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 The Design of Spraying Dust Removing System In Open-crushing
学生姓名 郝海斌 院（系）工程技术学院 专 业 安全工程 学 号 02407116
指导教师 程五一 职 称 教 授
摘要
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；
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ABSTRACT
ABSTRACT
Dust controlling is one of the difficult problems in safety production for a long time. The Open-crushing process of iron ore will produce a lot of dust, making the workplace to achieve a high dust concentration. It is not only harming the health of workers, causing dust pulmonary disease, but also causing damage on the production. Therefore, to design a Dust Removing System for the process of Open-crushing is one of issues to be solved immediately.
The design select spraying dust removing, based on the analysis of the equipment of dust removal and the mechanism of dust removal, which are commonly used. It has many advantages, such as low-cost, simple Structure, and easy to implement in the open air, it is also an effective dust control measures. According to the characteristic of dust in the process of Open-crushing, on the basis of analyzing atomization theory, dust removing principle, and the influence factors of dust removing efficiency, select the suitable type of nozzle, used here. To design the Water supply pipeline system and the sewer system of the dust removing system, we utilize the theory of the fluid mechanics. Utilizing the calculations theory of spraying dust removing efficiency, we calculate the efficiency of the spraying dust removing system, the results show that dust concentration in workplace reached the national standard requirements after the system used.
The design of spraying dust removal system has be completed, suitable for Open-crushing, the dust removing efficiency is 98% or even higher. When the system works, the dust concentration in the workplace is lower than the dust required concentration of Occupational exposure limits, and the harm to workers and damage to equipment by dust is reduced effectively.
Key words：Dust Removing; Spraying; Open-crushing;
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目录
目 录
1 建昌矿业公司概况 ..................................................................................................................... 1
1.1 概况 .................................................................................................................................. 1 1.2 矿区工艺流程及设备 ...................................................................................................... 3 1.3 破碎转载点产尘分析 ...................................................................................................... 7 2 粉尘性质 ..................................................................................................................................... 8
2.1 粉尘的分类 ...................................................................................................................... 8 2.2 粉尘的物理化学特性 ...................................................................................................... 8 2.3 粉尘粒度分析 ................................................................................................................ 10 2.4 粉尘浓度特征 ................................................................................................................ 10 2.5 粉尘的危害 .................................................................................................................... 11
2.5.1 对人体的危害 ..................................................................................................... 11 2.5.2 对生产的危害 ..................................................................................................... 11 2.5.3 对环境的危害 ..................................................................................................... 12 2.5.4 对社会的危害 ..................................................................................................... 12 2.5.5 对经济效益的影响 ............................................................................................. 12
3 除尘方案的确定 ....................................................................................................................... 13
3.1 常用的除尘设备及除尘机理 ........................................................................................ 13
