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    超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化降塵技術(shù)

    2022-01-19 09:32:46荊德吉葛少成王繼仁任帥帥孟祥曦
    煤炭學(xué)報(bào) 2021年12期
    關(guān)鍵詞:汲水超音速降塵

    張 天,荊德吉,葛少成,王繼仁,任帥帥,孟祥曦

    (1.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院,遼寧 阜新 123000;2.礦山熱動(dòng)力災(zāi)害與防治教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室,遼寧 阜新 123000;3.太原理工大學(xué) 安全與應(yīng)急管理工程學(xué)院,山西 太原 030024)

    粉塵污染是煤礦行業(yè)的重要災(zāi)害之一,空氣動(dòng)力學(xué)粒徑在7.07 μm以下的呼吸性粉塵可經(jīng)呼吸作用進(jìn)入人體[1-2],嚴(yán)重危害礦山工作人員的健康[3-4]。目前,微米級(jí)噴霧降塵方式是控制此類粉塵最有效且成本低廉的方法,但由于霧滴與粉塵的尺寸越接近,2者碰撞概率越大[5-6],往往需要噴霧降塵技術(shù)達(dá)到更高的霧化效率。

    為此,國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了大量研究。聶文等[7]研制了一種煤壁與液壓支架間的高壓噴霧裝置,并得出霧化壓力8 MPa時(shí)其降塵效果最佳。金龍哲等[8]研發(fā)了一種礦山井下移動(dòng)濕式旋流除塵器,延長(zhǎng)了微霧同粉塵接觸的軌跡和時(shí)間。王鵬飛等[9]研究了內(nèi)混式空氣霧化噴嘴出口直徑對(duì)其霧化特性及降塵性能的影響??茏用鞯萚10]采用格子Boltzmann方法模擬得到了噴嘴噴口處的壓力與噴霧效率的關(guān)系,以及可減少噴嘴能量、提高霧化效率且分布平穩(wěn)的壓力曲線。鄒常富等[11]根據(jù)工作面粉塵粒徑、噴霧粒徑與降塵效率的關(guān)系,確定了高壓噴霧粒徑的最佳范圍。KUPPA Ashoke Raman等[12-13]采用格子Boltzmann方法獲得了液滴的速度與其沖擊固體表面時(shí)的形態(tài)變化的關(guān)系。葛少成等[14]研究得到增大氣、液相間速度差可以提高氣動(dòng)噴霧降塵效率。INGRID K等[15]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)霧滴的破碎與回彈有助于增加其對(duì)疏水型表面的碰撞粘附量。XIE Wei等[16]開發(fā)了基于高速Schliren技術(shù)的開放式霧化試驗(yàn)臺(tái),獲得了不同壓力下振蕩噴嘴的噴霧特性。楊超等[17]基于拉瓦爾結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了干霧抑塵噴頭,達(dá)到微米級(jí)霧化抑塵效果[18],但霧滴柔軟無力、粒徑空間分布不均[19-20]。

    盡管隨著降塵噴霧技術(shù)發(fā)展,霧化粒徑已達(dá)到微米級(jí),但普遍捕塵動(dòng)力不足、噴頭易堵塞、能耗高。目前,超音速霧化是一種高效霧化、強(qiáng)勁動(dòng)力的先進(jìn)噴霧技術(shù),國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究包括,SHEN Shuai等[21]用高速紋影法試驗(yàn)得到超音速流中激波引起的瞬態(tài)液滴形變機(jī)制。REGERT T等[22]利用激光片紅外光譜成像法(IR-LES)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)超音速霧化過程中一次霧化液帶的破碎程度決定了二次霧化的效果。SALLAM K A等[23]利用數(shù)字全息顯微鏡試驗(yàn)得到超音速一次射流霧化的液帶、液滴尺寸和速度的近場(chǎng)區(qū)域分布特性。LIU N等[24]模擬了在馬赫數(shù)Ma為1.2,1.5和1.8下的超音速液滴破碎過程,得到引起液滴破碎的表面不穩(wěn)定性是迎風(fēng)面高速氣體的流動(dòng)剪切和背風(fēng)面的旋渦誘導(dǎo)的共同作用結(jié)果。ANUFRIEV I S等[25]利用現(xiàn)代光學(xué)測(cè)量方法研究了液態(tài)烴在超音速氣流中的射流霧化過程,獲得了分散相速度、霧化角等數(shù)據(jù)。劉靜等[26]利用Kelvin-Helmholtz(K-H)不穩(wěn)定模型深入研究了超音速橫向流中的射流霧化過程,并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了該模型的可靠性。

