煤礦濕式除塵器的優(yōu)化

賀振綱

（陽煤三礦通風(fēng)部通風(fēng)五隊，山西 陽泉 045000）

引言

除塵器是煤礦常用的一種除塵設(shè)備，其性能決定除塵效果。一般礦用濕式除塵器采用單級風(fēng)機作為除塵風(fēng)機[1-2]，但由于單級風(fēng)機提供的動力有限導(dǎo)致該型除塵器產(chǎn)塵的負壓較低，達不到理想的除塵效果，而且濕式除塵器還存在耗水量較大的問題，導(dǎo)致巷道內(nèi)積水嚴重，因而，對礦用濕式除塵器的負載低和耗水量大的缺陷進行改進。

1 濕式除塵器的除塵原理

濕式除塵器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。接通電源后單級風(fēng)機運轉(zhuǎn)，在風(fēng)筒內(nèi)形成負壓，吸風(fēng)口附近的空氣在壓力的作用下進入吸塵口，產(chǎn)生的粉塵在空氣的攜帶下進入除塵器，含塵空氣在接觸到噴嘴噴出的水霧時，被濕潤凝結(jié)成較大的塵團，在重力的作用下沉降，被凈化后的空氣經(jīng)過除塵風(fēng)機流出除塵器。當(dāng)處理的粉塵積累到一定時量時，打開排渣口3和10，粉塵隨著水流流出除塵器。

圖1 濕式除塵器的結(jié)構(gòu)圖

2 除塵器的優(yōu)化

通過對除塵器的除塵原理和結(jié)構(gòu)進行分析，對噴嘴進行重新選型、優(yōu)化噴霧方式和改進噴霧結(jié)構(gòu)是最經(jīng)濟的優(yōu)化方案。

2.1 噴嘴重新選型

由于能在空氣中漂浮的粉塵粒徑較小，為達到節(jié)水并提高除塵效率的目的需要噴霧的粒徑更小。目前，可供選擇的噴嘴有實心錐形噴嘴、空心錐形噴嘴和壓氣噴嘴3種。壓氣噴嘴在使用中需要接入氣源，對除塵器的改動過大，因此不宜采用。對實心錐形噴嘴、空心錐形噴嘴進行噴霧性能測試，以進行噴嘴的篩選。如表1所示，為兩種噴嘴的噴霧性能表。通過比較，實心錐形噴嘴在噴霧壓力相同的情況下，耗水量僅比實心錐形噴嘴多4.76%，但除塵效率高5.2%。因此選用實心錐形噴嘴。

表1 兩種噴嘴的噴霧性能表（孔徑均為100μm）

圖2 噴霧方式與除塵效率關(guān)系曲線

2.2 噴霧方式優(yōu)化

結(jié)合除塵器的結(jié)構(gòu)，噴霧方式有風(fēng)機前逆風(fēng)噴霧、風(fēng)機前順風(fēng)噴霧、風(fēng)機后逆風(fēng)噴霧和風(fēng)機后順風(fēng)噴霧4種方式。為篩選最佳的噴霧方式，在保證噴霧壓力相同的情況下，對4種噴霧方式進行除塵效率測試和阻力測試。如圖2所示為噴霧方式與除塵效率關(guān)系曲線。分析圖2可知，4種噴霧方式的除塵與流量成正比例關(guān)系。在相同流量的條件下，風(fēng)機前逆風(fēng)噴霧的除塵效率最佳，風(fēng)機前順風(fēng)噴霧除塵效率次之，在液氣比達到0.07 L/m3后兩種方式幾乎不存在區(qū)別。其余噴霧方式的除塵效率遠低于風(fēng)機前噴霧的除塵效率。

如圖3所示為噴霧方式與阻力關(guān)系曲線。分析圖3可知，噴霧阻力也與液氣比之間存在正比例關(guān)系。在液氣比相同的條件下，風(fēng)機前噴霧比風(fēng)機后噴霧阻力大，而逆風(fēng)噴霧又比順風(fēng)噴霧阻力大。綜合考慮除塵效率和阻力，選擇風(fēng)機前順風(fēng)噴霧作為濕式除塵器的噴嘴噴霧方式。

