毕业设计喷雾除尘设计初稿完成.docx

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毕业设计喷雾除尘设计初稿完成

分类号密级

中国地质大学（北京）

本科毕业设计

题目露天破碎喷雾除尘系统设计

英文题目TheDesignofSprayingDustRemovingSystemInOpen-crushing

学生姓名郝海斌院（系）工程技术学院

专业安全工程学号********

指导教师程五一职称教授

摘要

长期以来，粉尘治理始终是安全生产的难题之一。

铁矿露天破碎过程中会产生大量的粉尘，使得工作场所达到很高的粉尘浓度，它不仅影响工人的身心健康，造成尘矽病，也对生产造成一定的危害。

因此设计一套露天破碎过程的除尘系统是当前铁矿生产中巫待解决的问题之一。

本设计在分析研究了目前常用的除尘设备和除尘机理的基础上，选取了喷雾降尘，它结构简单，成本低，并且在露天易于实现，也是目前最经济有效的粉尘防治措施。

结合露天破碎过程中粉尘的特点，分析研究了雾化理论、喷雾降尘机理和影响降尘效率主要因素，选取适宜于此处使用的喷嘴类型，然后利用流体力学的知识设计了整个除尘系统的供排水管道系统。

利用喷雾除尘效率计算理论，对整个喷雾除尘系统的除尘效率进行计算，结果表明经过喷雾除尘后工作场所的粉尘浓度达到了国家标准的浓度要求。

本次设计完成了适宜于露天破碎的喷雾除尘系统的设计，除尘效率达到98%以上，除尘后满足工作场所职业接触粉尘的浓度要求，有效的降低了粉尘对工人的危害和对设备的损害。

关键词:

除尘；喷雾；露天破碎；

ABSTRACT

Dustcontrollingisoneofthedifficultproblemsinsafetyproductionforalongtime.TheOpen-crushingprocessofironorewillproducealotofdust,makingtheworkplacetoachieveahighdustconcentration.Itisnotonlyharmingthehealthofworkers,causingdustpulmonarydisease,butalsocausingdamageontheproduction.Therefore,todesignaDustRemovingSystemfortheprocessofOpen-crushingisoneofissuestobesolvedimmediately.

Thedesignselectsprayingdustremoving,basedontheanalysisoftheequipmentofdustremovalandthemechanismofdustremoval,whicharecommonlyused.Ithasmanyadvantages,suchaslow-cost,simpleStructure,andeasytoimplementintheopenair,itisalsoaneffectivedustcontrolmeasures.AccordingtothecharacteristicofdustintheprocessofOpen-crushing,onthebasisofanalyzingatomizationtheory,dustremovingprinciple,andtheinfluencefactorsofdustremovingefficiency,selectthesuitabletypeofnozzle,usedhere.TodesigntheWatersupplypipelinesystemandthesewersystemofthedustremovingsystem,weutilizethetheoryofthefluidmechanics.Utilizingthecalculationstheoryofsprayingdustremovingefficiency,wecalculatetheefficiencyofthesprayingdustremovingsystem,theresultsshowthatdustconcentrationinworkplacereachedthenationalstandardrequirementsafterthesystemused.

Thedesignofsprayingdustremovalsystemhasbecompleted,suitableforOpen-crushing,thedustremovingefficiencyis98%orevenhigher.Whenthesystemworks,thedustconcentrationintheworkplaceislowerthanthedustrequiredconcentrationofOccupationalexposurelimits,andtheharmtoworkersanddamagetoequipmentbydustisreducedeffectively.