    綜上所述,目前國(guó)內(nèi)外對(duì)提高霧化降塵效率的研究很多,但對(duì)超音速霧化降塵技術(shù)的研究很少,尤其是根據(jù)管內(nèi)超音速流動(dòng)特性對(duì)液相離散方式、結(jié)構(gòu)參數(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化研究仍為空白。為此,提出超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化降塵技術(shù),優(yōu)化設(shè)計(jì)裝置并研究其霧化控塵和現(xiàn)場(chǎng)適用特性。

    1 超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化降塵技術(shù)

    1.1 超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化機(jī)理及裝置

    為達(dá)到對(duì)粉塵高動(dòng)力、細(xì)霧化的捕集效果,在對(duì)超音速流場(chǎng)流動(dòng)特性深入研究的基礎(chǔ)上,提出了超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化技術(shù)。

    1.1.1超音速橫向射流霧化機(jī)理

    通常超音速霧化是指在超音速氣流中的橫向射流霧化過程,其機(jī)理如圖1所示。

    圖1 超音速流場(chǎng)橫向射流霧化機(jī)理

    在超音速流場(chǎng)中,高壓噴射的液體在其中受到高速剪切氣流、大尺度渦旋和激波的共同作用,經(jīng)液柱斷裂、一次破碎、二次破碎之后成為微米級(jí)霧滴[27]。

    1.1.2超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化原理

    超音速流場(chǎng)是由可壓縮流體,如空氣,流經(jīng)拉瓦爾噴管產(chǎn)生。如圖2所示,該噴管結(jié)構(gòu)包括壓縮段、喉部及擴(kuò)張段,流體流經(jīng)壓縮段、喉部后在擴(kuò)張段可被加速至超音速,即馬赫數(shù)Ma>1。

    圖2 拉瓦爾噴管內(nèi)跨音速流動(dòng)原理

    前期研究中發(fā)現(xiàn)拉瓦爾跨音速流動(dòng)流場(chǎng)呈軸對(duì)稱帶狀分布[28]。如圖3所示,高速負(fù)壓區(qū)域位于軸附近,低速區(qū)位于管壁與高速區(qū)之間,高密度膨脹氣流由軸向壁面擠壓。據(jù)此規(guī)律,提出超音速汲水虹吸原理[29],即利用高速區(qū)的負(fù)壓汲水后,形成連通器虹吸現(xiàn)象,液體在進(jìn)入流場(chǎng)之初便受到高動(dòng)能剪切破碎達(dá)到微米級(jí),不形成圖1中的液柱區(qū)和一次破碎,直接達(dá)到二次破碎水平。

    1.1.3超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化裝置

    設(shè)計(jì)了采用“汲水探針”結(jié)構(gòu)液相離散的霧化裝置,如圖4所示。

    汲水探針由直徑0.8 mm不銹鋼微管制成,將超音速流帶與汲水槽直連,為液相到達(dá)破碎點(diǎn)建立負(fù)壓通道,借助金屬剛性回避了氣流的迎面動(dòng)壓,保留其高速剪切動(dòng)能和負(fù)靜壓力。萬向節(jié)可調(diào)整噴射角度,探針兩側(cè)金屬側(cè)壁的夾角為噴頭的出口錐度。

    超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化方式,后簡(jiǎn)稱汲水方式,將“以高壓穿透高速氣流注水”轉(zhuǎn)變?yōu)椤袄贸羲倭鲃?dòng)特性汲水虹吸”,霧化時(shí)增大了相間速度差,降低了局部氣-液比和對(duì)沖能量耗散率,避免了低效射流霧化中的流量損失。如圖5所示,氣動(dòng)壓力為0.4 MPa時(shí),在暗室平行光下霧場(chǎng)呈“浪狀云霧”,沿軸向霧滴濃度大、速度快,向邊界處逐漸稀薄;邊界層向內(nèi)渦狀卷動(dòng),地面無沾濕,表明霧滴動(dòng)力強(qiáng)、粒度細(xì)且分布均勻。

    圖5 超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化效果

    為研究氣動(dòng)壓力、出口錐度對(duì)裝置霧滴特性分布的影響規(guī)律,開展試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究。

