氣壓對空氣霧化噴霧特性及降塵效率的影響

錢杰

摘要：近年來粉塵爆炸事故時有發生，對從業人員以及生產構成了極大威脅，然而當前的壓力噴嘴降塵技術存在著霧化效果不理想，耗水量大等問題，本文研究了新型的空氣霧化噴霧降塵技術。空氣霧化噴霧以壓力水和壓縮空氣為雙動力，屬于介質霧化式噴霧技術，它是為了改進霧化技術開展的。文章采用實驗方法，探究供氣壓力對空氣霧化噴霧霧化特性以及其降塵效率的影響，結果表明：1）隨著噴霧供氣壓力的增加，空氣霧化噴霧霧化粒徑不斷減小且噴霧霧化流量也減小。2）隨著噴霧供氣壓力增加，噴霧的全塵和呼吸性粉塵降塵效率增加，但一定氣壓后除塵效率開始下降。

關鍵詞：空氣霧化；實驗；供氣壓力；霧化特性；降塵效果

1 實驗系統及方案

空氣霧化噴霧特性實驗在模擬巷道除塵裝置性能實驗平臺進行，實驗系統由巷道模擬系統、噴霧特性分析系統、供氣系統、供水系統組成。該實驗的特性參數包括霧化粒徑以及霧化流量。其中，巷道模型由混合段、整流段、測量段、噴霧段、除塵風機段及出流段組成，為便于實驗觀測，噴霧粒徑測量巷道模型噴霧段采用板厚為1cm的透明有機玻璃制作；特性分析系統由馬爾文粒徑分析儀、激光發射器、接收器組成；供水系統部分由市政管道、儲水箱、高壓水泵、智能電磁流量計、數字式壓力表等裝置組成；供氣系統由空氣壓縮機、減壓閥、壓力表、玻璃轉子流量計裝置組成。此外，巷道模擬系統還配備有風速儀，可測量靜壓/壓差、風速、溫度等參數。另一實驗是空氣霧化噴霧降塵實驗。該實驗系統增加了粉塵測試系統。于巷道模擬系統混合段前設置了發塵器；在噴霧段前后分別布設采樣器和粉塵濃度測定儀，測定噴霧段前后模擬巷道中粉塵濃度變化及其粒徑分布情況。

首先，用粉塵通過SAG-410干粉氣溶膠擴散器輸送煤粉，在巷道內經過整流段和測量段到達噴霧除塵段。在除塵段，高壓空氣與高壓水同時作用形成噴霧場。在噴霧段兩側的噴霧粒度分析儀發射器和接收器測量分析噴霧場粒徑情況。經過除塵段后，由安設在噴霧前后測量段內的CCF-7000直讀式粉塵濃度測定儀和CCZ-20型粉塵采樣器實現對噴霧前后含塵氣流粉塵濃度的測定及采樣分析。

2 實驗結果及分析

2.1 霧化特性

為了描述和評定霧滴群的霧化質量和表示其霧化特性，可以用“平均直徑”來表示，其是設想有一個液滴尺寸均勻的噴霧場，它在某方面的特性可以代替實際的不均勻噴霧場的特性，這個設想的均勻噴霧場的霧滴尺寸稱為平均粒徑。從霧化粒徑參數數據可以發現，描述霧滴粒徑大小的所有參數即Dv（10）、Dv（50）、Dv（90）、D[3，2]及D[4，3]均隨著供氣壓力的增加而減小，供氣壓力為0.3 MPa時，Dv（50）為344.04μm，當壓力分別增加至0.4、0.5、0.6、0.7MPa時，對應的Dv（50）分別減小至163.90、92.89、73.50μm。同樣地，對于Dv（10）、Dv（90）、D[3，2]及D[4，3]這些霧滴粒徑參數也是在供氣壓力不變的條件下隨著供水壓力的增大而減小。但當壓力增大至0.5MPa后，繼續增加供氣壓力時，粒徑的減小幅度有所減緩，噴霧供氣壓力由0.5 MPa提升至0.6 MPa，Dv（10）、Dv（50）、Dv（90）、D[3，2]及D[4，3]僅分別減少了38.49、19.39、8.66、21.82和14.11μm。隨著氣壓的增大，由于氣壓阻力的增大，噴霧的耗水量不斷減小，從氣壓0.3 MPa下的0.111m3/h下降到氣壓0.6 MPa下的0.038m3/h。

2.2 噴霧降塵效率

提高噴霧供氣壓力對全塵和呼吸性粉塵的降塵效果都有改善，噴霧后測量段內全塵的除塵效率由0.3MPa時的53.71%提高至0.4MPa時的58.43%，0.5MPa時的69.68%，再到0.6MPa時的58.65%；呼吸性粉塵除塵效率由0.3MPa的45.74%提高至0.4MPa時的54.20%，0.5MPa時的57.82%，再到0.6MPa時的56.67%。分析可見，相比于高壓噴霧70%～80%的全塵降塵效率，空氣霧化噴霧的降塵效率并不高。但是空氣霧化噴霧對呼吸性粉塵的除塵效率相對較高。因此，僅依靠改變噴霧供氣壓力來提高降塵效率具有的局限性。為實現降塵效率的進一步提高，必須同時控制噴霧水壓、噴霧流量等，或者可以通過在水中添加適當的表面活性劑，降低水的表面張力從而提高潤濕效果。

3 結論

通過上述兩項實驗，結果表明：隨著噴霧供氣壓力的增加，空氣霧化噴霧霧化粒徑不斷減小，而且噴霧霧化流量也不斷減小；隨著噴霧供氣壓力的增加，空氣霧化噴霧的全塵和呼吸性粉塵降塵效率不斷增加，但超過氣壓后，除塵效率開始下降。endprint