Keywords：

DustRemoving;Spraying;Open-crushing;

1建昌矿业公司概况

1.1概况

北京建昌矿业有限责任公司为密云冶金矿山公司子公司，是采、选配套的中型冶金矿山企业。

矿山地处密云县太师屯地区，与北京城区相距100公里、距离密云县城40公里，介于东经116°52′18″—117°48′57″、北纬40°19′42″—40°33′31″之间。

矿区周边有101国道及京承高速公路通过，交通极为便利。

北京建昌矿业有限责任公司所在的密云县地处华北平原与内蒙古高原的过度地带，境内多山，属燕山山脉，海拔45~1730m，矿区内土地切割深、土层薄、坡地多、平地少。

受地形影响，矿区主要盛行偏北风、西南风;年降水量550mm、蒸发量1481.2~2200mm，每年7—9月份为雨季，多年平均最大24小时降水量102mm。

北京建昌矿业有限责任公司即原有的太师屯铁矿，始建于上世纪80年代后期，地点位于密云水库一级保护区陡岭附近，由太师屯镇投资1000余万兴建。

1992年，太师屯铁矿搬迁至二级保护区内的东学各庄。

之后，太师屯镇矿管站以太师屯铁矿名义，向北京市国土局申请到4个采矿许可证，即头道岭、流河沟（芦头）、黑古沿、桑园。

2000年6月底，密云县政府将246家非法矿点全部关闭。

2001年，密云县提出“举保水旗，吃环境饭”发展战略，至6月30日前，155个采矿点、38个选矿点经爆破、封堵和填埋，全部关闭。

2002年，在太师屯铁矿基础上，密云县冶金矿山公司与太师屯镇联合组建建昌铁矿，但主要从事选矿的建昌铁矿当时并不具备开采能力。

2003年，由太师屯镇政府牵头，建昌铁矿与仇进山的鑫大地机械公司各自持对方公司20%股份。

2004年7月，密云县酝酿出台铁矿发展规划，由副县长挂帅起草。

当年11月，方案公布，其中提到，利用8年时间使铁精矿生产能力达到200万吨/年，力争达到国际先进、国内一流水平。

方案中提及的建昌铁矿和即将在兵马营、新城子新建的铁矿，都在水库二级保护区内。

12月，北京市政府出台《北京市矿产资源总体规划》，将密云水库一、二、三级保护区全部设为禁采区。

2005年5月23日，建昌铁矿拿到北京市国土局核发的开采许可证（原证到期后延续），头道岭、流河沟（芦头）、黑古沿、桑园四个矿区再次获得开采权，直至2010年到期。

北京建昌矿业有限责任公司露天采矿位于芦头和桑园矿区，两矿区拥有地质储量7000余万吨（其中芦头2000万吨、桑园5000万吨）。

目前芦头露天采场境界优化圈定地质矿量780万吨，桑园矿区露天境界内可采地质矿量400万吨，露天采场地质矿量能满足矿山近8~10年的正常生产需求，且所属矿区深部开采前景可观。

该矿共18个拐点坐标，该矿的面积、储量、拐点坐标如表1-1所示：

表1-1

矿种（主矿产）

铁矿

伴生矿种

无

面积（km2）

0.9404

矿业权拐点坐标

共18个拐点坐标：

卢头矿区：

1、4488265.726，39509477.361；

2、4488062.727，39509272.361；

3、4487858.727，39509125.360；

4、4487839.727，39508919.360；

5、4487717.727，39508787.360；

6、4487445.727，39508876.360；

7、4487505.726，39509292.360；

8、4487558.726，39509462.360；

9、4487766.726，39509635.361；

10、4487967.726，39509775.361；

11、4488092.726，39509729.361，标高：

240到-122米；

桑园矿区：

12、4494172.724，39513712.375；

13、4493837.724，39513372.374；

14、4493447.725，39513047.373；

15、4493297.725，39513012.373；

16、4492967.724，39513172.372；

17、4493482.724，39513622.373；

18、4493952.723，39514032.374，标高：

190到-100米。

储量

芦头矿区：

758.91万吨（111B），30.15万吨（122B）；

桑园矿区：

383.42万吨（122B）。

目前矿山的露天采场采矿生产能力为90万吨/年，选矿厂生产铁精粉能力为28万吨/年以上。

2009年完成铁精粉产量28.3万吨，总销售收入1.9亿元，实现利润3091万元，上缴税金2526万元；至2009年底企业总资产2亿元，职工总人数为412人。

图1-1矿区布置图

1.2矿区工艺流程及设备

北京建昌矿业有限责任公司选矿工序采用的是湿式球磨磁选工艺。

矿石进入破碎站通过600×900毫米颚式破碎机破碎后用宽皮带机直接输送至球磨机，在经粗磁选、球磨机细磨、精磁选，生产出品位大于66%的合格精矿粉，尾矿通过砂泵打至尾矿库储存。