    1.2 裝置霧化特性

    霧滴粒徑與速度是霧化控塵性能的重要影響因素[11]。霧滴粒徑分布中小粒徑的比例越大,相同耗水量時(shí)霧滴數(shù)量濃度呈指數(shù)倍增加,對(duì)粉塵的濕潤(rùn)概率越大。霧滴速度越快,覆蓋范圍越大,與粉塵作用的時(shí)間越長(zhǎng),降塵效果越好[8]。

    1.2.1霧場(chǎng)霧滴粒徑分布試驗(yàn)研究

    試驗(yàn)測(cè)量?jī)x器采用了夫瑯禾費(fèi)衍射原理粒度分析儀(測(cè)試范圍1~500 μm,測(cè)量誤差1%),考慮到噴嘴出口外0~30 cm內(nèi)(稱近場(chǎng))霧滴的濃度、速度過大會(huì)導(dǎo)致儀器測(cè)量誤差大;由于1.5 m后霧滴的運(yùn)動(dòng)速度開始下降,在不同橫向風(fēng)風(fēng)速下的實(shí)際穿透深度比靜止空氣中相應(yīng)減小,據(jù)此選擇噴口外30 cm至霧場(chǎng)中上段80 cm為霧滴粒徑的測(cè)量范圍。選擇常規(guī)穩(wěn)壓閥的穩(wěn)壓范圍0.3~0.6 MPa為氣動(dòng)壓力范圍,霧滴粒徑V50即霧滴的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的霧滴粒徑,如圖6所示。

    圖6 霧滴粒徑V50測(cè)試結(jié)果

    由于隨距離增加霧滴所受湍流與渦旋的剪切強(qiáng)度下降,其凝并大于破碎,粒徑隨距離增大而增加;隨擴(kuò)散范圍增大,50 cm后其破碎、蒸發(fā)、凝并相平衡,粒徑穩(wěn)定于21 μm左右,并且受氣動(dòng)壓力影響較小。

    因試驗(yàn)缺失的近場(chǎng)范圍內(nèi)霧滴粒徑數(shù)據(jù)對(duì)研究霧化降塵有重要參考價(jià)值,開展了相關(guān)的數(shù)值模擬研究。

    1.2.2出口近場(chǎng)霧滴粒徑、速度數(shù)值模擬

    前期研究中,基于準(zhǔn)一維管內(nèi)流動(dòng)、能量守恒、質(zhì)量連續(xù)方程,K-H不穩(wěn)定破碎模型和CFD方法,應(yīng)用COMSOL軟件中Spalart-Allmaras和液滴霧化粒子追蹤模塊建立了可靠的數(shù)值模型[28-29]。

    (1)幾何模型與網(wǎng)格劃分。噴管幾何模型的內(nèi)壁曲線函數(shù)由MATLAB軟件三次樣條模塊擬合得到,該擬合方法保障了曲線函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)連續(xù)可導(dǎo),依據(jù)該曲線函數(shù)所建立的噴管幾何模型內(nèi)壁是光滑的。并在噴管外建立較大的大氣計(jì)算區(qū)域。噴管和大氣的幾何建模尺寸和網(wǎng)格的相對(duì)質(zhì)量,如圖7所示,網(wǎng)格劃分延對(duì)稱軸細(xì)化處理,以捕捉超音速流場(chǎng)軸向特性參數(shù)的快速變化。網(wǎng)格的平均單元質(zhì)量符合精度要求,計(jì)算綜合自由度符合自由度計(jì)算要求[29]。

    圖7 網(wǎng)格劃分與軸向網(wǎng)格細(xì)化

    (2)數(shù)值模擬結(jié)果分析。模擬結(jié)果分析截取了近場(chǎng)霧滴速度大小的三維追蹤結(jié)果,如圖8所示。霧滴受到氣流的推力加速運(yùn)動(dòng),隨著遠(yuǎn)離噴嘴出口推力逐漸衰減,當(dāng)霧滴運(yùn)動(dòng)至噴嘴出口外100 mm后,推力小于霧滴受到的空氣阻力,速度開始下降。因此,霧滴噴射速度呈軸對(duì)稱分布,延法向逐漸減小,延軸向隨噴射距離的增加先增大后減小。

    圖8 近場(chǎng)霧滴速度大小三維分布

    近場(chǎng)霧滴速度大小、霧滴粒徑百微米以下分布統(tǒng)計(jì)的結(jié)果如圖9,10所示。由于該霧化方式的噴管內(nèi)部超音速流場(chǎng)能量被合理利用,在噴射路徑上無阻礙,其霧滴噴射速度明顯提高。