3.1.1 重力除尘和惯性除尘 ......................................................................................... 13 3.1.2 电除尘器 ............................................................................................................. 14 3.1.3 过滤除尘器 ......................................................................................................... 16 3.1.4 湿式除尘器 ......................................................................................................... 17 3.2 除尘设备的选择依据 .................................................................................................... 19 4 喷雾除尘系统设计 ................................................................................................................... 20
4.1 喷雾除尘机理概述 ........................................................................................................ 20
4.1.1 单一雾滴捕尘机理 ............................................................................................. 20 4.1.2 喷雾形成机理 ..................................................................................................... 21 4.1.3 喷雾除尘系统 ..................................................................................................... 21 4.2 喷头的设计和选型 ........................................................................................................ 22
4.2.1 喷头介绍 ............................................................................................................. 22 4.2.2 扬尘区域和扬尘量 ............................................................................................. 23 4.2.3 喷雾面积和喷雾有效距离计算 ......................................................................... 23 4.2.4 喷头选型和个数计算 ......................................................................................... 24 4.3 系统排水量的计算 ........................................................................................................ 25 4.4 管道的选择设计 ............................................................................................................ 25
4.4.1 水管道管径的确定 ............................................................................................. 25 4.4.2 水管道材料的选择 ............................................................................................. 26 4.4.3 水管道布置原则 ................................................................................................. 27 4.5 阻力损失计算 ................................................................................................................ 27 4.6 水泵的选型 .................................................................................................................... 28
4.6.1 水泵选取原则 ..................................................................................................... 28 4.6.2 水泵选型计算 ..................................................................................................... 28 4.7 供电选择 ........................................................................................................................ 29
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目录
4.8 蓄水池设计 .................................................................................................................... 29 4.9 喷雾除尘效率计算 ........................................................................................................ 30
4.9.1 工作场所粉尘限值标准 ..................................................................................... 30 4.9.2 除尘效率影响因素分析 ..................................................................................... 30 4.9.3 喷雾除尘效率计算 ............................................................................................. 31
5 排水系统设计 ........................................................................................................................... 32
5.1 排水管道选型和设计 .................................................................................................... 32 5.2 污水池设计 .................................................................................................................... 33 6 喷雾除尘系统的运行和维护 ................................................................................................... 34
6.1 设备管理维护制度 ........................................................................................................ 34 6.2 喷头运行管理维护 ........................................................................................................ 34 6.3 管道的日常维护 ............................................................................................................ 34 6.4 水泵的日常维护 ............................................................................................................ 35 6.5 供电系统的管理维护 .................................................................................................... 36 6.6 水池的管理维护 ............................................................................................................ 36 结论 ................................................................................................................................................ 37 参考文献......................................................................................................................................... 38