其工艺流程图如图1-2所示。

图1-2工艺流程图

原矿石由矿车从矿区运送到厂区原矿储存仓，符合条件的原矿经格子筛进入电振簸箕，由皮带送入颚式破碎机，原矿经破碎之后由皮带运输到振动筛，达到粒度要求的矿石经磁滑轮磁选过程，未达到粒度要求的再经颚式破碎机再破碎，经磁滑轮磁选，废石进入废料仓做矿渣处理，矿石则进入圆筒矿仓，经皮带运输到球磨机处磨粉，再经磁选机磁选，铁粉进入精矿仓，再经细筛筛选，筛上物再经磁选球磨磁选进入精矿仓，筛下物则进入下一级磁选，再经过滤机过滤，得到要求的矿精粉，各级磁选尾矿经尾矿再选之后运至尾矿库储存。

该工艺中主要的工艺设备有600×900颚式破碎机、250×1200颚式破碎机、7518永磁筒式磁选机、1024永磁筒式磁选机、球磨机、格子筛、振动筛、盘式过滤机、磁滑轮、振动筛、电动簸箕等设备。

本次设计主要是针对破碎工段转载点的除尘设计，因此对颚式破碎机进行介绍。

颚式破碎机（JawCrasher），俗称鄂破，由动鄂和静颚两块颚板组成破碎腔，模拟动物的两颚运动而完成物料破碎作业的破碎机。

该矿的颚式破碎机如图1-3所示。

图1-3颚式破碎机

颚式破碎机是目前国际上最普遍使用的碎石设备，广泛运用于矿山、冶炼、建材、公路、铁路、水利和化工等行业中各种矿石与大块物料的中等粒度破碎，可破碎抗压强度不大于320Mpa的物料，分粗破和细破两种。

按照进料口宽度大小来分为大、中、小型三种，进料口宽度大于600MM的为大型机器，进料口宽度在300-600MM的为中型机，进料口宽度小于300MM的为小型机。

颚式破碎机的结构图如图1-4所示：

图1-4颚式破碎机结构图

鄂式破碎机的结构主要有机架、偏心轴、大皮带轮、飞轮、动鄂、侧护板、肘板、肘板后座、调隙螺杆、复位弹簧、固定鄂板与活动鄂板等组成，其中肘板还起到保险作用。

颚式破碎机的工作部分是两块颚板，一是固定颚板（定颚），垂直（或上端略外倾）固定在机体前壁上，另一是活动颚板（动颚），位置倾斜，与固定颚板形成上大下小的破碎腔（工作腔）。

破碎方式为曲动挤压型，电动机驱动皮带和皮带轮，通过偏心轴使动鄂上下运动，当动鄂上升时肘板和动鄂间夹角变大，从而推动动鄂板向定鄂板接近，与此同时物料被挤压、搓、碾等多重破碎；当动鄂下行时，肘板和动鄂间夹角变小，动鄂板在拉杆、弹簧的作用下离开定鄂板，此时已破碎物料从破碎腔下口排出，随着电动机连续转动破碎机动鄂作周期性的压碎和排料，实现批量生产。