    圖9 霧滴速度與數(shù)量濃度關(guān)系統(tǒng)計(jì)

    霧滴速度累加濃度達(dá)到0.5時(shí)所對(duì)應(yīng)的霧滴速度為160 m/s,表明霧滴速度超過160 m/s的數(shù)量占比為50%,累加數(shù)量濃度0.01對(duì)應(yīng)50 m/s,表明50 m/s以上霧滴占比達(dá)99%。因液滴被直接釋放于超音速流域內(nèi),進(jìn)入流場(chǎng)之初便達(dá)到最大氣液相間速度差和最大霧化速率,在百微米下霧滴數(shù)量濃度統(tǒng)計(jì)中10 μm和5 μm以下分別占90%和80%。

    圖10 百微米下霧滴粒徑分布數(shù)量濃度統(tǒng)計(jì)

    如圖11所示,汲水管路被置于濁度約7 500 NTU的燒杯中,由于采用負(fù)壓汲水的液相離散方式,大粒徑雜質(zhì)很快沉淀于燒杯底,小粒徑雜質(zhì)盡管能被吸入管路,但卻不足以堵住噴頭,該機(jī)制保障了裝置霧化效果的穩(wěn)定性。

    圖11 汲水防堵穩(wěn)定性試驗(yàn)流程

    綜上研究表明,超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化裝置具有霧滴動(dòng)力強(qiáng)、粒徑小、分布均勻和運(yùn)行穩(wěn)定防堵的特點(diǎn)。

    2 裝置控塵特性試驗(yàn)研究

    2.1 試驗(yàn)平臺(tái)、材料與測(cè)試方法

    為研究該技術(shù)裝置的控塵特性,通過控制變量和對(duì)比試驗(yàn)的方法,進(jìn)行降塵、隔塵等試驗(yàn),如圖12所示,搭建了控塵試驗(yàn)平臺(tái)。

    圖12 控塵試驗(yàn)平臺(tái)

    為防止霧滴影響粉塵質(zhì)量濃度測(cè)量結(jié)果,濾膜采樣前后經(jīng)烘干處理再稱量,測(cè)試位置為箱體幾何中心處。試驗(yàn)粉塵由遼寧阜新地區(qū)塊狀亮煤研磨而成,煤質(zhì)為長(zhǎng)焰煤,水分6.92%,灰分35.21%,揮發(fā)分43.27%,粉塵粒度分布為2.5 μm下占27.3%,2.5~10 μm占61.6%,10~109 μm占11.1%。

    除粉塵質(zhì)量濃度外,測(cè)定指標(biāo)定義降塵速率v0由式(1)計(jì)算。

    (1)

    式中,s為發(fā)塵強(qiáng)度,mg/s;t為發(fā)塵時(shí)間,s;t0為質(zhì)量濃度降至國(guó)標(biāo)的時(shí)間,s。

    2.2 工況、結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)降塵特性的影響

    工況條件和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)霧化降塵特性有很大影響,采用控制變量法試驗(yàn)研究了4個(gè)氣動(dòng)壓力下,6種出口錐度的超音速汲水虹吸霧化裝置的射程、霧化角、耗氣量、耗水量和降塵速率。

    如圖13所示,由于噴嘴出口外氣流的膨脹角主要受到其錐度的影響且與氣動(dòng)壓力有關(guān),霧化角隨錐度的增大先增后減,極值由氣壓力決定,詳細(xì)數(shù)據(jù)見表1。

    圖13 不同出口錐度噴頭的霧化角

    由表1得,由于增加氣動(dòng)壓力后噴管總動(dòng)能增大使氣流平均速度、汲水負(fù)壓增大,射程、耗氣量、耗水量隨之增大;霧化過程主要發(fā)生在噴管內(nèi),當(dāng)氣動(dòng)壓力相同時(shí),因錐度對(duì)管內(nèi)流場(chǎng)特性分布的影響較小,不同錐度噴管的霧化效率相近,耗水量大則表明相近尺寸的霧滴濃度大,射程遠(yuǎn)則表明霧滴速度快。霧滴濃度大、速度快時(shí),與粉塵結(jié)合效率更高,因而表中耗水量大、射程遠(yuǎn)的類型對(duì)應(yīng)的降塵速率更快。該表可為實(shí)際應(yīng)用提供參考,如煤礦井下轉(zhuǎn)載可選低水量廣角型,對(duì)煤卡值影響小且覆蓋面積大,如落煤塔可選適合遠(yuǎn)距離降塵布置類型。