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1 建昌矿业公司概况
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550 mm、蒸发量1481.2~2200 mm，每年7—9月份为雨季，多年平均最大24小时降水量102 mm。
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） 面积（km2） 矿业权拐点坐标 铁矿 0.9404 共18个拐点坐标： 卢头矿区： 1
伴生矿种 无 1 建昌矿业公司概况
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
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。
芦头 矿区：758.91万吨（111B），30.15万吨（122B）； 桑园 矿区：383.42万吨（122B）。 2
1 建昌矿业公司概况
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。
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1 建昌矿业公司概况
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（Jaw Crasher），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。
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1 建昌矿业公司概况
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。
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1 建昌矿业公司概况
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。
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1 建昌矿业公司概况
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
进料口尺寸（mm） 600×900 最大进料尺寸（mm） 600 250 排料粒度调整范围（mm） 65-160 25-60 产量主轴速度电机功机器重量（t） 16.5 2290×2206×2370 8.5 2192×1605×1415 外形尺寸（mm） 型号 PE600 （t/h） （r/min） 率（kw） 65-180 25-60 51-145 30-78 250 300 PEX250 250×1200
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。
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2 粉尘性质
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。
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2 粉尘性质
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。
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2 粉尘性质
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。电除尘器就是利用粉尘能荷电的特性进行工作的。
10、粉尘比电阻
面积为lcm2、厚度为lcm的粉尘层所具有的电阻值称为粉尘比电阻。其单位为Ω• cm。粉尘比电阻对电除尘器的工作有很大影响，最有利的电捕集范围为104一5×1010Ω•cm。当粉尘比电阻不利于电除尘器捞尘时，需要采取措施来调节粉尘比电阻值，使其处于适合于电捕集的范围。在工业中经常遇到高于5×1010Ω•cm的所谓高比电阻粉尘，为了扩大电除尘器的使用范围，可采取喷雾增湿、调节烟气温度和在烟气中加入导电添加剂（如三氧化硫、氨）等措施来降低粉尘比电阻。
2.3 粉尘粒度分析
前面介绍分析了该矿的工艺中的产尘点，主要是破碎工段、皮带运输、振动筛、摆式给矿等地点，本次设计主要是对颚式破碎机出料口转载点进行喷雾除尘设计。
根据北京建昌矿业有限责任公司提供的数据资料，该矿粉尘的游离二氧化硅含量在16.1%左右，属于矽尘（含游离二氧化硅10%—50%的粉尘）。颚破中碎工段的粉尘的粒径分布如表2-1所示。
表2-1颚破中碎粉尘粒度分布（%） 粒径（μm） 质量分数 ≥30 40.5 20~30 34.2 10~20 15.8 5~10 5.3 <5 4.2 2.4 粉尘浓度特征
主要考虑产尘点的产尘量，产尘点的粉尘污染范围，不同范围的浓度，为除尘设计提供标准符合性依据。
依据该矿提供的资料，查询知道该矿PE600型号的破碎机的产量是120t/h，由于该矿采取对矿石进行预湿，产尘量在1100mg/s左右。卸料口处下方皮带宽度1200mm，卸料长度
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2 粉尘性质
为800mm，进料口尺寸为600×900mm，卸料口粉尘污染范围是以破碎矿料与皮带接触点为中心，向四面和上方扩散，高度2m的范围内，较多粉尘扩散的距离在4m范围内，在这个范围内粉尘的浓度在20~50mg/m3；进料口的的粉尘污染主要是在进料口处向上部喷出并向外部扩散。但是由于在进料口处可以增设挡板，加上原矿石的阻挡和原矿石的湿润表面，上窜的粉尘基本被阻挡无法进入上部空气中。
粉尘扩散最远的距离可以达到10m左右甚至更远，但是这样的扩散需要有外部风力等条件的作用，在4~10m范围内粉尘粒径较小，浓度在几毫克到几十毫克。
2.5 粉尘的危害
2.5.1 对人体的危害
粉尘可随呼吸进入呼吸道，进入呼吸道的粉尘并不全部进入肺泡，可以沉积在从鼻腔到肺泡的呼吸道内。粉尘对人体的危害作用主要表现在以下四个方面：
（1）全身作用 长期吸入较高浓度粉尘可引起肺部弥漫性、进行性纤维化为主的全身疾病，即尘肺。吸入铅、铜、锌锰等毒性粉尘，可在支气管壁上溶解而被吸收，由血液带到全身各部位，引起全身性中毒。铅中毒是慢性的，但中毒者如果发烧，或者吃了某些药物和喝了过量的酒，也会引起中毒的急性发作；过量吸入铜的烟尘可能导致溶血性贫血；锌在燃烧时产生氧化锌烟尘，人吸入后产生一种类似疟疾的“金属烟雾热”疾病；长期吸入锰及其氧化物粉尘或烟雾，对中枢神经系统、呼吸系统及消化系统发生不良作用。
（2）局部作用 接触或吸入粉尘，首先对皮肤、角膜、粘膜等产生局部的刺激作用，并产生一系列的病变。如粉尘作用于呼吸道，早期可引起鼻腔粘膜机能亢进，毛细血管扩张，久之便形成肥大性鼻炎，最后由于粘膜营养供应不足而形成萎缩性鼻炎。还可形成咽炎、喉炎、气管及支气管炎。作用于皮肤、可形成粉刺、毛囊炎、脓皮病，如铅尘浸入皮肤，会出现一些小红点，称为“铅疹”等。
（3）致癌作用 接触如镍、铬、铬酸盐的粉尘，可以引起肺癌；接触放射性矿物粉尘、容易生成肺癌；石棉粉尘可引起皮癌。
（4）感染作用 有些有机粉尘如破烂布屑、兽皮、谷物等粉尘常附有病原菌，如丝菌、放射菌属等，随粉尘兹人肺内，可引起肺霉菌病等。
在粉尘对人体的危害中，粉尘对人的肺部的危害最为严重。粉尘对肺部的危害主要是由于长期吸入生产性粉尘而产生的尘肺病，是一种常见的危害性较大的职业病。尘肺病主要是由于粉尘的化学成分特别是粉尘中游离二氧化硅直接影响人体生理机能。长期大量吸入含结晶型游离二氧化硅的粉尘可引起矽肺病。
2.5.2 对生产的危害
粉尘对生产的危害主要表现在以下几个方面：
首先，工作场所大量的粉尘造成污浊的空气，恶劣的工作环境会使工人产生抵触情绪，不利于提供工人的工作积极性；长期在含粉尘的工作场所工作，工人的身体会受到一定的危害，影响工人生理机能，影响工作的正常进行。
第二，工作场所粉尘浓度过高，生产设备易磨损，导致生产设备的检修率和更换率增加，损耗大量的劳力和财力，还需要中断生产，影响正常生产的进行。
第三，由于工作场所粉尘浓度高，工作环境恶劣，导致一线工人跳槽到别的工作环境相
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2 粉尘性质
对好的企业，缺乏一线职工，影响正常的生产进行。
第四，工作场所粉尘浓度过高，能见度降低，易导致工人操作失误，发生事故，严重影响生产的正常进行。
2.5.3 对环境的危害
粉尘对环境的危害表现在各个方面，比如对植物、动物的危害，对生态环境的破坏等，但最主要是对大气的污染。粉尘的大量排放会导致大气严重污染，造成污浊的大气环境，人类和其他动植物失去了洁净的空气，导致整个生态环境的破坏。另外，大气中的粉尘对光的射，使大气的能见度大为降低，这是一种严重的大气污染现象。城市中这种污染最强烈，这种情况可能扩展到区域性范围以至全球范围。