颚式破碎机按照活动颚板的摆动方式不同，可以分为简单摆动式颚式破碎机（简摆颚式破碎机）、复杂摆动式颚式破碎机（复摆颚式破碎机）和综合摆动式颚式破碎机三种

颚式破碎机的性能优势表现在以下几个方面：

①破碎腔深而且无死区，提高了进料能力与产量，其破碎比大，产品粒度均匀；

②垫片式排料口调整装置，可靠方便，调节范围大，增加了设备的灵活性；

③润滑系统安全可靠，部件更换方便，保养工作量小；

④结构简单，工作可靠，运营费用低；

⑤设备节能：

单机节能15%～30%，系统节能一倍以上。

该矿工艺主要用到600×900颚式破碎机、250×1200颚式破碎机两种颚式破碎机，其主要的参数如表1-2所示：

表1-2颚式破碎机参数

型号

进料口尺寸（mm）

最大进料尺寸（mm）

排料粒度调整范围（mm）

产量（t/h）

主轴速度（r/min）

电机功率（kw）

机器重量（t）

外形尺寸（mm）

PE600

600×900

600

65-160

65-180

51-145

250

16.5

2290×2206×2370

PEX250

250×1200

250

25-60

25-60

30-78

300

8.5

2192×1605×1415

1.3破碎转载点产尘分析

该矿工艺流程中，各道工序中主要产尘点有：

颚破粗碎、颚破中碎、振动筛、摆式给矿、工艺中皮带运输以及皮带运输中的转载点等。

依据2010年北京市密云县疾病预防控制中心对北京建昌矿业有限责任公司的现场检测报告的检测结论：

本次检测颚破中碎和振动筛2个工位粉尘不符合国家标准，其与工位粉尘浓度和超限倍数符合国家卫生标准，因此选择该矿区粉尘污染严重的颚破中碎工位进行除尘设计。

该矿采用颚式破碎机露天破碎铁矿石，选择PE600型颚式破碎机处设计，其尺寸和设备参数在前面已经列出。

破碎机产尘源主要包括加料口、卸料口及溜槽。

其工作时，大块铁矿石被挤压、撞击、破碎，后经溜槽溜到下面的胶带输送机上（落差一般达1.5~2.5m）。

这个过程将产生大量粉尘。

产尘原因主要是以下两个方面：

（1）加料口产尘分析破碎机工作时，铁矿石被挤压、撞击，矿石间隙中的空气被挤压而向外高速运动，带动粉尘一起逸出，瞬间扬起大量粉尘。

含尘气流通过溜槽向下排出（少部分）或通过加料口向上排出（大部分），使加料口周围产生高浓度的粉尘。

（2）卸料口产尘分析铁矿石破碎后，经溜槽排到破碎机下部的受料设备（胶带输送机）上，由于给料口与卸料口之间有一落差，破碎后的矿石流与周围空气产生剪切作用，空气被卷进物料流中，矿石流逐渐扩散，相互的卷吸作用使粉尘不断地向外飞扬；同时，输送机的胶带有一运动速度，矿石流与胶带面的冲击，瞬间在卸料口扬起粉尘，并向四周飞扬。