圖3 噴霧方式與阻力關(guān)系曲線

2.3 噴霧結(jié)構(gòu)改進

含塵氣流進入除塵器時，氣流截面逐漸縮小有利于風(fēng)流匯聚。未開啟噴嘴時風(fēng)機處氣流如圖4-1所示。當(dāng)開啟噴嘴時，大部分噴霧在從噴嘴噴出后直接與風(fēng)筒碰撞，動能降低，形成粒徑較大的水珠，順著導(dǎo)流片滴下，不僅失去除塵效果，還會在在風(fēng)筒內(nèi)部形成積水。為增強除塵霧滴的除塵效果，選擇在風(fēng)筒內(nèi)表面設(shè)置一圈噴嘴，在噴霧邊緣的霧滴動能較小，在風(fēng)流的帶動下運移。這種布置方式可以使流向風(fēng)機通道的霧滴超過95%，減少除塵霧滴與風(fēng)筒的碰撞，提高除塵器的除塵效率。

圖4 除塵器內(nèi)部氣流模擬圖

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 現(xiàn)場概況

某綜掘工作面的斷面面積為8.9 m2，支護采用錨網(wǎng)、錨索工藝，頂部錨孔通過MQT-130/2.8氣動錨桿鉆機鉆孔，兩幫的錨眼采用MQS-50/1.7手持式風(fēng)動鉆機鉆孔，掘進機型號為EBZ160型懸臂式掘進機，掘進產(chǎn)生的原煤通過DSJ100/63/2×90和DSJ100/63/160×2帶式輸送機運輸。

根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，工作面粉塵質(zhì)量濃度最高達到1 183 mg/m3。濃度工作面目前的除塵方式為掘進機自帶的內(nèi)、外噴霧降塵系統(tǒng)除塵，該種除塵方式采用靜壓水除塵，噴霧壓力不足導(dǎo)致霧化效果差，降塵效果不佳。并且靜壓水中含有較多雜質(zhì)，容易造成噴嘴堵塞，嚴重影響除塵效果[3]。

3.2 除塵器的安設(shè)

為達到理想的除塵效果，工作面采用長壓短抽的通風(fēng)方式。如圖5所示，濕式除塵器被固定在掘進機的后部，吸塵口被設(shè)置在掘進機的甲板上，通過硬質(zhì)風(fēng)筒將除塵器與吸風(fēng)口連接起來，用另一個硬質(zhì)風(fēng)筒將經(jīng)除塵器處理過的無塵空氣排出。由于工作面壓入式風(fēng)筒提供的風(fēng)量過大，致使工作面內(nèi)的風(fēng)速過高，導(dǎo)致工作面產(chǎn)生的粉塵逃脫吸塵口的收集作用向巷道深部擴散，因此在壓入式風(fēng)筒的后部加裝一個附壁風(fēng)筒，利用將壓風(fēng)的方向改變?yōu)榇怪毕锏赖姆较颍纬梢粋€風(fēng)墻，將粉塵封閉在迎頭的位置，并且將除塵器排出的污水引流到運輸皮帶上，可使輸送帶上運輸?shù)脑簼駶櫍苊庠谵D(zhuǎn)載點處再次產(chǎn)生粉塵。

圖5 除塵系統(tǒng)布置圖

3.3 應(yīng)用效果分析

分別對掘進機司機位置處采取除塵措施前后、除塵器改進前后的巷道內(nèi)粉塵濃度進行測試，測試結(jié)果如表2所示。除塵器經(jīng)過改進后，除塵系統(tǒng)的除塵效率由89.03%提高到了96.64%，而且耗水量由最初的45 L/min降低到了12.5 L/min，一個工作班的時間內(nèi)可節(jié)水15.6 t，除塵器的內(nèi)阻降低了220 Pa，負載能力提高了37.88%。因此，該改進大大降低了除塵器的耗水量，提高了除塵器的負載能力，實現(xiàn)了更好的除塵效果。

表2 現(xiàn)場應(yīng)用相關(guān)測試表

4 結(jié)語

通過在風(fēng)機前的風(fēng)筒內(nèi)環(huán)狀設(shè)置實心錐形噴嘴進行順風(fēng)噴霧，可達到低耗水量、低內(nèi)阻的改進目標(biāo)。現(xiàn)場應(yīng)用表明，優(yōu)化后的除塵器的耗水量降低了72.22%，負載能力提高了37.88%，使綜掘工作面的除塵效率達到了96.64%。因此，改進后的除塵器能有效吸收工作面內(nèi)的粉塵，改善工作面的生產(chǎn)環(huán)境。