2.5.4 对社会的危害
最为严重的是对处于粉尘作业环境中的工人造成的生理危害，长期接触粉尘易得尘肺病或矽肺病。目前尘肺病仍占中国九大职业病的首位， 它不仅严重地威胁着广大职工的身体健康，而且还给国民经济造成巨大的损失，对社会的文明进步也产生了不良影响。从1998年的资料看，作为职业病之首的尘肺，其新发病人数占全国职业病发病人数的49.1%，到 1998年底，全国累计尘肺病患者已超过53万人，累积死亡12万人，尚存尘肺病患者41万余人。目前，无论从接触粉尘人数、尘肺病患者累积数量、死亡数量和新发现病人数量，我国都居世界首位，严重制约了我国工业和经济的发展。
2.5.5 对经济效益的影响
企业是以追求经济利益为目的的，粉尘对企业经济效益的影响主要表现在以下几个方面：
首先，大量的粉尘由于在重力的作用下自然沉降，加大机器磨损，降低机器设备的使用寿命,设备检修周期短，造成财力的损耗。
第二，职工长期在粉尘浓度高的工作场所工作，已导致患尘肺病等职业病，丧失劳动能力，企业要负担其生活费用和医疗费用等，影响企业的经济效益。
第三，工作场所粉尘浓度未达到国家标准，相关部门会责令企业停产整顿，并处以罚款，影响企业生产的正常进行，导致企业经济效益的降低。
第四，工作场所粉尘浓度高，职工需要佩戴防尘的个人防护用品，这也是企业很大的开销。
另外，如果因为粉尘导致职工的操作失误，从而引发生产事故的话，将严重影响企业的经济效益。
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3 除尘方案的确定
3 除尘方案的确定
3.1 常用的除尘设备及除尘机理
粉尘的收集方法有很多种，按粉尘的控制机理可以分为：重力除尘、惯性除尘、离心除尘、水除尘、过滤除尘及电除尘。目前常用的除尘设备有沉降室、旋风筒、袋式除尘器以及电除尘器等。其除尘机理均离不开以下几个方面：
（1）扩散 小于1 p m的微小粒子在气体分子撞击下，像气体分子一样作布朗运动，如果尘粒在运动过程中和物体表面接触，就会从气流中分离。
（2）重力 气流中的尘料可以依靠重力自然沉降，从气流中进行分离，由于尘粒的沉降速度一般较小，这个机理只适用于比较大的尘粒。
（3）惯性碰撞 含尘气流在运动过程中遇到物休的阻挡时，气流要改变方向进行绕流，细小的尘粒会随气流一起流动，粗大的尘粒具有较大的惯性，它会脱离流线，保持自身的惯性运动，这样尘粒就和物体发生了碰撞，称为惯性碰撞，它是过滤式除尘器、湿式除尘器和惯性除尘器的主要除尘机理。
（4）离心力 含尘气体作圆周运动时，由于惯性离心力的作用，尘粒和气流会产生相对运动，使尘粒从气流中分离，它是旋风除尘器工作的主要机理。
（5）接触阻留 细小的尘粒随气流一起绕流时，如果流线紧靠物体表面，有些尘粒因与物体发生接触而被阻留，这种现象称为接触阻留。
（6）静电力 悬浮在气流中的尘粒，如带有一定的电荷，可以通过静电力使它从气流中分离。由于自然状态下，尘粒的荷电量很小，因此，要得到较好的除尘效果，必须设置专门的高压电场，使所有的尘粒都充分荷电。
各种常用除尘器的特点如表3-1 所示：
表3-1 常见除尘器的特点 除尘器名称 重力沉降室 惯性除尘器 旋风除尘器 水浴除尘器 电除尘器 袋式除尘器 文丘里除尘器
适用的粒径范围（μm） >50 20~50 5~15 1~10 0.5~1 0.5~1 0.5~1 效率（%） <50 50~70 60~90 80~95 90~98 95~99 90~98 设备费用 少 少 少 少 大 中上 少 运行费用 少 少 中 中下 中上 大 大 3.1.1 重力除尘和惯性除尘
重力除尘是利用气流减速形成粉尘颗粒重力沉降而使粉尘与气体分离的除尘技术，而惯性除尘是利用气流中尘粒的惯性力被分离的，主要是使气流急速转向或冲击在挡板上再急速转向，尘粒惯性效应将固体颗粒物从气流中分离出来。要求气流中固体颗粒物的质量浓度差值较大，主要优点是结构简单，容易操作和维护，适宜含尘量大的气体，但不宜处理具有腐
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3 除尘方案的确定
蚀性的气体，除尘效率一般为60%左右，适于捕集大于50μm的粉尘粒子。常作为多级除的预除尘使用，常见装置有：
（1）沉降室 是利用颗粒物的重力大于气体对它的浮力原理，在一个较大的密闭空间里，通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离出来的除尘装置。水平气流沉降室的构造主要由室体、进气口、出气口和集灰斗组成（如图3-1所示）。
图3-1 重力沉降室示意图
当气流进入时，由于扩大了流动截而积而使气流速度急剧降低，于是气体中较重的颗粒在重力的作用下缓慢地向灰斗沉降。沉降室的断面面积决定了烟气的速度，其长度又决定了烟气在室内的停留时间，因此，沉降室宜做得宽而矮，但又不能太长，以防占地太多。它具有结构简单，流体阻力小，施工简单等优点，但是它的收尘效率比较低。
（2）惯性除尘器 为了提高沉降室的除尘效率，在烟气通道中，设计一个或多个垂直挡板，当气流冲击挡板时，由于粉尘颗粒惯性较大，不能同气体一起改变方向而撞击到挡板上，其中的颗粒物因动能消失而尘降到下面的集灰斗中。与此同时，挡板还起到延长粉尘通行的路程，使其在重力作用下逐渐沉降下来。为提高分离效果，挡板还可用水膜润湿做成湿式挡板，以吸收酸性气体和其他可溶气体，不过这种污水需处理才能排放，沉渣则可以回收再利用。
（3）旋风除尘器 典型的惯性分离装置，它是利用气流在旋风筒中旋转，由于惯性力的作用，气流中的粉尘颗粒沉降在筒壁上，然后顺着筒壁下落至下灰筒排出。它具有构造简单，制造容易，操作可靠，体积小，价格低等优点。对于大于10μm的粉尘有较高的分离效率。
3.1.2 电除尘器
电除尘器是用高压直流电源(电压在4~7×104V)造成适当的均匀电场，利用强电场使气体发生电离即电晕放电，使烟气中的粉尘颗粒大部分带上负电荷，少量的正电荷。带负电荷的粉尘颗粒，在电场力的作用下分别向带正电荷的收尘板和电晕极运动，到达极板后放出电荷，粉尘本身就沉积在极板上；沉积在极板上的粉尘靠振打装置被振落，聚集到灰斗中排出。电除尘器除尘示意图如图3-2所示。
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3 除尘方案的确定
图3-2 电除尘器除尘示意图
电除尘器与袋式除尘器相比，它是一种高效率的除尘器，具有除尘效率高，阻力损失小，净化能力大，能处理高温、高湿、大风量及腐蚀性的气体，能量消耗少，运转费用低操作过程完全自动化，易于操作，故障率少等特点，但该类设备一般造价较高，一次性投资较大，钢材耗量大。
电除尘器根据不同的特点可分成不同的类型。根据收尘电极的形状可分为管式和板式电除尘器；根据气流的运动方向可分为立式和卧式电除尘器；根据粒子的荷电区及收集区的空间布局不同可分为单区和双区式电除尘器。不论那种类型的电除尘器都有供电和除尘两大部分，供电部分是变压整流装置，除尘部分有气流导向均布装置、电晕极、收尘极和清灰装置等。电除尘器可以按照粉尘的性质及净化要求增加电场的数目，也可以按气体的处理量增加除尘数目，这样既可以保证收尘效率，又可以适应不同流量的要求。
根据电除尘器的特性，影响电除尘效率的因素很多，如电压的高低、电晕极的形状、到收尘极的距离、粉尘的性质、气体参数、除尘器本身结构及操作安装等，其中以气体参数与粉尘性质影响最大。
（1）气体的参数影响
气体的温度、湿度、成分、密度及气流速度等均会影响收尘效率。气流速度过大，粉尘在除尘器的电场内的逗留时间就会缩短，减少了粉尘微粒与电离的气体相结合的机会，加大了粉尘微粒被高速气流带走的数量，同时也加大了己沉聚下来的粉尘再度被高速气流带走的数量，即加大了二次扬尘，从而影响收尘效率；气体的温度若过低，低到气体的露点，则会产生结露现象，使粉尘粘附在集尘极和电晕极上，即使振打也不能有效地使其晚落，粘附的粉尘量达到一定程度时，就会阻止电晕极产生电晕，从而影响收尘效率，电收尘器不能正常工作，严重时使收尘器完全失去作用:而气价乍的温度过高，还会造成构件受热，结构强度下降等。
（2）粉尘的性质影响
粉尘的性质主要是粉尘的比电阻、粒径分布、浓度三个方面影响除尘效率。 粉尘的比电阻是影响电收尘器收尘效率的一个很重要的因素，电除尘器对粉尘的比电阻有严格的要求，当粉尘的比电阻为104～5×1010Ω·cm时，除尘效果最好。
粉尘的粒径分布对于电除尘，粉尘的粒径在0.01~20μm比较经济，带电粉尘向收尘极
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3 除尘方案的确定
移动的速度与粉尘的粒径成正比。粒径越大，除尘效率越高，但过大的粉尘采用电除尘就有些浪费，可采用旋风除尘器来做预除尘以降低含尘浓度。
不同含尘浓度的气体应采用不同的除尘方法，电除尘器对气体的含尘浓度有一定的适应范围。由于电除尘器正常工作时，电晕电流基本上是气体电离所致，若含尘量超过一定的范围，则大部分空间离子电荷给了尘粒，而尘粒移动速度远低于离子的移动速度，电荷活动大大降低，使收尘器形成所谓的电晕封闭，电流下降，因而除尘效果也降低，甚至中止除尘过程。
3.1.3 过滤除尘器
常见的过滤除尘器有布袋式除尘器，是一种利用天然纤维或无机纤维等材料作过滤布制成各种形状的滤袋，用滤袋将气体中的粉尘过滤出来的净化设备。因滤布都做成袋形，故一般称为袋式除尘器，它主要由袋室、滤袋、框架、清灰装置等部分组成。其优点是设备运行参数稳定，体积质量变化对其效率无影响，由于它除尘效率高，运转稳定，适应性强，事故少，维修方便，设备费用合理，所以在企业中广泛应用。机械清灰袋式除尘器的示意图如图3-3所示。
图3-3 机械清灰袋式除尘器示意图
袋式除尘器是以滤袋作为过滤材料，靠风机抽风，使整个袋除尘在负压下工作，含尘气体从下部进入袋中，由于滤孔的孔径为10~20μm左右，所以大于滤孔的粉尘颗粒会被滤袋阻止；1~10μm左右的粉尘颗粒通过曲折的滤孔时，粉尘会因惯性作用撞击到纤维上失去动能而附着在滤袋上被收集；小于1μm的粉尘由于本身的扩散及静电作用，而滤孔的孔径又小于其热运动的自由径，因而撞击到纤维上被收集。经过滤后的气体经风机排放入大气中。随着粉尘在袋子表面上的聚集，气流阻力就越来越大，滤袋容易破坏，风机的负荷也会过大，因而要定期将粉尘清除。滤袋上的粉尘有粉尘膜与粉尘层之分，前者与滤袋为一体，在清灰的过程中也不能除去，它成为滤布外的第二过滤介质；后者则是可清除的粉尘层。
