氣水噴霧降塵效果研究現(xiàn)狀綜述

林心怡　王銳　譚聰

摘 要：近年來，氣水噴霧作為一種新型的噴霧降塵方式，因其具有經(jīng)濟(jì)成本低、耗水量少、降塵效率高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于煤礦井下的粉塵防治，許多學(xué)者對(duì)煤礦井下氣水噴霧降塵效果進(jìn)行了廣泛研究。文章從氣水噴霧降塵效果與氣水噴嘴本身結(jié)構(gòu)、工況參數(shù)和粉塵粒徑3個(gè)方面的關(guān)系，對(duì)國(guó)內(nèi)氣水噴霧降塵效果的研究現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，為今后使用氣水噴霧降塵技術(shù)達(dá)到更好的降塵效果和經(jīng)濟(jì)效益提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：氣水噴霧;煤礦;降塵;效果

1 ? ?氣水噴霧降塵技術(shù)

在煤礦生產(chǎn)過程當(dāng)中，井下工作面產(chǎn)生的粉塵一直是阻礙安全生產(chǎn)進(jìn)程、影響產(chǎn)出能效的重要因素，粉塵的存在使工作進(jìn)度難以顯著加快。我國(guó)大部分地區(qū)仍在使用相對(duì)傳統(tǒng)的高壓噴霧降塵設(shè)施降塵，這種降塵方法因其水壓高、需水量大、水霧顆粒大等局限性，使得井下工作面的降塵效果無法達(dá)到令人滿意的程度。近幾年，氣水噴霧作為一種新型的噴霧方式，因其具有耗水量少、降塵效率高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于煤礦井下工作面的粉塵防治，許多學(xué)者對(duì)煤礦井下氣水噴霧降塵效果進(jìn)行了廣泛研究。文章從氣水噴霧降塵效果與氣水噴嘴本身結(jié)構(gòu)、工況參數(shù)和粉塵粒徑3個(gè)方面的關(guān)系，綜述了國(guó)內(nèi)氣水噴霧降塵效果研究現(xiàn)狀，為今后氣水噴霧降塵技術(shù)更好地應(yīng)用提供一定的參考。

2 ? ?氣水噴嘴降塵機(jī)理

對(duì)于粒徑為1～5 μm的粉塵顆粒，其主要除塵機(jī)理是利用慣性碰撞、接觸阻留，現(xiàn)有研究表明控制霧滴粒徑大小可以較大程度地影響除塵效率。目前，已有很多國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)氣水噴霧的降塵效果進(jìn)行研究，研究工作主要集中于氣水噴嘴本身結(jié)構(gòu)、工況參數(shù)和粉塵粒徑與氣水噴霧降塵效率的關(guān)系，本文將從這3個(gè)方面介紹當(dāng)前氣水噴霧降塵效果研究現(xiàn)狀。

3 ? ?氣水噴嘴本身結(jié)構(gòu)與降塵效率的關(guān)系

汲銀鳳等[1]在實(shí)驗(yàn)室，對(duì)出口孔徑均為2 mm的3種類型的噴嘴進(jìn)行噴霧實(shí)驗(yàn)，分析各類型噴嘴的霧滴粒徑與氣液比的關(guān)系。研究結(jié)果表明：在最佳工況條件下，干霧噴嘴、扇形噴嘴、錐形噴嘴的氣液比分別為960，1 200，1 680。此外，相關(guān)研究人員進(jìn)一步對(duì)3種類型噴嘴的霧滴平均粒徑大小和分布情況進(jìn)行比較，結(jié)果表明：干霧噴嘴霧滴粒徑最小，降塵效果最好，特別適合用水受限的井下環(huán)境。但是，該實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果僅適用于2 mm口徑下噴嘴類型，缺少不同噴嘴霧化角和口徑與降塵效果的關(guān)系，還缺少煤礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，無法證明該研究結(jié)果對(duì)煤礦井下現(xiàn)場(chǎng)的適用性。

張波等[2]考慮到不同口徑和霧化角對(duì)氣水噴嘴除塵效果的影響，在汲銀鳳等工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得出1.5 mm口徑的可調(diào)廣角噴嘴在氣霧的霧化角為47.5°時(shí)最佳除塵距離為270 cm。同時(shí)，張波等還在紫金山銅礦進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該型號(hào)噴嘴在煤礦井下的降塵效率在90%以上，進(jìn)一步驗(yàn)證了研究結(jié)果的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性。