卸料口的产尘浓度与铁矿石的种类、矿石的干湿程度、溜槽的落差大小、输送机胶带的运动速度有关。

目前该矿的防尘治理手段主要是：

车间内采用通风除尘，皮带运输中的密闭措施，多处基本达到国家卫生标准，并且职工个人防护用品达到基本要求。

但对于露天破碎的除尘措施还不是很完善，主要是在进料口和卸料口处增设粉尘挡板，可以除去大部分粗大粉尘，对于细小粉尘除尘效果不理想，工人的工作环境比较恶劣。

2粉尘性质

2.1粉尘的分类

粉尘的主要来源有工业生产、交通运输和农业活动三大方面。

据统计，农业粉尘约占粉尘总量的10%左右，大量的粉尘来源于工业生产和交通运输。

尤其建材工业、矿山行业、冶金工业、化学工业、工业与民用锅炉产生的粉尘最为严重。

具体地讲，下列活动和过程产生大量粉尘：

（1）物料的破碎、研磨；

（2）粉状物料的混合、筛分、运输和包装；

（3）物料的燃烧；

（4）汽车废气中的溴化铅和有机物组成的颗粒；

（5）金属粒子的凝结、氧化；

（6）此外，风和人类的地面活动，产生土壤尘。

粉尘按照不同的特征，有很多不同的分类方法，常见的分类方法有：

（1）按粉尘的形状分类

粉尘——固体物质的微小粒子，其大小在100μm以下。

烟——由于燃烧和凝结生成的细小粒子，粒径范围在0.01～1μm之间。

烟雾——在高温下由金属氧化的蒸气凝结而成的微粒，它是烟的一种类型,粒子大约在0.1～1μm之间。

（2）按粉尘的理化性质分类

无机粉尘——包括矿物性粉尘（如石英、石棉、滑石粉等）、金属粉尘（如铁、锡、铝、锰、铍及其氧化物等）和人工无机粉（如金钢砂、水泥、耐火材料等）。

有机粉尘，包括植物性粉尘（如棉、麻、谷物、烟草等）、动物性粉尘（如毛发、角质、骨质等）和人工有机粉尘（如有机染料、炸药等）。

混合性粉尘，为各种粉尘的混合物。

大气中的粉尘一般是混合性粉尘。

（3）按粉尘颗粒大小分类

可见粉尘——用眼睛可以分辩的粉尘，粒径大于10μm；

显微粉尘——在普通显微镜下可以分辩的粉尘，粒径在0.25～10μm之间；

超显微粉尘——在超倍显微镜或电子显微镜下才可分辩的粉尘。

粒径在0.25μm以下。

（4）按粉尘在大气中滞留时间的长短，还有飘尘和降尘之分。

小于10μ的粉尘称为飘尘，它可以几小时、几天，甚至几年游浮于空气中；大于10μ的粉尘，有明显的沉降趋势，称为降尘。

该矿的粉尘主要是由于物料的破碎、研磨以及粉状物料的筛分、运输产生的，主要是含铁的金属粉尘，按颗粒大小则以可见粉尘和显微粉尘的混合为主。

2.2粉尘的物理化学特性

粉尘的理化性质是指粉尘本身固有的各种物理、化学性质。

粉尘具有的与防尘技术关系密切的特性有：

密度、粒径、分散度、安息角、湿润性、粘附性、爆炸性、荷（带）电性、比电阻等。

1、粉尘密度

粉尘密度有堆积密度和真密度之分。

自然堆积状态下单位体积粉尘的质量，称为粉尘堆积密度（或称容积密度）。

密实状态下单位体积粉尘的质量，称为粉尘真密度（或称尘粒密度）。

该矿粉尘真密度为4.8g/cm3。

2、粉尘粒径

粉尘粒径是表征粉尘颗粒大小的最佳代表性尺寸。

对球形尘粒，粒径是指它的直径。

实际的尘粒形状大多是不规则的，一般也用“粒径”来衡量其大小，然而此时的粒径却有不同的含义。

同一粉尘按不同的测定方法和定义所得的粒径，不但数值不同，应用场合也不同。

因此，在使用粉尘粒径时，必须了解所采用的测定方法和粒径的含义。

例如，用显微镜法测定粒径时，有定向粒径、定向面积等分粒径和投影面积粒径等；用重力沉降法测出的粒径为斯托克斯粒径或空气动力粒径；用光散射法测定时，粒径为体积粒径。

在选取粒径测定方法时，除需考虑方法本身的精度、操作难易程度及费用等因素外，还应特别注意测定的目的和应用场合。