袋除尘器的结构形式多种多样，在除尘器中，袋除尘器的种类最多，按滤袋形状可分为圆袋、扁袋和异型袋式除尘器；按滤袋的滤尘方向分为内滤式除尘器和外滤式除尘器；按通
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3 除尘方案的确定
风方式分为负压式除尘器和正压式除尘器；按清灰方式可分为机械振动式袋除尘器、脉冲喷吹袋除尘器及逐气流反吹袋除尘器等等。
影响袋除尘效率的因素有：
（1）空气中的含尘量及过滤风速
过滤风速会随着粉尘浓度的高低而不同。当过滤风速一定时，粉尘浓度增大，使单位时间沉降在滤袋上的粉尘增多，过滤阻力就会大。如果粉尘浓度一定，过滤风速大，单位时间内沉降在滤布上的粉尘量也会增大，造成阻力增大。如果两者都增大的话，过滤阻力就会增大更多，从而导致滤袋泄漏破损、滤袋张力松弛等情况。
（2）控制清灰的周期和时间 袋式除尘器的要害在于清灰，清灰的效果在最大程度上决定着袋除尘设备乃至整个系统的成效。两次清灰间隔的时间称为清灰周期，清灰过程所用的时间称为清灰时间。清灰周期过长，滤袋上的粉尘如果不能及时清除，则会造成系统的阻力增大，风机的排风量减小；清灰时间过长或强度过大，将会使一次附着粉尘层被清落掉，易造成滤袋泄漏和破损。清灰时清除的效果也会影响其除尘的效率，因此必须定期清灰。
（3）气体温度、湿度
如果气体中有大量的水分，或者是气体温度过低至露点或接近露点，水分容易在滤袋土凝结，使粉尘粘结在滤袋上不易脱落，网眼被堵塞，使除尘无法进行。所以有必要时要对气体管道及除尘器进行保温，防止漏风，或者是在袋收尘内部加上加热装置，要求气体温度高于露点15度以上。
3.1.4 湿式除尘器
湿式除尘设备是让固体颗粒与液滴充分接触，气体穿过水层，在强烈的湍流状态下进行传质交换，以达到清洗作用等。湿式除尘器可清除5μm以上颗粒物，效率一般为90%-95%。日前常见湿式除尘器有二大类：
（1）湿式洗涤塔除尘器 喷雾是一种低能耗的洗气法，沿含尘气流流的逆向喷雾，可使液滴的力直接拦截固体颗粒。喷滴的大小与液滴接触颗粒的几率有关，较理想的液滴为100μm左右。另一方面，雾状的液滴和含尘气流中的颗粒物在混台空间中进行分子布朗运动也有利于液滴与颗粒物碰撞按触。因此除尘效果在一定范围内与液滴颗粒大小成反比。湿式洗涤塔除尘器结构示意图如图3-4所示。
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3 除尘方案的确定
清洁气体
含尘气体 循环水
含尘水
图3-4 湿式洗涤塔除尘器结构示意图
（2）文丘里湿式除尘器 该装置的核心是文丘里缩放喷管，气流先经过收缩区压缩，通过喉部时速度达60-200m/s，此时在喉部喷入的水滴，将被高速气流的动能冲击成水雾，并强烈地紊流入气流中。含尘气流带走的液滴通过旋风分离器，除尘效率可达95%，但文丘里管磨损严重，维修费用大。文丘里湿式除尘器结构示意图如图3-5所示。
图3-5 文丘里湿式除尘器结构示意图
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3 除尘方案的确定
3.2 除尘设备的选择依据
除尘器的选择主要根据含尘气体的处理量、含尘量、温度、粉尘的性质、接触限值、维护难易程度、投资等一系列参数去进行选择。
（1）含尘气体的处理量 铁矿厂产尘设备较多，不同规格的工艺设备产生的含尘气体量和含尘浓度各不相同，因此选择除尘设备首先应该考虑的是含尘气体的处理量和含尘浓度，据此选择相对应净化能力的除尘器。
（2）含尘气体的浓度 气体的含尘浓度较高时，在电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力的初净化设备，去除粗大尘粒，有利于它们更好地发挥作用。例如，降低除尘器入口的含尘浓度，可以提高袋式除尘器的过滤风速，防止电除尘器产生电晕闭塞，对湿法除尘器则可以减少泥浆处理量，节省投资及减轻工人的体力劳动。
（3）含尘气体的温度及粒径分布 对于高温、高湿的气体不宜采用袋式除尘器，另外不同除尘器对不同粒径的粉尘除尘效率是完全不同的，选择除尘器时必须首先了解处理粉尘的粒径分布和各种除尘器的分级效率。
（4）含尘气体的性质 粉尘的性质对除尘器的性能具有较大的影响，例如粘性大的粉尘容易粘结在除尘器的表面，不宜采用干法除尘;比电阻过大或过小的粉尘，不宜采用静电除尘;水硬性或疏水性粉尘不宜采用湿法除尘。
（5）工作场所粉尘接触限值 国家规定了不同粉尘的工作场所职业接触限值，粉尘不同，该接触限值也不同。《工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素（GBZ 2.1-2007）》详细地规定了各类粉尘的工作场所职业接触限值。选用的除尘器必须满足工作场所职业接触限值规定的浓度。对于运行工况不太稳定的系统，要注意风量变化对除尘器效率和阻力的影响，以保证净化后的粉尘浓度不超过国家标准。
（6）效率与阻力 各种除尘器的经济效果与要求的除尘效率是有关的，应综合考虑气体处理量、接触限值、除尘效率、阻力等诸因素，以保证在最低能量消耗的基础上取得最高效率的气体净化效果。
（7）除尘器的投资与维护治理工程 投资和运行维护费是除尘器的经济指标，工程投资主要是指除尘器的材料消耗（如耗钢量、滤袋、耐磨材料等）、加工制作费用、安装费用，以及除尘器的各种辅助设备费用；除尘器的运行维修费包括维修所需的各种材料、备品备件以及易损件的调换与补充所需的费用。二者是评定除尘器的重要指标之一。
（8）场地及给排水、供电等条件 除尘器允许占用空间以及附近给排水、供电等辅助条件也是选择除尘设备的一个重要的依据，必须与除尘设备的经济指标一并考虑。
从该矿的实际情况看，粉尘污染严重需设计除尘的是露天的破碎工位，与一般粉尘除尘设计不同的是，该工位粉尘存在于工人作业空间，并且存在于露天空间，这就导致该工位的除尘的特殊性。一般除尘设计是针对密闭空间（或相对密闭空间），采用通风方式，使得含尘气流引入除尘器，达到粉尘净化的目的，再将净化后的含尘气流排放到大气中。如果对破碎机进行密闭通风配合除尘器除尘的话，初期投资比较大，将会耗费大量的人力和物力，从其经济效益来说不是很好的选择。破碎机工位附近空间有限，不适合大型除尘设备的安装和使用。综合选择除尘设备的诸多考虑因素，以及经济性考虑，拟采用喷雾除尘系统来进行破碎工位的粉尘净化，并达到预期的效果，满足相关国家标准的要求。
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4 喷雾除尘系统设计
4 喷雾除尘系统设计
4.1 喷雾除尘机理概述
4.1.1 单一雾滴捕尘机理
当含尘气流流过液滴时，液滴掠过粉尘，大部分尘粒与空气穿过液滴，一部分尘粒接触液滴表面而附于其上，因此，液滴在其运动路径上捕集一些粉尘，而不是全部粉尘。长期以来，人们对单一雾滴捕尘机理进行了深入研究，主要的是以下五种捕尘机理。
（1）重力沉降
含尘气流在运动时，粒径和密度大的尘粒可能因重力作用自然沉降下来被雾滴捕集。重力作用取决于尘粒的大小，密度和气体流速。只有尘粒较大、密度大、空气流速小时重力作用才比较明显。
（2）惯性碰撞
较大尘粒在运动过程中遇到雾滴时，其自身的惯性作用使得它们不能沿气体流线绕过雾滴，仍保持其原来方向运动而碰撞到雾滴，从而被雾滴捕集，其捕集效率取决于气体速度、尘粒的运动轨迹和雾滴对尘粒的附着能力。
（3）截留
作为惯性碰撞的模型是假设尘粒只有质量，没有体积，因为有质量就有惯性。研究截留的机理时认为尘粒有大小而没有质量，因此不同大小的尘粒都跟着气体的流线绕流雾滴。如果在流线上尘粒与水滴的表面距离小于粉尘的半径，尘粒就会被水滴截获而粘附于水滴表面。
（4）扩散
当含尘气流中的粉尘粒径小于2μm以下，这些尘粒在随气流运动时就不再沿着气体流线绕流雾滴，因而也就再不能遵循惯性碰撞或截留的机理。由于气体分子之间的热运动而产生的不规则运动，使气体分子撞击着粉尘颗粒而使其作布朗扩散，可以使粉尘颗粒均匀地分布于整个气体空间。如果有一雾滴置于气体之中，一些超微颗粒就通过布朗扩散而沉降在雾滴的表面上，无形中把这些超细微粒从气体中捕集分离出来。
（5）静电捕集
静电捕集就是用大量带电荷的雾粒，利用电荷之间的库仑力来有效捕捉微细粉尘。静电作用主要与粉尘介电常数、雾粒和粉尘上的电荷量有关。普通喷雾洒水的降尘机理起主要作用的是惯性碰撞和扩散截留机理，所以在捕集呼吸性粉尘时存在着两大主要缺点：一是因为呼吸性粉尘的惯性小，在将要与水雾颗粒相碰撞时要改变其运动轨迹而绕雾粒运动，极难被水雾所捕集。二是即使有少数呼吸尘和水雾粒相碰撞，由于凝聚力小而容易再分离，这就是水雾粒(尤其是较大水雾粒)对呼吸尘捕集效率低的原因。
上述机理的综合作用，就是常规喷雾降尘机理，如图4-1所示。在实际粉尘捕捉过程中几种降尘机理是同时存在的。
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4 喷雾除尘系统设计
图4-1 喷雾除尘机理示意图
4.1.2 喷雾形成机理
喷雾形成机理[1]：具有一定压力的水进过喷嘴时，在喷嘴内部喷芯作用下水流运动方向发生改变。喷芯搅动水流，使之运动方向呈发散状态，经过喷嘴出水孔，水流保持发散状态，在流出喷嘴后发散的水流与空气相作用，由于比较大的相对速度，水流的液滴不断破裂，形成微细的水滴，水滴在一定的空间内分布。水滴细微，粒数很多，液滴密集分布，形成水雾。喷嘴出口雾化示意图如图4-2所示。
图4-2 喷嘴雾化示意图
4.1.3 喷雾除尘系统
设计喷雾除尘流程图如图4-3所示。
21
4 喷雾除尘系统设计
管道
蓄水池 水泵
开关
管 道
管 道
废水池
管 道
管道
管道
废水回收
喷头
粉尘回收
图4-3 喷雾除尘系统流程图
4.2 喷头的设计和选型
4.2.1 喷头介绍
喷嘴的形式多种多样，但液体的雾化过程在物理本质上都是基本相同的。要使液体雾化必须首先将其扩展成很薄的液膜或很细的液流，然后使其在运动中受空气动力的作用，呈现不稳定性，薄膜或射流碎裂成丝条和大的雾滴，最后破碎成小雾滴。喷嘴喷射过程的功能无非是：第一，得到液体与周围介质气体之间的相对运动；第二，让液体通过特定设计的流路展成膜或细射流，流路可以是窄缝、槽或小孔，或通过旋流使液体在喷嘴内表面延展变薄，或由旋杯做高速旋转运动带动液体展成薄膜。通常认为实现液体雾化的最有效途径是提高液体与周围空气之间的相对速度。
