不同因素對采煤機噴霧系統降塵效果的影響分析

楊志剛

（大同煤礦集團同發東周窯煤業有限公司， 山西 大同 037000）

引言

目前，大部分采煤機上都配備了噴霧系統，以加強對工作面粉塵的控制。但在噴霧過程中，時常會因噴霧壓力、霧粒的帶電情況及霧滴運動速度等因素的變化，使得噴霧系統的噴霧效果不佳。

1 采煤機噴霧系統分析

采煤機噴霧系統的工作原理是，將由順槽水泵提供的壓力水經由噴嘴噴出完成霧化，促使液滴與粉塵相互碰撞，進而實現對粉塵的捕捉。其噴霧方式主要包括外噴霧式和內噴霧式。其中，外噴霧式是指壓力水由安裝在機身上的噴嘴噴出的方式；內噴霧式是指壓力水經過滾筒流出并經裝在葉片上噴嘴噴出的方式[2]。外噴霧噴嘴離粉塵源較遠，粉塵容易擴散，但需要消耗較多的產煤水，噴嘴也可能出現塞堵、防砸等問題；而內噴霧的噴霧降塵效果較好，但供水系統的密封性較難保證，噴嘴也易產生堵塞和損壞現象。

2 采煤機噴霧系統存在的問題

1）噴霧嘴一般被安裝在噴霧架上，時常出現安裝角度不理想問題，導致噴水霧不能完全作用于噴霧對象上，影響著噴霧降塵效果；

2）在安裝噴嘴時，各管路接頭經常采用卡套方式進行連接，導致前期安裝、后期維修及更換存在不方便現象；

3）現場噴霧時，存在噴霧嘴流摻氣量不高，造成除塵效果不明顯[3]。

3 噴霧壓力對噴霧系統降塵效果的影響

在采煤機噴霧過程中，噴霧壓力的大小影響采煤機噴霧降塵效果，霧粒的運動速度和霧流的密度會隨著壓力增大而增加，提高噴霧壓力可提高采煤機霧化程度。從噴霧嘴噴出的霧流，剛開始較為緊密，由于空氣阻力作用，霧流的運動會逐漸分散成霧粒，并沿著霧流軸的方向運動，分散的霧粒離開噴嘴一定距離后，其速度會在自身重力作用下而逐漸變慢并開始沉降，進入衰減作用區，其霧流運動示意圖如圖1所示。

圖1 霧流運動情況示意圖

根據調研，有研究學者對不同壓力下霧流段的長度進行了實驗，其實驗結果如表1所示。

表1 不同壓力下霧流段的長度的試驗結果

由表1可知：霧流的圓錐段長度隨著噴霧壓力的增大而逐漸變小，由此說明霧流在流出噴嘴后破裂成了霧滴；同時，圓柱段長度隨噴霧壓力的增大而增加。這充分說明增大噴霧系統的噴霧壓力可提高采煤機噴霧系統的噴霧降塵效果[4]。

4 霧粒荷電性對噴霧系統降塵效果的影響

在采煤機噴霧降塵過程中，由于壓力與摩擦力之間的作用，導致霧化液滴之間產生荷電效應，帶有電荷的霧滴與塵粒會發生靜電凝結，相對不帶電的粉塵顆粒之間，不同電荷霧滴顆粒與粉塵顆粒會更容易凝結。通過查閱資料可知帶電顆粒比例與水壓的關系如下頁表2表示。由表2可知，帶電霧粒數量越多，靜電凝結的效果就越好，噴霧系統的降塵效率也就越好[5]。

表2 帶電顆粒比例與水壓的關系表

5 霧滴運動速度對噴霧系統降塵效果的影響

在采煤機噴霧過程中，由于粉塵顆粒自身重力作用，部分細微粉塵會隨噴嘴吹出的風一起發生流動，但在采煤機風道中的塵粒相對運動速度均較低。為增加霧滴與塵粒的有效碰撞和捕獲，需提高霧滴的相對運動速度，增加霧滴與塵粒之間的運動強度，保證兩者具備較高的運動速度，以增加兩者之間的碰撞次數。通過查閱資料可知單位時間內單位體積內霧滴和塵粒所發生的碰撞次數總和的理論公式為：

式中：n1為單位體積粉塵顆粒的平均量；n2為單位體積霧滴顆粒的平均量；ε為渦流運動的強度；v為水的黏度系數；R為霧滴顆粒半徑；r為粉塵顆粒半徑；ρ1為霧滴顆粒的密度；ρ2為粉塵顆粒的密度。

由式（1）可知，隨著渦流強度ε的增大，霧滴和塵粒之間的碰撞次數逐漸增多，從而會提高霧粒的運動速度，增強霧粒在粉塵分布區的穿透力，并使其與更多塵粒發生相互碰撞，提高噴霧系統的降塵效果[6]。

6 結論

噴霧系統的噴霧壓力越大、霧粒的荷電性越強、噴霧顆粒的運動速度越快，采煤機噴霧系統的噴霧降塵效果就越好。因此，在對噴霧系統的后期設計過程中，可針對這些因素進行優化改進，以提高噴霧系統的降塵效果。