4 ? ?工況參數(shù)與氣水噴嘴降塵效果的關(guān)系

4.1 ?氣體流量及水流量與氣水噴嘴降塵效果的關(guān)系

王鵬飛等[3]的研究表明：當(dāng)供水壓力固定時(shí)，供氣流量與分級(jí)效率成正比。對(duì)于給定的供氣流量，存在一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的最佳供水流量。蔣仲安等[4]發(fā)現(xiàn)要使氣水噴嘴的降塵效率達(dá)到80%，氣體流量必須大于150×10-5 m3/s，且最佳的氣水流量比范圍為100～150。同時(shí)，他們?cè)谕玫V5207綜掘工作面進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)模擬驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)氣體流量為150×10-5 m3/s和200×10-5 m3/s時(shí)，氣水噴霧裝置在水流量為1.5×10-5 m3/s的情況下，降塵效率達(dá)到最大，分別接近80%和85%，很好地驗(yàn)證了該數(shù)據(jù)具有一定的適用性。

4.2 ?供氣壓力和供水壓力與氣水噴嘴降塵效果的關(guān)系

王鵬飛等[4]通過實(shí)驗(yàn)的方法研究了空氣霧化噴嘴的流量特性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不難看出：對(duì)于內(nèi)混式空氣霧化噴嘴，當(dāng)供氣壓力保持定值時(shí)，隨著供水壓力的不斷升高，霧滴的粒徑呈先增大后減小的趨勢(shì);當(dāng)供水壓力保持在一個(gè)合理的定值時(shí)，提高供氣壓力，能在一定程度上起到增大氣液質(zhì)量比的作用，可將液滴進(jìn)一步破碎，從而形成更小的顆粒，達(dá)到提高降塵效率的效果。袁輝等[5]的研究確定了使氣水達(dá)到最佳霧化性能的氣液比，并指出該數(shù)值為1.2～1.5。

5 ? ?粉塵粒徑參數(shù)與氣水噴霧降塵效率的關(guān)系

蔣仲安等[6]通過實(shí)驗(yàn)的方法討論了不同粒徑的粉塵顆粒對(duì)除塵效率的影響趨勢(shì)。根據(jù)結(jié)果不難看出，隨著粉塵粒徑逐漸增大，噴霧霧滴有效作用距離也隨之越來越長(zhǎng)，因而粉塵就越容易被沉降;王鵬飛設(shè)計(jì)了仿真井下除塵裝置，通過模擬實(shí)驗(yàn)分析了粉塵中位徑對(duì)降塵效率的影響。他指出，隨著粉塵中位徑的增加，在其他條件恒定的情況下，全塵與呼吸性粉塵的降塵效率都呈提高趨勢(shì)，且全塵降塵效率均高于呼吸性粉塵降塵效率，二者差距隨著粉塵中位徑的增加而增加。周剛[7]考慮到將粉塵粒度及不同粒徑粉塵顆粒的頻率分布與累計(jì)分布的變化情況作為考核噴嘴霧化降塵效果的重要依據(jù)。

6 ? ?結(jié)語

噴霧降塵技術(shù)是煤礦井下粉塵治理的重要技術(shù)手段，現(xiàn)有研究表明，結(jié)合實(shí)際煤礦井下工作面的粉塵粒徑大小，合理地選擇氣水噴嘴類型、工況參數(shù)能夠有效提高降塵效率，進(jìn)一步提高氣水噴霧降塵技術(shù)的降塵效果和經(jīng)濟(jì)效益。此外，綜合粉塵濃度與粉塵粒度及不同粒級(jí)的頻率分布與累計(jì)分布的變化情況，能夠更加全面地檢驗(yàn)霧化降塵效果。

[參考文獻(xiàn)]

[1]汲銀鳳，陳舉師，張波，等.氣水噴嘴霧化特性實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2017（12）：27-32.

[2]張波，蔣仲安，段志博，等.氣水噴霧除塵效果實(shí)驗(yàn)研究[J].金屬礦山，2019（8）：173-178.

[3]王鵬飛，劉榮華，桂哲，等.煤礦井下氣水噴霧霧化特性及降塵效率理論研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2016（9）：2256-2262.

[4]王鵬飛，劉榮華，王海橋，等.煤礦井下氣水噴霧霧化特性實(shí)驗(yàn)研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2017（5）：1213-1220.

[5]袁輝，徐銳，陳本良，等.氣水兩相流噴嘴噴射條件對(duì)霧化降塵影響的實(shí)驗(yàn)研究[J]煤炭工程，2018（12）：127-132.

[6]蔣仲安，王明，陳舉師，等.氣水噴嘴霧化特征與降塵效果分析[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017（2）：151-157.

[7]周剛，聶文，程衛(wèi)民，等.煤礦綜放工作面高壓霧化降塵對(duì)粉塵顆粒微觀參數(shù)影響規(guī)律分析[J].煤炭學(xué)報(bào)，2014（10）：2053-2059.