    表1 不同工況、結(jié)構(gòu)參數(shù)噴頭的霧化降塵特性

    2.3 控塵特性對(duì)比試驗(yàn)

    目前,煤礦井下多采用高壓噴霧、普通風(fēng)水聯(lián)動(dòng)噴霧降塵技術(shù),但高壓霧化噴頭易堵塞、耗電高;普通風(fēng)水聯(lián)動(dòng)噴頭則霧化效果差、耗水量大,而超聲波干霧抑塵技術(shù)是其中節(jié)水霧化、降塵效果最好的方式?;诖耍瑢⒊羲偌乘缥F化裝置與之進(jìn)行相同條件下的包括降塵、隔塵和能耗的對(duì)比試驗(yàn)研究,分析汲水方式的控塵特性、驗(yàn)證該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

    2.3.1降塵對(duì)比試驗(yàn)

    降塵對(duì)比試驗(yàn)研究的試驗(yàn)條件為:水流量140 mL/min,氣動(dòng)壓力0.4 MPa;在降塵的同時(shí),用功率表測(cè)定空壓機(jī)與水泵的耗電量;汲水方式噴頭選擇了0°錐角,干霧抑塵噴頭型號(hào)ADGSV882。對(duì)比結(jié)果如圖14與表2所示。

    表2 2種類型噴頭降塵特性對(duì)比

    圖14 2種測(cè)試噴頭瞬時(shí)粉塵質(zhì)量濃度和降塵效率對(duì)比

    隨降塵時(shí)間增加,汲水方式比干霧抑塵方式降塵效率更高,降塵速度下降更慢。350 s時(shí)汲水方式降至國(guó)標(biāo),按照式(1)計(jì)算得到降塵速率為457.14 mg/s,干霧抑塵方式420 s時(shí)仍未達(dá)到,汲水方式瞬時(shí)降塵效率較之提高了2.00%~26.87%,達(dá)到相同效率(同為96%)的時(shí)間縮短了1/3。

    經(jīng)分散度測(cè)試,汲水方式的采樣濾膜上PM10以下粉塵分散度比干霧抑塵方式減小了24%。是因?yàn)?50 s后箱體內(nèi)粉塵粒徑普遍保持在10 μm以下,而干霧抑塵方式的霧滴粒徑分布在15~80 μm并混合有更大的粒徑,且霧滴速度很小,這制約了降塵的效果;而汲水方式霧滴粒徑分布在1~30 μm,速度快,與粉塵的結(jié)合效果更好。

    如圖15所示,在兩噴頭降塵運(yùn)行相同時(shí)刻時(shí),因汲水方式耗氣量小,對(duì)空壓機(jī)負(fù)荷小,且不需水泵,耗電量更低,相比干霧抑塵方式節(jié)能60%左右。

    圖15 2種噴頭總能耗對(duì)比折線示意

    表3給出了考慮單位降塵量的運(yùn)行效能參數(shù)對(duì)比結(jié)果。計(jì)算可得,汲水方式降塵速率約為干霧方式的1.5倍,耗水約為1/2,耗氣約為1/3。

    表3 運(yùn)行效能參數(shù)對(duì)比結(jié)果

    2.3.2隔塵對(duì)比試驗(yàn)

    為分析所形成霧幕對(duì)塵源的隔絕效果,試驗(yàn)測(cè)量了經(jīng)霧幕阻隔后120 s內(nèi)的總透塵量。對(duì)比數(shù)據(jù)見表4,相比干霧抑塵方式(隔塵效率84.75%),汲水方式隔塵效率達(dá)94.07%,呼吸性粉塵隔塵效率79.43%,PM2.5占比減少15%,PM2.5隔塵效率增加30%。

    表4 隔塵試驗(yàn)參數(shù)及結(jié)果

    綜上試驗(yàn)研究結(jié)果表明,超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化降塵技術(shù)具有高效節(jié)能和穩(wěn)定控塵的特性,尤其對(duì)呼吸性粉塵具有較強(qiáng)的捕集效果。

    2.4 超音速汲水虹吸霧化降塵機(jī)理

    結(jié)合數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究結(jié)果,揭示超音速汲水虹吸霧化降塵機(jī)理,如圖16所示。

