针对采煤除尘系统中喷雾技术的研究

在煤矿或者是煤炭资源加工场所,采煤专用的掘进机在截割煤炭的过程中会产生大量粉尘,这些粉尘的产生导致以下两个问题的产生:1、严重影响井下工人身体健康,特别容易引起呼吸道疾病;2、大量的煤炭粉尘严重影响掘进机的工作从而使得采煤效率剧降。高科鼎茂喷嘴提供的喷雾技术对于解决此类问题而言显得游刃有余。
    目前,在业界这方面应用的喷雾技术分为内部喷雾和外部喷雾,而内、外喷雾并不能很好地起到除尘效果,外喷雾勉强使用,内喷雾却一直没有很好地发挥作用。对此,高科鼎茂喷嘴深入研究,现终取得进展,以下是喷嘴喷雾技术的试验部分。
    一、高效除尘器除尘机理
    由进风口、粉尘捕集区、水滴分离区和出风口等主要机构组成了高效湿式除尘器。而捕集、脱水是除尘器最主要的2个环节,含尘空气经过风筒进入除尘器后首先进入粉尘捕集区,与从喷嘴喷出的水雾以较高的相对速度接触,接着尘粒表面附着的气膜被冲破,尘粒被水湿润,发生激烈的凝聚,凝聚形成的含尘水滴在经过水滴分离区被捕捉、聚集,然后形成污水排出。最后从水滴分离区中排出的空气是清洁空气。这也是除尘器除尘的主要原理。
    二、水滴捕尘机理
    水滴捕集灰尘主要是通过惯性碰撞、扩散作用、凝聚作用3部分作用实现。
    (1)惯性碰撞如图1所示,尘粒和水滴之间的惯性碰撞是湿式除尘的最基本的除尘作用。直径D的水滴和带有尘粒的气流相对速度为v,气流在运动过程中如果遇到水滴则会改变流动方向,绕开水滴继续运动,运动的轨迹则由直线变为曲线,直径与质量较大的尘粒有较大的惯性,会脱离气流的流线继续保持直线运动方向,致使其与水滴相撞,而其中较小尘粒则会和气流一起绕流。一定颗粒直径范围内的尘粒由于惯性与水滴碰撞并且黏附在水滴上。水滴与带有尘粒的气流相对速度v越大,水滴能够捕获尘粒的颗粒直径范围也就越大,靠惯性碰撞作用捕获的主要为大于1μm的尘粒;

 
图1水滴捕尘作用示意图
    (2)扩散作用通常尘粒粒径0.3μm以下的粉尘,由于质量很小,随风流而运动,在气体分子撞击下,尘粒做复杂的布朗运动。但由于其有较强的扩散运动能力,扩散运动过程中,可与水滴相接触而捕获;
    (3)凝集作用凝集分2种:一种通过扩散漂移作用,尘粒向水滴移动凝集并增大;另一种凝集以微小尘粒为凝结核,微小尘粒通过水蒸气的凝结凝聚增大,由于惯性作用,增大后的尘粒被捕获。还有通过水滴和尘粒的荷电性也可促进凝集尘粒。
    三、影响水滴捕尘效率的因素
    (1)水滴的粒径与分布密度对不同粒径的粉尘,有个捕获的最佳水滴直径范围,一般认为如果尘粒的颗粒直径越小,则需要的最佳水滴的直径也越小,而对5μm以下的微细粉尘最适宜水滴直径为40~50μm,最大不宜超过100~150μm。因此,水滴粒径大小与分布密度是影响捕尘效率的重要因素;
    (2)喷雾水量与水质一定体积空气中的喷雾水量越多,则捕集尘粒的效率越高。如果使用循环水,则需要有净化措施,否则水中的微细粒子增加,会使水的黏性增大,并且会使分散水滴粒度加大,从而降低效率;
    (3)粉尘的性质粉尘的湿润性对湿式除尘系统捕尘会有重要影响。尘粒表面吸附空气形成气膜或覆盖油层时,难被水湿润,不易被湿润的粉尘和水滴相碰撞时,会反弹,即使碰撞也难以湿润捕获。而密度较大的粉尘则相对易于捕获。空气中的粉尘浓度越高,则喷雾的捕尘效率也越高;
    (4)水滴与尘粒的相对速度水滴和尘粒间的相对速度越高,则冲击能量会越大,有利于湿润粉尘从而捕获粉尘。但如果风速过高也会使尘粒与水滴的接触时间缩短,使捕尘效率降低。
    四、喷嘴的类型、特性及选型
    (1)喷嘴的类型
    喷嘴的类型主要有空心锥形喷嘴、实心锥形喷嘴、液柱流喷嘴、扇形喷雾喷嘴、细微喷雾喷嘴和空气雾化喷嘴6种类型。
    (2)喷嘴的特性
    喷嘴的特性见表1。由表1可知,空气雾化型的喷嘴水滴直径为15~200μm,为5种喷嘴里水滴直径最小的;流量为0.03~30L/min,为5种喷嘴里用水量最小的。
    喷嘴特性
喷射形状分 0.3MPa 0.3MPa
喷射形状分 流量/L•min-1 水滴直径/μm
空气雾化 0.03~30 15~200
微细喷射 0.1~1.6 110~330
空心锥形 0.38~91 300~1900
平面扇形 0.38~38 220~2500
实心锥形 0.72~87 85~2800
    (3)喷嘴选型
    根据前边对影响水滴捕尘效率因素的分析,空气雾化的水滴直径15~200μm,能够很好地捕集5μm以下的微细粉尘,由于呼吸性粉尘主要在5μm以下,因而在湿式除尘系统上使用该系列的喷嘴能够很好地捕集呼吸性粉尘,减少了呼吸性粉尘对煤矿工人身体的危害,避免了矽肺病的发生。且其用水量较少,因而方便井下使用。同时由于是使用了高压空气二次雾化,因而水滴与灰尘相对速度较大,增大了捕尘率。
    五、结语
    掘进机截割时产生大量的灰尘,对井下工人的身体健康造成严重危害。随着煤炭产业的快速发展,岩巷的开掘越来越多,由于岩巷中5μm以下的呼吸性粉尘远大于煤巷,对工人的身体伤害更大。合理地选用喷嘴,能对呼吸性粉尘进行有效地清除,极大地减少对工人身体的危害,避免了矽肺病的发生有着重要意义。通过上面的简析发现,空气雾化类型的喷嘴能够很好地捕集5μm以下的呼吸性粉尘,且耗水量小,值得推广应用。
   

 
   

 

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