自動清洗氣水混合噴霧降塵系統的應用研究

周大武

（太原理工大學 工程訓練中心，山西 太原 030024）

自動清洗氣水混合噴霧降塵系統的應用研究

周大武

（太原理工大學 工程訓練中心，山西 太原 030024）

為給井下采煤、掘進、轉載、運輸過程中降低粉塵量，引入了自動清洗氣水混合噴霧降塵系統。分析了其工作原理及其特性，分析了各試驗點的粉塵濃度降低數，確定了其實際運用效果，為煤礦防治粉塵提供新方法。

噴霧降塵；氣水混合；自動清洗

1 自動清洗氣水混合噴霧降塵原理

（1）氣水混合噴霧裝置的基本組成原理：見圖1。主要由電控箱、電磁閥、開停傳感器、噴霧閥、氣動閥等組成。電控箱從交流電源取得127VA C電壓，外接傳感器檢測設備是否啟動，當相關設備開始工作時，傳感器將啟動信號輸入電控箱，電控箱輸出端驅動電磁閥打開壓縮空氣通路；壓縮空氣一路驅動氣動閥開通水路，另一路到噴霧閥與水混合噴射出水霧，以對環境降塵。電控箱也可設置成定時控制，此時電控箱根據內部時鐘，按照預先設置的時間，通過電磁閥自動控制降塵裝置工作。

（2）噴霧器的工作原理：見圖2。噴霧器的出水口被壓縮空氣包裹，利用壓縮空氣高速射流的虹吸原理、負壓吸水，水被壓縮空氣吹散，形成直徑約為5μm～10μm的水滴。氣水混合形成了許多高速運動的細小水滴，水霧射流與含塵氣流之間的接觸、擴散、凝結和重力沉降作用下，達到降塵的目的。由于負壓吸水對供水壓力要求低，即水源無需高壓，水對出水口磨損非常小。而壓縮空氣壓強最高為0.8m P a，系統對管路沒有特殊要求，可以實現方便快速插接。

（3）氣水混合噴霧降塵過程中的互相作用原理：①碰撞原理。壓塑空氣產生的射流和水在噴霧器出口處混合碰撞，水被射流吹散成細小水滴，細小水滴在降落過程中同空氣中的浮塵粒子發生碰撞結合在一起。②虹吸原理。從噴霧器結構上講，其出水口被壓縮空氣出口包裹，利用壓縮空氣高速射流的虹吸原理，實現負壓吸水。③表面張力作用。浮塵粒子與下落的細小水滴碰撞結合在一起后，由于浮塵粒子表面濕度的增加，顆粒之間在水的表面張力作用下很容易相聚在一起，形成較大的顆粒粉塵。④重力作用。當浮塵在碰撞原理和表面張力作用下，形成較大的顆粒粉塵后，由于其自身重力超過風流給予顆粒的浮升力，顆粒粉塵在重力作用下沉降。

圖1氣水混合噴霧降塵系統簡圖

圖2噴霧器示意圖

（4）氣水混合噴霧降塵特性分析：①節約水資源。噴霧器耗水量為7L/h，是目前同類裝置的1/120（目前煤礦使用的高壓灑水裝置每個噴頭耗水量為900L/h）。②自動清洗功能。具有自動清洗水垢和積塵功能，利用壓縮空氣的通斷，控制噴霧器閥芯的往復運動，閥芯前端與前蓋上的出水口相配的細針可將出水口的水垢和積塵迅速清除。③防滴水功能。當壓縮空氣斷開或氣壓低于0.2m P a時，噴霧器閥芯在尾部彈簧力的作用下，立即將出水口密封，實現防滴水功能。④霧化水滴直徑5μm～10μm，直徑越小時其與粉塵顆粒碰撞結合的概率越高，從而有效提高除塵效率。⑤氣水混合噴霧裝置可與自動控制裝置聯合使用，即與隔爆兼本安自動控制器聯合工作，根據現場傳感裝置采集的數據從而完成自動噴霧功能，最終提高噴霧降塵系統的工作效率。

2 自動清洗氣水混合噴霧降塵試驗及數據分析

（1）試驗布置：本次試驗裝在寺河礦胡家掌西翼運輸巷，巷道高度3.8m，寬度5.0m，凈斷面積17.76m2，掘進斷面積19m2。在巷道頂部橫向平行布置兩道，每道6個、共計12個噴霧閥順風方向噴射。

（2）數據分析：經多次試驗研究，經對噴霧閥的耗水量及壓縮空氣消耗量與風壓、水壓、降塵效果的分析，確定了適合此次試驗區的最佳配置方案，取得了較好的降塵效果。①使用除塵系統后，噴霧器安裝點浮塵與細小水滴相互碰撞結合、表面張力下顆粒之間的結合，導致顆粒所受重力大于浮力，而使安裝點粉塵濃度下降，其粉塵濃度降低數都在60%以上，甚至達到90%。從圖3直觀看到，安裝地點上風側10m與下風側10m粉塵濃度的差異，充分證明了除塵系統在井下除塵的可行性。②從圖3看出，安裝地點的上風側10m處的粉塵濃度曲線處于下降趨勢，而下風側10m處的粉塵濃度曲線基本平穩。由此說明，噴霧降塵系統確定最佳防塵配置方案后，對不同濃度的粉塵都能取得較好降塵效果；不管濃度高低，在自動清洗氣水混合噴霧的作用下，粉塵顆粒經過碰撞、結合，最終在重力作用下沉降。③通過現場試驗及數據分析看出，噴霧降塵系統在井下除塵中取得良好效果。

圖3降塵效果曲線圖

3 結論

（1）自動清洗氣水混合噴霧降塵系統克服了傳統噴霧除塵方式霧化效果差的缺點，氣水混合噴霧使水的霧化效果更好，水滴多、直徑小，加大了與粉塵結合的幾率，提高降低粉塵效率。（2）自動清洗氣水混合噴霧降塵系統的噴霧器運用壓縮空氣高速射流的虹吸原理、實現負壓吸水，并且帶有自動清除水垢和積塵、防治滴水功能的噴霧器閥芯。（3）自動清洗氣水混合噴霧降塵系統可與隔爆兼本安自動控制器聯合工作，根據現場傳感裝置采集的信號完成自動噴霧功能。（4）自動清洗氣水混合噴霧除塵系統節水顯著、節省電力，風壓、水壓均低于1m P a，系統非常安全。

[1]張殿印，王純.除塵設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2003.

[2]戴國權.礦井空氣壓力[M].北京：中國工業出版社，1964.

dust reduction system by spray with air- water mixing was introduced. The paper studied not only the system'sworking principle and features but also reduction value of dust concentration at each testing point. Theapplication effect showed that the system could be a new method for dust control in mines.

Application of Auto-cleaning Dust Reduction System by Spray with Air-watermixing

ZHOU Da-wu
(Engineering Training Center, Taiyuan University of Technology, Taiyuan Shanxi 030024)

dust reduction by spray; air- water mixing; auto- cleaning

T D 714+.4

A

2012-07-12

周大武（1966—），男，內蒙古錫盟人，大學本科，工程師，從事教育科研工作。

劉新光