǔ)風(fēng)所形成的熱負(fù)荷。

礦井通風(fēng)采用組合井副井進(jìn)風(fēng)、兩翼回風(fēng)井回風(fēng)的對(duì)角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)[7]。為保證副井進(jìn)風(fēng)側(cè)(進(jìn)風(fēng)流量為98 m3/s)的采暖季進(jìn)風(fēng)溫度不低于2 ℃，在進(jìn)風(fēng)井口處設(shè)有新風(fēng)加熱機(jī)組，機(jī)組送風(fēng)溫度為60 ℃。副井新風(fēng)加熱總負(fù)荷為2 400 kW，風(fēng)量為118 000 m3/h。

副井進(jìn)風(fēng)側(cè)空氣處理流程為：新風(fēng)→預(yù)熱→加熱→送風(fēng)機(jī)→混合空氣。

4.2 采暖熱源

該工程采暖總負(fù)荷約為3 294 kW。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髼l件、節(jié)能環(huán)保要求，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定采暖熱源方案為：工藝生產(chǎn)過程中空壓機(jī)在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的低溫廢熱，通過空壓機(jī)配套的熱回收裝置將這部分廢熱回收作為熱源[8]，根據(jù)工藝配置井口空壓機(jī)房內(nèi)設(shè)5臺(tái)螺桿式空壓機(jī)(4用1備)，單臺(tái)電功率315 kW，經(jīng)計(jì)算，空壓機(jī)回收熱量約為882 kW。其次，選用1臺(tái)額定功率為1.4 MW的電熱承壓式熱水鍋爐(設(shè)置于電鍋爐內(nèi))，選用25臺(tái)額定制熱量為70 kW的風(fēng)冷熱泵機(jī)組(設(shè)置于電鍋爐間屋頂)。空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)、電鍋爐、風(fēng)冷熱泵機(jī)組共同組成本工程的采暖熱源。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)室外空氣溫度高于-7 ℃時(shí)，開啟風(fēng)冷熱泵機(jī)組運(yùn)行，電鍋爐不運(yùn)行，此時(shí)，余熱回收系統(tǒng)+風(fēng)冷熱泵能滿足井口、采場(chǎng)、選廠、生活區(qū)的采暖負(fù)荷；當(dāng)室外空氣溫度低于-7 ℃時(shí)，電鍋爐和風(fēng)冷熱泵機(jī)組均開啟運(yùn)行，共同負(fù)擔(dān)整個(gè)工程的采暖熱負(fù)荷。采暖水系統(tǒng)原理見圖2。

4.3 采暖熱力外網(wǎng)

廠區(qū)內(nèi)的供熱管道敷設(shè)采用不通行地溝方式。供熱管道采用超細(xì)玻璃棉保溫，保溫層外表面采用玻璃鋼防水保護(hù)殼。管道盡量采用自然補(bǔ)償方式，當(dāng)自然補(bǔ)償不能滿足要求時(shí)，采用方形補(bǔ)償器。為滿足各建筑物采暖負(fù)荷及供熱系統(tǒng)平衡的要求，在各建筑物采暖入口處設(shè)有平衡閥、流量計(jì)等組成的入口裝置。

5 空調(diào)設(shè)計(jì)

分別在各車間的控制室、辦公室、值班室、試化驗(yàn)室等設(shè)置分體空調(diào)機(jī)組，確保夏季及過渡季節(jié)室內(nèi)溫度控制在26 ℃左右。

6 結(jié) 語

(1)有色金屬礦山主要產(chǎn)塵點(diǎn)為破碎站、篩分站、轉(zhuǎn)運(yùn)站等車間，該工程采用低壓脈沖袋式除塵與微霧抑塵相結(jié)合的除塵方式，粉塵排放濃度能降至30 mg/m3，滿足《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16297—1996)中顆粒物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，車間環(huán)境符合礦山粉塵控制要求。

(2)該工程將空壓機(jī)余熱利用起來作為部分采暖熱源。使用空壓機(jī)余熱回收技術(shù)可以使空壓機(jī)潤滑油溫度低、不易變質(zhì)、密封性好，空壓機(jī)的吸氣力大，產(chǎn)氣率提高；其次空壓機(jī)熱能回收技術(shù)，受外界天氣影響小，只需空壓機(jī)運(yùn)行即可?？諌簷C(jī)余熱回收技術(shù)具有非常大的節(jié)能潛力和經(jīng)濟(jì)效益，是一項(xiàng)值得推廣應(yīng)用的技術(shù)。

(3)在有色礦山、冶煉行業(yè)，暖通空調(diào)設(shè)計(jì)是影響工程項(xiàng)目成敗和經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)劣的重要方面，本文結(jié)合一個(gè)有代表性的有色金屬采礦選礦工程，對(duì)該工程的暖通設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述，對(duì)該工程中所采用的設(shè)計(jì)方案和方法進(jìn)行分析探討和總結(jié)，希望能為類似工程的暖通設(shè)計(jì)提供參考。