一般情况下，相对速度越高，雾滴的平均直径越小。为了获得大的相对速度，一类喷嘴是将液体以较高的速度喷入低速运动或静止的介质中，如压力喷嘴、旋转喷嘴；另一类则是将低速运动的液体置于相对高速运动的气体介质中，如气动雾化喷嘴。下面对目前常用的各型式喷嘴做简单介绍[2]：
（1）压力喷嘴
压力喷嘴将压力转换为流体动能，以形成高速运动的液柱射流或液膜射流，与周围低速的气体介质相遇，液柱或液膜在破碎力与反破碎力作用下破碎，最后完成雾化。各行业所用喷嘴大多属于这种型式，压力喷嘴主要包括有直射喷嘴和离心喷嘴。
直射喷嘴在压差作用下，液体经喷口喷出，在流体动力和表面张力的作用下进行雾化。直射喷嘴喷口直径一般为2~4mm，直径太小易堵塞，过大雾化较差。直射喷嘴的喷射锥角一般在5°～150°之间。雾滴主要分布在喷嘴轴线附近很窄的范围内。直射喷嘴主要用于
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4 喷雾除尘系统设计
柴油发动机，冲压喷气式发动机，喷气发动机的加力燃烧室中。
离心式喷嘴有典型的两种。一种是具有切向进口的离心式喷嘴，液体经过喷嘴壳体上的切向孔进入离心室，然后由孔口喷出。一种是具有旋涡器的离心喷嘴，液体进入螺旋槽，一边旋转一边向下作螺旋线运动，离开喷嘴出口后，液体微团不再受到内壁的约束，因而沿着轴向及切向运动，形成一个锥形薄膜，即所谓喷射锥。喷射锥角一般为60°—120°，此锥形薄膜中心是定的，离开喷嘴愈远，则液膜愈薄，最后分裂成小雾滴。喷嘴压降越大，喷射锥角越大，雾化效果越好。
（2）旋转喷嘴
旋转喷嘴的工作原理是将液体注入一个高速旋转的表面上，借助于离心力将液体均匀地甩出去，液膜破碎，完成雾化。旋转喷嘴雾化效果受粘度的影响不大，有利于粘度大的流体，所以这种系统在重质燃油燃烧的应用上很有潜力。目前，旋转喷嘴主要应用于化工、食品工业的喷雾干燥，喷淋冷却等。
（3）气动喷嘴
气动喷嘴包括空气辅助雾化喷嘴和压气雾化喷嘴，两者的共同工作原理是借助于流动的气体的动能将液柱或液膜吹散，破碎成雾滴。它们的主要差别是所需的空气的来源和速度不同。主要应用于工业锅炉，工业燃气轮机中和一些要求较细雾滴的场合。在气动雾化喷嘴中，当空气以较大的速度和流量喷出，和液体流束相遇时，气体便与液体表面产生冲击和摩擦，使液体表面受到外力的作用。这种外力大于液体的内力(表面张力及粘性力)时，液体流束便会破碎成分散的小雾滴。只要外力大于液体的内力，液体的雾化过程就将继续下去，直到作用在液体表面上的内力和外力达到平衡之后，雾滴将不再破碎，雾化过程便到此结束。气动喷嘴的具体型式有很多，比较典型的有Y型、T型、对冲型等。另外，还有一些喷嘴把这几种型式组合起来，但仍属于气动喷嘴，较典型的有浙江大学热能工程研究所开发的撞击式喷嘴。
（4）气泡雾化喷嘴 在气泡雾化喷嘴中，使用空气作为雾化剂，所采用的方法就是在喷嘴出口前安装一气流管道，管的头部有一定数量的小孔。气体在很低的压力下以很低的速度喷进液体流场中，气液压差仅使液体不回流入气管。液体流过喷口时被气泡挤压成薄膜或小碎片。小气泡从喷口出来之后爆裂，这种爆裂相当于给液膜增加了扰动，促使液膜破碎成更小的雾滴。
（5）静电雾化喷嘴
在静电雾化时，雾滴处于电场中，带有电荷，电荷之间的斥力使得液膜表面积扩大，而液体的表面张力又趋向于使表面积缩小，当电荷间斥力大于液体表面张力时，液膜破碎成小雾滴。静电雾化喷嘴雾化效果非常好，但喷射流量小，只适合用于喷涂，印刷等行业。
4.2.2 扬尘区域和扬尘量
在2.4粉尘浓度特征章节已经说明。由于实际的情况比较复杂，所以假设粉尘扬尘区域为4×4m区域，粉尘污染高度2m。扬尘量为1100mg/s。
4.2.3 喷雾面积和喷雾有效距离计算
虽然粉尘污染区域会比较大，大多粉尘是由于扩散作用，从扬尘区域扩散到污染区域，造成污染区域扩大。由粉尘扬尘区域分析，只需要控制扬尘区域粉尘，扬尘区域的粉尘得到控制，同时粉尘也就无法向外扩散污染。
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4 喷雾除尘系统设计
喷雾区域面积S可以确定为：S44m16m
喷头设置在卸料口周围距矿料卸落点2.5m，那么喷雾的有效距离应该达到2~2.5m。
224.2.4 喷头选型和个数计算
本设计选用简式旋流喷头[3]，该喷头结构简单、可靠性高、雾化质量好、需要的功率小，目前应用非常广泛。其结构及参数示意图如图4-3所示。
图4-3 旋流喷嘴示意图
在文献[4]中，对喷头的原理、参数、结构、影响因素等有详细的说明。对于一定的大小雾粒其捕集粉尘的最小粒度公式为：
dmin18•D• （4-1）
•式中： σ——空气的黏度系数；
D——雾粒的直径； μ——水的粘度； ν——相对速度； ρ——粉尘密度；
资料表明，一般情况下最佳降尘效果的水滴的直径是100μm。一般情况下喷嘴直径、喷雾压力与雾粒直径有一个对应关系，这个关系是一个经验公式：
K1.97P1 D （4-2） 1.26d0•P式中：D——雾粒的直径，μm； K——比例系数，等于34530；
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4 喷雾除尘系统设计
d0——喷嘴直径，mm； P——水压，kg/cm2；
取喷嘴直径d0=1mm，压力P=7.5Mpa，利用上述经验公式计算可得雾粒直径：
K1.97P1D86.9m
d0•P1.26在喷嘴直径d0=1mm，压力P=7.5Mpa的情况下，喷射角为80°，喷射距离为5m，喷射有效面积为10m2[4]。实际扬尘面积为16m2，选取喷头个数n=4。
烟尘点粉尘的速度范围比较大，速度大的在10ms左右，甚至更大，雾滴喷出是也具有一定的速度，考虑选取适中值，取雾滴与粉尘的相对速度为：20m/s。查相关手册，可得在压强为101.325kPa，温度为20℃的条件下时，17.910Pas，
61.01103Pas，又知ρ=4.8g/cm3，代入公式4-2，可得除尘的最小粒径为：
dmin18•D•0.02m
•故理论计算可捕集的最小粉尘颗粒为0.02μm。
4.3 系统排水量的计算
总流量计算公式[5]：
Qnqf （4-3） 式中：Q——喷雾降尘所需要的供水量，m3/h；
n——喷雾个数；
f——喷嘴同时供水的系数，一般取0.6~0.7； q为单个喷嘴的耗水量，m3/h；
取f=0.7，q=15 m3/h[4]，代入公式4-3中，得：
Qnqf40.715m/h42m/h
334.4 管道的选择设计
4.4.1 水管道管径的确定
输水管径的大小直接影响管路系统的压头损失。相同流量下，管径小则流速大，压头损失也大；管径大则流速小，压头损失也较小。输水管径计算公式：
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4 喷雾除尘系统设计
D04Q （4-4）
式中：Q——管道流量
0——流速，当静水供水压力时，0=1.2~2.0m/s；动压时0=0.7~1.0m/s； 取0=1.0m/s，由公式4-4可得： D04Q0122mm
规格统一，取D0125mm，则实际流速为：
04Q0.95m/s 2D04.4.2 水管道材料的选择
目前使用的管道主要有三大类：第一类是金属管，如内搪塑料的热镀铸铁管、铜管、不锈钢管等；第二类是塑复金属管，如塑复钢管，铝塑复合管等；第三类是塑料管，如PP-R（交联聚 丙烯高密度网状工程塑料）。
（1）金属管
镀锌管，应用于供水管道，易安装易维修更换，结构简单，价格低，被广泛应用到各类供水管道。但是因为长期与水接触，使用几年后，管内产生大量锈垢，故在饮用水管中渐渐被其他类材料替代。
铜管，具有耐腐蚀、消菌等优点，是水管中的上等品，铜管接口的方式有卡套和焊接两种。卡套长时间存在老化漏水的问题，所以安装铜管的用户大部分采用焊接式，焊接就是接口处通过氧焊接到一起，这样就能够跟PP-R水管一样，永不渗漏。铜管的一个缺点是导热快，所以有名的铜管厂商生产的热水管外面都覆有防止热量散发的塑料和发泡剂。铜管的另一个缺点是价格昂贵，所以在饮用水管道中有应用，在工业供水中很少用。
不锈钢管，属于非常贵的水管，施工困难，很少被采用，性能与铜管类似。 （2）塑复金属管
铝塑复合管，是市面上较为流行的一种管材，其质轻、耐用而且施工方便，其可弯曲性更适合在家装中使用。主要缺点是在用作热水管使用时，由于长期的热胀冷缩可能会造成卡套式连接错位以致造成渗漏。目前在市场上销售的铝塑复合管品种众多，质量、价格差异很大。
（3）塑料管
UPVC管，实际上就是一种塑料管，接口处一般用胶粘接，UPVC管的抗冻和耐热能力都不好。所以冷热水管都很少用，PVC管适用于电线管道和排污管道，近年内科技界发现，能使PVC变得更为柔软的化学添加剂酞，对人体内肾、肝、睾丸影响甚大，会导致癌症、肾损坏，破坏人体功能再造系统，影响发育。其应用就受到了限制。
PPR管，作为一种新型的水管材料，它既可以用作冷管，也可以用作热水管，由于其无毒、质轻、耐压、耐腐蚀，正在成为一种推广的材料。也适用于热水管道，甚至纯净饮用水
26
4 喷雾除尘系统设计
管道。PPR管的接口采用热熔技术，管子之间完全融合到了一起，所以一旦安装打压测试通过，不会象铝塑管一样存在时间长了老化漏水现象，而且PPR管不会结垢。PPR水管的主要缺陷是：耐高温性，耐压性稍差些，长期工作温度不能超过70℃；每段长度有限，且不能弯曲施工，如果管道铺设距离长或者转角处多，在施工中就要用到大量接头；管材便宜但配件价格相对较高。
综合各种材料的优缺点以及经济性问题考虑，选择普通的镀锌铁管作为喷雾除尘系统的供水管道。
4.4.3 水管道布置原则
在设计布置管道时，应注意如下事项：
（1）合理选择管道直径，管道直径大，在相同流量下、液流速度小，阻力损失小，但价格高，管道直径小，会导致阻力损失急剧增大，使所选泵的扬程增加，配带功率增加，成本和运行费用都增加。因此应从技术和经济的角度综合考虑；
（2）排出管及其管接头应考虑所能承受的最大压力；
（3）管道布置应尽可能布置成直管，尽量减小管道中的附件和尽量缩小管道长度，必须转弯的时候，弯头的弯曲半径应该是管道直径的3～5倍，角度尽可能大于90℃；
（4）水泵的排出侧必须装设阀门（球阀或截止阀等）和逆止阀。阀门用来调节泵的工况点，逆止阀在液体倒流时可防止泵反转，并使泵避免水锤的打击。（当液体倒流时，会产生巨大的反向压力，使泵损坏）。
4.5 阻力损失计算
供水管道材料选择为普通镀锌管（0.4mm，0.036），管径为125mm，管道总长度为1200m，供水系统所用的各局部部件[6]如表4-1所示：