在给出或应用粒径分析结果时，也应说明或了解所采用的测定方法。

3、粉尘分散度

粉尘分散度即粉尘的粒径分布。

粉尘的粒径分布可用分组（按粉尘粒径大小分组）的质量百分数或数量百分数来表示。

前者称为质量分散度，后者称为计数分散度。

粉尘的分散度不同，对人体的危害以及除尘机现和采取的除尘方式也不同。

因此，掌握粉尘的分散度是评价粉尘危害程序，评价除尘器性能和选择除尘器的基本条件。

由于质量分散度更能反映粉尘的粒径分布对人体和除尘器性能的影响，所以在防尘技术中多采用质量分散度。

国内已生产出多种测定粉尘质量分散度的仪器，有不少单位已在使用。

4、粉尘安息角

将粉尘自然地堆放在水平面上，堆积成圆锥体的锥底角称为粉尘安息角。

安息角也称休止角、堆积角，一般为35°~55°。

将粉尘置于光滑的平板上，使此平板倾斜到粉尘开始滑动时的角度，为粉尘滑动角，一般为30°~40°。

粉尘安息角和滑动角是评价粉尘流动特性的一个重要指标。

它们与粉尘粒径、含水率、尘粒形状、尘粒表面光滑程度、粉尘粘附性等因素有关，是设计除尘器灰斗或料仓锥度、除尘管道或输灰管道斜度的主要依据。

5、粉尘湿润性

粉尘粒子被水（或其它液体）湿润的难易程度称为粉尘湿润性。

有的粉尘（如锅炉飞灰、石英砂等）容易被水湿润，与水接触后会发生凝并、增重，有利于粉尘从气流中分离，这种粉尘称为亲水性粉尘。

有的粉尘（如炭黑、石墨等）很难被水湿润，这种粉尘称为憎水性粉尘。

粉尘的湿润性是选择除尘器的主要依据之一。

例如，用湿式除尘器处理憎水性粉尘，除尘效率不高。

如果在水中加入某些湿润剂（如皂角素、平夕加等），可减少固液之间的表面张力，提高粉尘的湿润性，从而达到提高除尘效率的目的。

6、粉尘粘附性

粉尘之间或粉尘与固体表面（如器壁、管壁等）之间的粘附性质称为粉尘粘附性。

粉尘相互间的凝并与粉尘在固体表面上的堆积都与粉尘的粘附性相关，前者会使尘粒增大，在各种除尘器中都有助于粉尘的捕集；后者易使粉尘设备或管道发生故障和堵塞。

粉尘的含水率、形状、分散度等对它的粘附性均有影响。

7、粉尘磨擦性

粉尘在流动过程中对器壁（或管壁）的磨损程度称为粉尘磨擦性。

硬度高、密度大，带有棱角的粉尘磨损性大。

粉尘的磨损性与气流速度的2一3次方成正比。

在除尘技术中，为了减轻粉尘的磨损，需要适当地选取除尘管道中的流速和壁厚。

对磨损性大的粉尘，最好在易于磨损的部位，如管道的弯头、旋风除尘器的内壁等处采用耐磨材料作内衬。

内衬除采用一般的耐磨涂料外，还可以采用铸石、铸铁等材料。

8、粉尘爆炸性

在一定的浓度和温度（或火焰、火花、放电、碰撞、磨擦等作用）下会发生爆炸的粉尘称为爆炸危险性粉尘。

爆炸危险性粉尘（如泥煤、松香、铝粉、亚麻等）在空气中的浓度只有在达到某一范围内才会发生爆炸，这个爆炸范围的最低浓度叫做爆炸下限，最高浓度叫做爆炸上限。

粉尘的粒径越小，比表面积越大，粉尘和空气的湿度越小，爆炸危险性越大。

对于有爆炸危险的粉尘，在进行通风除尘系统设计时必须给予充分注意，采取必要的防爆措施。

例如，对使用袋式除尘器的通风除尘系统可采取控制除尘器入口含尘浓度，在系统中加入隋性气体（仅用于爆炸危险性很大的粉尘）或不燃性粉料，在袋式除尘器前设置预除尘器和冷却管，消除滤袋静电等措施来防止粉尘爆炸。

9、粉尘荷电性

粉尘在其生产和运动过程中，由于相互碰撞、磨擦、放射线照射、电晕放电及接触带电体等原因而带有一定电荷的性质，称为粉尘荷电性。

粉尘荷电后其某些物理性质会发生变化，如凝聚性、附着性及其在气体中的稳定性等，同时对人体的危害也将增强。

粉尘的荷电量随温度的升高、比表面积的加大及含水率的减小而增大。

此外，荷电量还与粉尘的化学成份等有关。

电除尘器就是