    圖16 超音速汲水虹吸霧化降塵機(jī)理

    霧滴軸向及噴口近場(chǎng)霧滴粒徑小、運(yùn)動(dòng)速度快,粉塵與之接觸時(shí)受到負(fù)壓卷吸作用進(jìn)入軸向高速細(xì)霧區(qū)域,PM10以上快速沉降,PM10以下受到負(fù)壓牽引、主動(dòng)捕捉、截流碰撞、松弛濕潤(rùn)的綜合作用。PM2.5~ PM10可由此迅速凝并、生長(zhǎng)、沉降,但對(duì)PM2.5以下潤(rùn)濕、沉降效率不高。

    3 現(xiàn)場(chǎng)工程應(yīng)用

    3.1 應(yīng)用背景

    敏東一礦隸屬于內(nèi)蒙古蒙東能源有限公司,負(fù)責(zé)井下煤炭開采工作。因煤層含水較多,煤質(zhì)中水分大,井下早期設(shè)計(jì)水泵排水量有限,又因回風(fēng)巷等粉塵濃度大、呼吸性粉塵含量高,常規(guī)濕式降塵方式應(yīng)用遇到排水困難、降塵效率低的問題。

    以該礦06回風(fēng)巷與無極繩機(jī)頭過度段為工程試點(diǎn),設(shè)計(jì)實(shí)施了一套節(jié)水、防堵、高效的全斷面超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧幕控塵系統(tǒng)。

    3.2 應(yīng)用效果

    工程試點(diǎn)處巷道幾何尺寸為,頂板高約3.5 m,巷道寬約5.8 m,巷道斷面積約20 m2,巷道斷面中心風(fēng)速平均0.86 m/s,人行道風(fēng)速平均0.25 m/s。

    系統(tǒng)懸掛距底板約3.3 m處,為從頂板噴射實(shí)現(xiàn)全斷面覆蓋,需要抵抗橫向巷道中心平均0.86 m/s的高速風(fēng)流,并且需在較低氣壓和耗氣量條件下覆蓋20 m2大斷面。

    為此,霧幕中心噴頭需要根據(jù)表2選擇射程遠(yuǎn)的型號(hào)和工況,中間3枚噴頭的錐度為0°并配合渦旋氣動(dòng)增壓裝置,氣動(dòng)壓力最大0.6 MPa,兩側(cè)風(fēng)速低選定覆蓋面積大的錐角60°廣角型號(hào),工況根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要調(diào)節(jié),效果如圖17所示。

    圖17 全斷面超音速汲水虹吸霧幕效果

    全斷面超音速汲水虹吸噴霧控塵系統(tǒng)所產(chǎn)生的高速氣霧將巷道斷面完全覆蓋,同時(shí)高效捕捉呼吸性粉塵,使其脫離風(fēng)載流線在巷道底板上迅速聚結(jié)。由表5可得,治理后呼吸性粉塵濃度明顯下降,降塵效率達(dá)88.80%~92.58%。系統(tǒng)低濕特性使過往行人免受“灑水”淋濕,地面無積水,大幅增加了該礦安全、環(huán)保水平,符合其降塵要求。

    表5 綜合治理前后呼吸性粉塵質(zhì)量濃度對(duì)比

    4 結(jié) 論

    (1)提出了超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化技術(shù)并設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)裝置,達(dá)到低至0.2 MPa氣動(dòng)壓力的無液相來壓汲水,并產(chǎn)生虹吸過程,達(dá)到微米級(jí)、高動(dòng)力的霧化效果,射程遠(yuǎn)、耗氣量低、耗水量低。

    (2)相比干霧抑塵方式,超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化降塵速率大幅度提高。瞬時(shí)降塵效率提高2%~26%,相同降塵效率時(shí),呼吸性粉塵比例減少24%;隔塵效率提高10%,PM2.5減少15%;不同工況、錐度時(shí),降塵速率隨霧滴速度、濃度增大而增加。

    (3)以超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化降塵技術(shù)為核心的控塵系統(tǒng),在敏東一礦06回風(fēng)巷應(yīng)用后,在中心風(fēng)速為0.86 m/s的風(fēng)流擾動(dòng)下,能夠?qū)⒅┩覆⒏采w全斷面,呼吸性粉塵降塵效率為88.80%~91.58%,證明該系統(tǒng)達(dá)到了低濕節(jié)水、高效控塵的效果。

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