表4-1 系统局部部件参数
局部装置名称 90°肘管 三通 单向阀 进口 转子流量计 渐缩管（喷头处）
沿程阻力损失计算，由局部阻力损失计算公式：hfle/d（或局部阻力系数ξ） 30 10 75 200 300 ζ=0.5 个数m 5 3 2 1 1 4 lv2d02g，可得：
0.03612000.952hf15.9m水柱
d02g0.12529.8lv227
4 喷雾除尘系统设计
v2lev2局部阻力损失计算，局部阻力计算公式：hj 2gd02g由表4-1可得：le(305103752200300)d0103.75m
v2103.750.0360.952 hj(i)0.541.5m水柱 d02g0.12529.8le总阻力损失计算：
Hhfhj(15.91.5)m水柱17.4m水柱
水泵压力计算公式：
P0(Hh)P，式中P为喷头压力，γ为水的重度（N/m3），h为喷头与
水泵位置的高度差，本次系统设计h=8m（即水泵位置比喷头低8m）。
由9800N/m，可得：
6 P0(Hh)P[(17.48)98007.510]Pa7.75MPa
34.6 水泵的选型
4.6.1 水泵选取原则
所谓合理选泵，就是要综合考虑泵机组和泵站的投资和运行费用等综合性的技术经济指标，使之符合经济、安全、适用的原则。具体来说，有以下几个方面：
（1）必须满足使用流量和扬程的要求，即要求泵的运行工次点（装置特性曲线与泵的性能曲线的交点）经常保持在高效区间运行，这样既省动力又不易损坏机件；
（2）所选择的水泵既要体积小、重量轻、造价便宜，又要具有良好的特性和较高的效率；
（3）具有良好的抗汽蚀性能，这样既能减小泵房的开挖深度，又不使水泵发生汽蚀，运行平稳、寿命长；
（4）按所选水泵建泵站，工程投资少，运行费用低。
4.6.2 水泵选型计算
选择系统所需水泵的基本数据如下：
（1）所用介质是水，重度为9800N/m3，粘度较小，无腐蚀性和毒性，不含固体颗粒，基本在常温下使用。
3（2）所需流量Qs应该满足：QsQ42m/h，取一定的余量，则取： 3 Qs1.2Q50.4m/h
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4 喷雾除尘系统设计
（3）考虑管道压力损失、地理位置高度差和满足条件的喷头压力，水泵的压力PS应该满足：PSP07.75MPa，取余量系数为1.2，则取
PS1.2P09.3MPa （4）计算水泵扬程：HShH2022g45.8m
（5）管道系统数据在4.4中已详细说明。
根据以上参数以及水泵选取原则，查水泵产品目录，选取TSWA型卧式多级离心泵，具有效率高、运行噪声低、结构合理、使用寿命长等特点。可供输送80℃以下的清水或物理、化学性质类似于水的液体，广泛适用于工厂、矿山、建筑的给排水。选取的具体型号和参数如表4-2所示：
表4-2所选取的水泵型号和参数 型号 级数 流量Q（m3/h） 扬程（m） 配套电机型号功率 吸程（m） 汽蚀余量 转速（r/min） 单价（元） 全套（元）
100TSWA 3 69 46.8 Y160L-4 15KW 7 3.3 1450 7400 10800 4.7 供电选择
由水泵型号确定配套的电机型号为Y160L-4，功率为15KW，额定电压为380V，电压频率为50Hz。该型号电机是全封闭自冷式鼠笼型三相异步电动机，具有高效、节能、起动转矩高、噪声小、可靠性高、寿命长等优点。采用B级绝缘，外壳防护等级为IP44，冷却方式为IC411。
电动机供电直接由矿区动力电压系统供给。电线长度约为500m。
4.8 蓄水池设计
考虑该矿的实际情况，水源情况，以及供水距离等条件，蓄水池设在距离颚破中碎工位1200m的地方，比破碎机卸料口（即喷头处）在垂直方向上低8m。为了满足供水要求，并且考虑经济性和实地条件，设计蓄水池的尺寸为：长10m，宽8m，深5m，其容量为400m3，可供水泵抽水至少8小时的供水量。蓄水池的水由矿区的工业用水直接供给。
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4 喷雾除尘系统设计
4.9 喷雾除尘效率计算
4.9.1 工作场所粉尘限值标准
根据北京建昌矿业有限责任公司提供的数据资料，该矿粉尘的游离二氧化硅含量在16.1%左右，属于矽尘（含游离二氧化硅10%—50%的粉尘）。依据国家标准GBZ 2.1-2007工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素的规定，该类粉尘的浓度要求：总尘浓度PC-TWA不得超过1mg/m3，呼吸性粉尘PC-TWA不得超过0.7mg/m3。其中PC-TWA是时间加权平均容许浓度（permissible concentration-time weighted average），以时间为权数规定的8h工作日、40h工作周的平均容许接触浓度。
4.9.2 除尘效率影响因素分析
喷雾降尘是将水雾化成微细雾滴，喷射于空气中与浮尘碰撞接触，尘粒被水捕捉而附于水滴上，从而加速其沉降，使之尽快变为落尘。影响喷雾降尘效率的因素主要有如下几个：
（1）粉尘与雾滴的相对速度 它们之间的相对速度越大，两者碰撞时动量大，凝聚效率就越高，同时，有利于克服液体表面张力而被湿润捕获。
（2）雾滴粒径 喷雾形成雾滴粒径的大小是影响降尘效率的重要因素，在水量相同情况下雾滴越细小，雾滴数量就越多，比表面积大，接触尘粒机会就多，产生碰撞、截留、扩散及凝聚效率也高；但雾滴直径过小，雾滴容易随气流一起运动，减小了粉尘与液体捕集体的相对速度，降低了碰撞效率，且在沉降过程中容易蒸射。
（3）粉尘的润湿性 润湿性好的粉尘，亲水粒子很容易通过液体捕集体，碰撞、截留、扩散效率高；润湿性差的粉尘与水接触碰撞时，能产生反弹形象，显然其碰撞、截留、扩散效率低，除尘效率低。
（4）耗水量 单位体积的含尘空气耗水量越大，在雾滴粒径相同的情况下，雾滴数量就多，接触尘粒机会就多，产生碰撞、截留、扩散及凝聚效率也高，除尘效率也越高。
（5）液体黏度及粉尘密度 液体黏度越大，液体越不易产生细小颗粒雾滴，除尘效率也越差；粉尘密度越大，产生碰撞效率也越高，粉尘越易沉降，除尘效率也越高。
（6）水雾作用范围与雾化效果 水雾作用范围是指喷嘴喷出的雾体所占据的空间，雾化角的大小对合理布置系统中喷嘴有着重要的影响。
（7）喷雾器安装位置 压力水从喷孔喷出后，随着离喷孔距离的增加，雾滴运动速度、单位体积的雾滴数量及雾体分布呈衰减态势，距离越远，雾粒越分散，雾滴运动速度和单位体积的雾滴数量越少，降尘效果越差，但雾体距喷雾出口太近，喷雾作用范围小，因此，喷雾器与产尘点的距离应根据现场实际确定。
（8）空气参与雾化作用的量 空气参与雾化的量越多，雾滴粒径越细，雾滴密度越大，雾滴分布越均匀，喷雾质量越好，降尘效果越显著。目前在工业锅炉，工业燃气轮机中广泛应用的气动喷嘴就是利用压缩空气来改善雾化质量。这种喷嘴需要供水和供气两套管路，结构相对复杂，但是对煤矿中呼吸性粉尘的沉降效果明显，已经在部分煤矿的综采工作面开始应用。
30
4 喷雾除尘系统设计
4.9.3 喷雾除尘效率计算
喷雾除尘效率计算公式[]：
2217.81kxdpp1 1exp 4-5 DDc15.32c104dpkp式中：k——实验常数，喷嘴直径为1mm时，k=1.44 Dc——雾滴粒径，μm dp——喷嘴出口直径，mm P——供水压力，Mpa
x——喷雾有效距离，m
由k1.44，p7.5Mpa，dp1mm，Dc86.9m，x5m，代入公式4-5，计算可得：
10.01998.1%
3粉尘浓度在20~50mg/m3，取平均浓度C035mg/m，则喷雾除尘后的粉尘浓度为： 3 CC00.665mg/m
与国家标准规定的PC-TWA比较： CPCTWA
故，该喷雾除尘系统满足要求。
31
5排水系统设计
5 排水系统设计
5.1 排水管道选型和设计
经过除尘后的污水含有大量的粉尘以及其他杂质，具有很强的腐蚀性，故选用在排水管道应用广泛的PVC管。由于排水管道的介质是含有大量粉尘的污水，故其管径应具有一定的余量。
在GBJ 14-2006室外排水设计规范中已经对排水管网设计做出了许多具体的规定，因此在污水管道设计中需要遵守下列规定：
（1）管径 在GBJ 14-2006室外排水设计规范中规定了如果污水管道设于街坊或厂区内，那管径最小为200 mm，如果设立于街道下面，那管径最小为300 mm，雨水管道和合流制管道的最小管径为300 mm；同时还指出在管径计算中，管径的递增或递减是非连续非均匀的。如果管径小于500 mm，那么管径的递增或递减以50 mm为一级，如果管径大于500 mm，管径的递增或递减以100 mm为一级。
（2）充满度h/D 在规范GBJ 14-2006中规定雨水管道和合流管道的设计按满流计算h/D=1，污水管道按不满流计算h/D<1，其设计规范如表5-1所示。
表5-1 管道的最大设计充满度
管径D（mm） 200~300 350~450 500~900 ≥1000 最大设计充满度（h/D） 0.55 0.65 0.70 0.75 （3）排水管渠的最小设计流速 在规范GBJ 14-2006中规定污水管道在设计充满度下为0.6m/s（含有金属、矿物固体或重油杂质的生产污水管道，其最小设计流速宜适当加大）；雨水管道和合流管道在满流时为0.75m/s；明渠为0.4 m/s 。
故选取流速p0.7m/s。由于含较多粉尘，管道污水排量选择为： Qp1.1Q46.2m/h
管道中污水最大的截面积近似计算公式为：S(32(h/D)10.5)0.25D2
假设管径在200~300mm，则h/D=0.55，管道中污水最大的截面面积近似计算公式为： S0.4175D 由公式QS，可得：
2 Dp
Qp0.4175p209.5mm
取统一规格：Dp250mm
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5排水系统设计
满足要求。
5.2 污水池设计
经过除尘的含尘污水，通过排水管道进入污水池。污水池设计需考虑：
（1）污水池的污水经处理后，淤泥和泥浆部分回收再利用生产铁粉，需要进入磁选工艺；回收水部分要再利用，供给到蓄水池；
（2）污水池设计需要考虑喷雾除尘后，污水经过管道能比较顺利进入污水池中； （3）该矿的实际情况，地理情况等条件 （4）污水池的污水处理量，容量等。
