低阻水膜除塵器探討

張曉光+呂鑫

摘要：細(xì)微顆粒的煤炭粉塵，是礦山五大自然災(zāi)害之一。在采煤過(guò)程中巷道中飛揚(yáng)的煤粉嚴(yán)重污染著空氣，影響礦工身體健康，可引發(fā)礦工的煤肺病。在空氣中當(dāng)其濃度和氧氣濃度達(dá)到一定界限并有明火時(shí)可發(fā)生煤塵爆炸，其危害性十分巨大。利用低阻水膜除塵器可以將開(kāi)采時(shí)帶來(lái)的煤塵危害降到最低，同時(shí)將煤塵重新回收再利用，帶來(lái)附加效益。

關(guān)鍵詞：煤塵；低阻水膜除塵器；機(jī)械離心

中圖分類號(hào)：TD48

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.30.093

1引言

切割機(jī)工作時(shí)煤塵、巖塵及蒸汽煤塵四處飛揚(yáng)，工作環(huán)境十分惡劣，雖有傳統(tǒng)遮塵罩，但幾乎不起作用。初步估算塵源附近粉塵濃度在200mg/m3左右，嚴(yán)重超出國(guó)家允許標(biāo)準(zhǔn)。長(zhǎng)期工作威脅操作人員身體健康、另外不僅污染室內(nèi)環(huán)境還要危及周邊環(huán)境，目前國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有高效除塵系統(tǒng)。

2問(wèn)題的提出

2.1煤塵產(chǎn)生及其危害

煤塵產(chǎn)生的原因：

（1）采場(chǎng)產(chǎn)生的煤塵。采場(chǎng)產(chǎn)生的煤塵主要有采煤機(jī)落煤、裝煤、運(yùn)煤、液壓支架移架、 運(yùn)輸轉(zhuǎn)載、人工摧煤、爆破及放煤口放煤等。

（2）掘迸工作面產(chǎn)生的煤塵。掘進(jìn)工作面的產(chǎn)塵工序主要有機(jī)械破巖 （煤）、裝運(yùn)、爆破、煤矸運(yùn)輸轉(zhuǎn)載及錨噴等。

（3）其他的產(chǎn)塵地點(diǎn)。巷道錨噴支護(hù)及維護(hù)、轉(zhuǎn)載及裝運(yùn)點(diǎn)等也可能會(huì)產(chǎn)生高濃度煤塵，尤其是卸載站、翻籠硐室、煤倉(cāng)、溜煤眼等溜煤轉(zhuǎn)運(yùn)處的瞬時(shí)煤塵濃度相當(dāng)高，有時(shí)煤塵濃度會(huì)達(dá)到煤塵爆炸界限，易發(fā)生災(zāi)害，對(duì)于這些地點(diǎn)應(yīng)在預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)上給予重視。

煤塵的危害：

（1）礦塵產(chǎn)生后會(huì)降低工作面的能見(jiàn)度，增加生產(chǎn)的難度，同時(shí)污染作業(yè)環(huán)境。

（2）塵肺病是煤礦工人的職業(yè)病，嚴(yán)重影響礦工的身體健康。病因就是由于工人長(zhǎng)期工作于煤塵濃度較高的地點(diǎn)，引起肺部器官的病變，引起呼吸道炎癥、慢性中毒和皮膚病，重者可導(dǎo)致塵肺病。

（3）煤塵具有燃燒爆炸性，達(dá)到一定濃度后，在氧氣和火源條件下會(huì)發(fā)生連續(xù)性的爆炸，爆炸產(chǎn)生的沖擊波會(huì)繼續(xù)揚(yáng)塵，由于沖擊波的速度快于火焰的速度，所以會(huì)發(fā)生一邊揚(yáng)塵一邊燃燒的連續(xù)性爆炸。

（4）礦塵顆粒較微細(xì)，會(huì)附著于開(kāi)采的機(jī)械設(shè)備上，從而增加設(shè)備的故障率，降低可靠性，使生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性降低，增加了維修的經(jīng)濟(jì)和時(shí)間成本。

2.2傳統(tǒng)水膜除塵設(shè)備

水膜除塵器是一種氣體凈化設(shè)備，利用含塵氣體沖擊除塵器內(nèi)壁或其他特殊構(gòu)件上用某種方法造成的水膜，使水膜捕獲粉塵，從而氣體被吸收得到凈化。主要包括沖擊水膜、惰性（百葉）水膜和離心水膜除塵器等多種分類。

3低阻水膜除塵器的研究

3.1傳統(tǒng)水膜除塵器應(yīng)用基本原理

傳統(tǒng)水膜除塵器是含塵氣流通過(guò)進(jìn)口煙道進(jìn)入除塵箱內(nèi)部，在進(jìn)入后被水或水霧均勻的噴灑，而較輕的、高速的煤塵顆粒，被吸附在噴灑的水滴上，被濕潤(rùn)了的質(zhì)量增加，從而利于被分離出來(lái)，混合物呈絮流高速運(yùn)動(dòng)中，由于水滴與煤塵顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不一樣，運(yùn)動(dòng)速度差別較大。從而，煤塵顆粒與水滴就發(fā)生了碰撞凝聚，特別是較為細(xì)小的煤塵顆粒極易被水霧吸附。除塵箱體一般設(shè)計(jì)為圓柱形筒體，水從除塵器上部注水槽進(jìn)入除塵箱，使整個(gè)除塵箱內(nèi)壁形成一層水膜從上而下流動(dòng)，煤塵由筒體下部切向進(jìn)入，在筒體內(nèi)旋轉(zhuǎn)上升，在離心力作用下煤塵顆粒與內(nèi)壁面的水膜發(fā)生摩擦，這樣煤塵顆粒被水膜吸附，隨水流到除塵箱底部，從溢水孔排走。除塵后廢水由底部溢流孔排出進(jìn)入沉淀池，沉淀中和，循環(huán)使用。