综合以上因素，选择污水池距离破碎工位120m，垂直落差为5m的地方，该处地点比较开阔，距离磁选工位50m，方便淤泥的回收再利用，污水进入量约为50m3/h，设计污水池的空间尺寸为：长10m，宽8m，深4m。故其储水量为320m3。
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6 喷雾除尘系统的运行和维护
6 喷雾除尘系统的运行和维护
6.1 设备管理维护制度
设备的维护状况，是指设备的使用、维修、保养水平，设备优化维护率等。设备维护除了《设备使用维护规程》中规定的日常维护内容外，还应针对设备的状况及评估结果做出维修计划，及时修理以保证设备的完好状况。
（1）各种标识牌做到经常清洗，达到字迹清晰、醒目，如因腐蚀等原因造成的标志牌损害、字迹模糊等要及时通知安全部门定做新牌；
（2）设备操作人员应根据设备维护规程的要求按一定频率来完成设备的检查、设备润滑，场地清扫等维护内容并填写到设备运行记录和设备润滑记录中；
（3）保持设备零部件及装置（如安全防护装置；各种仪器，仪表装置等）齐全，连接件牢靠（做到及时紧固），调整良好（做到及其调整）；
（4）设备本体及周围保持清洁、整齐。达到机光、马达亮（物见本色）；
（5）设备润滑装置保持齐全完好，油具、油料保持清洁，做到按点、按质、按时、按量加油，并有完整记录；
（6）各种设备的易损件要有充足的备件，以满足维修等的需要，保证设备正常运转； （7）操作者具有会使用、会维护、会检查、会排除故障的过硬基本功；
（8）操作者对设备使用、维护规程熟知，并能认真贯彻执行。对设备各项记录，按时填写，做到齐全、准确、清洁；
（9）交接班清楚，有完整的、准确的交接班记录。
6.2 喷头运行管理维护
喷头设备是喷雾除尘系统的关键设备，该设备运行正常与否关系到整个系统的除尘效果，因此对喷头的正常运行管理和维护十分重要。对喷头的维护应做到：
（1）制定日常保养和定期检查维修制度，并加大执行力度；
（2）检查运行状况是否正常，喷头是否有堵塞，并保持喷头清洁； （3）经常检查并保证供水中不含颗粒物，防止喷头堵塞； （4）做好喷头的防腐工作； （5）做好喷头的维修更换记录；
6.3 管道的日常维护
供水设施维护检修，应建立日常保养、定期维护和大修理三级维护检修制度。 （1）日常保养应检查运行状况，使设备、环境卫生清洁，传动部件按规定润滑； （2）定期维护应定期对设施进行检查（包括巡检），对异常情况及时维修或安排计划修理，防止设施的损坏或故障。对有关设施进行全面强制性的检查和整修，宜每年列入年度计划；
（3）大修理 （恢复性修理）应在设施较长时间运行后，有计划地对设施进行全面整修
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6 喷雾除尘系统的运行和维护
及对重要部件进行修复或更换，使设施恢复到良好的技术状态。
对于供水的管道还应加以重点维护管理，应做到以下几点： （1）应进行沿线巡视，消除影响输水安全的因素；
（2）应检查、处理管线的各项附属设施有无失灵、漏水现象，井盖有无损坏、丢失等； （3）应每季对管线附属设施、排气阀、自动阀、排空阀、管桥巡视检查和维修一次，保持完好；
（4）应每年对管线及附属设施检修一次，并对钢制外露部分进行油漆；
（5）输水明渠应定期检查运行、水生物、积泥和污染情况，并采取相应预防措施。
6.4 水泵的日常维护
水泵的维护保养如下：
（1）水泵放置地点应坚实，安装应牢固、平稳，并应有防雨设施。多级水泵的高压软管接头应牢固可靠，放置宜平直，转弯处应固定牢靠；
（2）冬季运转时，应做好管路、泵房的防冻、保温工作；
（3）启动前检查项目应符合下列要求：电动机与水泵的连接同心，联轴节的螺栓紧固，联轴节的转动部分有防护装置，泵的周围无障碍物；管路支架牢固，密封可靠，泵体、泵轴、填料和压盖严密，吸水管底阀无堵塞或漏水；排气阀畅通，进、出水管接头严密不漏，泵轴与泵体之间不漏水；
（4）启动时应加足引水，并将出水阀关闭；当水泵达到额定转速时，旋开真空表和压力表的阀门，待指针位置正常后，方可逐步打开出水阀；
（5）运转中发现下列情况，应立即停机检修： 1）漏水、漏气、填料部分发热； 2）底阀滤网堵塞，运转声音异常； 3）电动机温升过高，电流突然增大； 4）机械零件松动或其他故障。
（6）升降吸水管时，应在有护栏的平台上操作； （7）运转时，严禁人员从机上跨越；
（8）水泵停止作业时，应先关闭压力表，再关闭出水阀，然后切断电源。冬季使用时，应将各部放水阀打开，放净水泵和水管中积水。将泵的四周设立坚固的防护围网。泵应直立于水中，水深不得小于0.5m，不得在含泥砂的水中使用；
（9）水泵放入水中或提出水面时，应先切断电源，严禁拉拽电缆或出水管；
（10）水泵应装设保护接零或漏电保护装置，工作时泵周围30m以内水面，不得有人、畜进入；
（11）启动前应检查水管结扎是否牢固；放气、放水、注油等螺塞是否旋紧；叶轮和进水节是否有杂物；电缆绝缘是否良好；
（12）接通电源后，应先试运转，并应检查并确认旋转方向正确，在水外运转时间不得超过50min；
（13）应经常观察水位变化，叶轮中心至水平距离应在0.5~3.0m之间，泵体不得陷入污泥或露出水面。电缆不得与井壁、池壁相擦；
（14）新泵或新换密封圈，在使用50h后，应旋开放水封口塞，检查水、油的泄漏量； （15）当气温降到0℃以下时，在停止运转后，应从水中提出水泵擦干后存放室内。
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6 喷雾除尘系统的运行和维护
6.5 供电系统的管理维护
喷雾除尘系统使用380V的电动机，故要对其供电部分进行管理维护。 （1）建立制定供电系统日常维护和定期检查制度；
（2）定期检查电动机的运行状况，保证电动的运行正常；
（3）定期检查供电线路的绝缘情况，保证供电线路的绝缘良好； （4）做好供电线路的防雷措施，符合国家相关规定； （5）做好供电系统的检修和更换工作。
6.6 水池的管理维护
该喷雾除尘系统有蓄水池和废水池各一个，对于蓄水池应该做到： （1）定期检查水池的水质情况；
（2）定期检查水池的水中杂物含量情况，并注意定期清理水池中的杂物，尤其是水中的颗粒物；
（3）定期检查水池的水源情况，保证水源供给充足；
（4）定期检查维修水池设备，保证水池能正常的运行使用。
废水池中主要会有很多的粉尘，形成泥浆，对泥浆进行回收再利用，经处理的废水做回收再利用，供给到蓄水池，对其维护应做到：
（1）定期检查废水池中的设备，及时维修和更换； （2）定期检查废水池的废水情况，及时清理回收泥浆； （3）定期检查废水池的回收利用水的水质情况，特别是其中的粉尘颗粒物的含量情况，以保证供给到蓄水池的回收水达到供水要求；
（4）定期清理废水池中的淤泥，保证废水池的容量；
（5）定期检查废水处理管道，及时清理堵塞物，及时维修，保证废水处理管道的正常运行。
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结论
结 论
本文主要针对铁矿露天破碎生产过程的降尘设计进行了相关背景分析，对高效喷雾降尘技术进行了理论分析和研究，然后设计了应用于露天破碎的喷雾除尘系统。主要结论为：
（1）工作场所职业接触限值要求露天破碎处产生的粉尘需要得到有效的控制，而现有很多降尘方式无法实现露天除尘或者达不到要求的除尘效果，而喷雾除尘可以达到露天除尘的要求，由于安全生产要求的越来越严格，使得喷雾降尘技术的研究沿着细微化和高效化的方向发展。
（2）影响喷雾降尘效果的主要因素是：
1）系统主要参数 包括流量、压力等参数，主要影响的雾化效果；
2）雾化喷嘴的结构参数 包括喷口直径、结构等，主要是影响雾滴粒径、有效
喷雾面积以及有效喷雾距离等；
3）喷雾器安装位置 喷雾器与产尘点的距离应根据现场实际确定，这是由于雾体距离喷雾出口太远时，雾滴速度和数量越是降低而降尘效果越差；和喷雾出口太近时，喷雾作用范围小，不利于除尘。
（3）露天破碎喷雾系统的设计准则包括：参数匹配（流量、压力、喷嘴直径之间，压力、喷嘴直径和雾粒直径之间）；喷嘴结构采用简式旋流喷头；喷嘴加工方式应该采用精密加工；
（4）理论计算结果可以看出，露天破碎喷雾除尘系统具有高效的除尘效果，可以大大改善露天破碎工位工作场所的环境，能为工人提供一个洁净的工作场所。
虽然露天破碎喷雾降尘系统理论上可以取得了显著的除尘效果，但是它的完善还需要很多的工作，作者认为主要有从以下几个方面来考虑：
（1）将该除尘系统进行试验验证，并进行实地的应用，测试其实际的除尘效果； （2）采用先进的测试手段，定量的分析雾粒的特性。从更严谨的数据和理论来分析雾粒对除尘的影响。
（3）喷嘴的选型，进行多目标、多水平的正交试验，比较其雾化效果，从而得出各种类型喷嘴的效果，从而达到最优匹配。
（4）将设计结果软件化。采用计算机语言设计将喷雾除尘设计软件化，并且可以实现计算机模拟，减少设计环节。
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参考文献
参考文献
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参考文献
致 谢
在我本科学习及论文即将完成之际，谨向所有关心和帮助过我的人致以最衷心的感谢和最诚挚的祝福。
本文是在程五一老师的悉心指导下完成的，在论文选题、方案的确定和论文的撰写等方面，程老师倾注了大量精力，提供了许多十分中肯和宝贵的改进意见。程老师渊博的专业知识、丰富的现场经验、严谨的治学态度、刻苦的钻研精神以及敏锐的学术眼光使我受益匪浅，他宽广的胸怀、对目标的坚定不移深深地感染着我，为我的个人发展指明了前进方向。
在设计研究过程中，得到了北京市建昌矿业有限公司领导的实习机会，使我能够实地参观考察，以及提供相关的资料，对于我论文的顺利完成给予了极大帮助，在此向他们表示深深的感谢
感谢工程学院对我的培养，在这里，老师们博学善教，无私提供多方面的帮助和支持，让我学会更多专业技能，为我将来的发展奠定了坚实的基础。
感谢同门的师兄弟姐妹们，四年来，我们相互帮助、共同学习，你们让我的本科生活更多彩更温暖。
深深地感谢我的家人，他们给了我一个温暖的家，给了我天下最伟大的父爱和母爱，给了我无私的支持和深切的关怀，使我得以顺利完成本科期间的学习和工作。
最后，衷心感谢各位专家、教授，能够在百忙之中审阅论文并出席答辩会。 文中欠妥之处，敬请批评指正。
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