3.2低阻水膜除塵器應(yīng)用原理

低阻水膜除塵器是利用空氣正負(fù)壓差將割煤時(shí)產(chǎn)生的煤塵吸入除塵箱體內(nèi)，利用除塵箱的機(jī)械離心作用將煤塵分離沉淀。

在除塵箱體內(nèi)主軸軸向一般裝有多級(jí)葉片或金屬網(wǎng)，將多個(gè)葉片或金屬網(wǎng)固定于箱體內(nèi)的主軸上構(gòu)成轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上的葉片與主軸一同旋轉(zhuǎn)，稱為動(dòng)葉。箱體內(nèi)注水，動(dòng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)后，絲網(wǎng)形成水膜若干層，使含塵氣流通過(guò)連續(xù)不斷生成的多層水膜，水膜將不斷攔截大量塵粒，達(dá)到清除細(xì)微粉塵顆粒，螺旋體轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生一定的離心力，圓形箱體內(nèi)壁也會(huì)附著水膜，旋轉(zhuǎn)的含塵氣流中較大顆粒粉塵在離心力作用下甩向箱體內(nèi)壁面，被壁面水膜撲集。

動(dòng)葉在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不僅做軸向運(yùn)動(dòng)，還沿著旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致下級(jí)動(dòng)葉的壓縮效率降低，氣壓不足，而且動(dòng)葉越多壓縮效率就會(huì)越低，除塵箱體內(nèi)的空

氣會(huì)隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)為氣團(tuán)，整個(gè)箱體內(nèi)的氣壓不足，無(wú)法正常壓氣，所以一般會(huì)在兩組動(dòng)葉間安裝一組靜止的葉片，稱為靜葉，其作用主要是整流空氣，增加氣壓，一般安裝時(shí)為交替安裝。

這樣將在箱體內(nèi)形成氣壓產(chǎn)生對(duì)煤塵的吸力，同時(shí)含塵水膜流到箱底水中，沉淀凈化，完成除塵工程，凈化后的水可再循環(huán)使用。

3.3低阻水膜除塵器優(yōu)點(diǎn)

低阻水膜除塵器相比于傳統(tǒng)的水膜除塵設(shè)備，將煤塵的吸收、捕捉已經(jīng)分離結(jié)合為一體，利用增壓帶來(lái)的正負(fù)壓效果，能夠有效的使割煤產(chǎn)生的煤塵最大限度的吸收。同時(shí)利用動(dòng)葉與靜葉的組合，整流氣體，不會(huì)影響煤塵以及水膜的產(chǎn)生和接觸，避免煤塵的二次排除污染。例外箱體的注水能夠避免機(jī)械作用引起的爆炸和其他反應(yīng)。

4低阻水膜除塵器參數(shù)計(jì)算

4.1收塵極面積計(jì)算

除塵器工作時(shí)的實(shí)際條件（如煤層氣特性、風(fēng)量、驅(qū)進(jìn)速度和氣流分布等）與設(shè)計(jì)工況可能存在差異，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮一定的儲(chǔ)備能力。目前，一般通過(guò)采用增大收塵面積的方法來(lái)保證除塵器的儲(chǔ)備能力。設(shè)計(jì)時(shí)按下式計(jì)算所需的收塵極面積，即：

A=kbqvωln11-η

式中 A—所需要的收塵極面積，m2；

η—除塵器要求的除塵效率，%；

ω—粉塵驅(qū)進(jìn)速度，m/s；

qv—被處理的煤層氣量，m3/s；

kb—儲(chǔ)備系數(shù)，一般取10～13。

4.2煤層氣含塵濃度計(jì)算

C=dsh.AYVy

式中 dsh— 排煙中飛灰占煤中不可燃燒成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

AY—煤中不可燃燒成分的含量；

Vy—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下實(shí)際煤層氣量。

4.3除塵器的效率計(jì)算

η=1-CSC

式中 C—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煤層氣含塵濃度；

CS—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煤塵排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。

5結(jié)論

低阻水膜除塵器，可以將割煤過(guò)程中產(chǎn)生的煤塵更加徹底的吸收、捕捉和分離，將煤塵轉(zhuǎn)化為可利用的資源，既使得煤塵帶來(lái)的危害減小，同時(shí)也對(duì)推進(jìn)速度的加快有益。

但是也有一些問(wèn)題需要解決，增壓后的正負(fù)壓對(duì)于煤塵吸收范圍的研究，低阻水膜除塵器箱體內(nèi)對(duì)于液體介質(zhì)的選取需要反復(fù)嘗試，箱體內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)阻力的研究，另外低阻水膜除塵器裝置需要合理布控尚須探討。

參考文獻(xiàn)

[1]H Yosida. Size classification of submicron powder by air cyclone and three-dimensional analysis[J].Journal of Chemical Engineering of Japan.1991.

[2]童秉綱.非定常流與渦運(yùn)動(dòng)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1993.

[3]周謨?nèi)?流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1985.

[4]張昌俊，彭黎輝，張寶芬.電除塵器低壓供電控制系統(tǒng)[J].電工技術(shù)，2003.endprint