高溜井大風(fēng)量霧化除塵裝置的研究及應(yīng)用

李亞俊，劉偉強(qiáng)，李印洪，王 志，劉東銳

（湖南有色冶金勞動(dòng)保護(hù)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410014）

高溜井大風(fēng)量霧化除塵裝置的研究及應(yīng)用

李亞俊，劉偉強(qiáng)，李印洪，王 志，劉東銳

（湖南有色冶金勞動(dòng)保護(hù)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410014）

針對(duì)井下高溜井粉塵治理存在的凈化效果和凈化能力不能兼顧的問(wèn)題，研究設(shè)計(jì)了高溜井大風(fēng)量霧化除塵裝置，利用緩沖井與高溜井間隔聯(lián)通，高溜井中粉塵通過(guò)緩沖井在霧化風(fēng)機(jī)負(fù)壓的作用下抽至上部做除塵凈化處理，實(shí)踐證明，該大風(fēng)量霧化除塵設(shè)備對(duì)含塵氣流的處理能力強(qiáng)，凈化效果好，對(duì)溜井粉塵治理效果極佳。

高溜井；大風(fēng)量；霧化；除塵；裝置

礦山井下開(kāi)采深度不斷增加，溜井的高度越來(lái)越高，卸礦過(guò)程中產(chǎn)生的沖擊風(fēng)壓和大量沖擊粉塵，造成井下卸礦硐室及卸礦平巷空氣污染嚴(yán)重，且高溜井卸礦時(shí)大量的沖擊粉塵已成為礦井可呼吸性粉塵的主要來(lái)源，嚴(yán)重影響礦井職工的身心健康，傳統(tǒng)的抽出式除塵方式，使溜井與回風(fēng)巷貫通后利用主扇通風(fēng)降塵，該項(xiàng)措施施工工程量大，井下對(duì)高溜井沖擊氣壓和沖擊粉塵處理效果不理想，針對(duì)此技術(shù)問(wèn)題，試驗(yàn)研究并設(shè)計(jì)了高溜井大風(fēng)量霧化除塵裝置，從而解決上述技術(shù)難題。

1 霧化除塵裝置技術(shù)原理

1.1 濕式霧化除塵機(jī)理

含塵氣體與液體（一般為水）密切接觸，利用水和塵粒的慣性碰撞及其它作用捕集塵粒，可以有效地除去直徑0.1～20μm的液態(tài)或固態(tài)粒子，具體模型如圖1所示。

圖1 水塵粒子模型圖

含塵氣體與液體相遇，在液滴前xd處開(kāi)始繞過(guò)液滴流動(dòng)，慣性較大的塵粒繼續(xù)保持原來(lái)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，塵粒從脫離流線(xiàn)到慣性運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)所移動(dòng)的直線(xiàn)距離為粒子的停止距離xs，若xs＞xd，塵粒和液滴就會(huì)發(fā)生碰撞。

定義慣性碰撞參數(shù)N1為停止距離xs與液滴直徑dD的比值，對(duì)斯托克斯粒子則有：

式中：up為粒子運(yùn)動(dòng)的速度／m·s－1；uD為液滴運(yùn)動(dòng)的速度／m·s－1；dD為液滴直徑／μm。

當(dāng)N1值越大，粒子慣性越大，則除塵效率越高［1］。

1.2 除塵裝置設(shè)計(jì)機(jī)理

由上述濕式霧化除塵機(jī)理粒子的慣性越大，液滴直徑越小時(shí)除塵效果越佳，裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型可如圖2所示。含塵氣流通過(guò)進(jìn)氣端進(jìn)入收縮管，然后通過(guò)在喉管處布置噴嘴，噴嘴噴出洗滌液（一般為水）液滴被高速氣流霧化形成細(xì)微液體霧氣。

圖2 裝置設(shè)計(jì)機(jī)理圖

微細(xì)塵粒以氣流相同的速度進(jìn)入喉管，洗滌液的軸向初速度為零，由于氣流拽力在喉管部分被逐漸加速，在液滴加速過(guò)程中，由于液滴與粒子之間慣性碰撞，實(shí)現(xiàn)微細(xì)塵粒的捕集。

2 大風(fēng)量霧化除塵裝置設(shè)計(jì)

根據(jù)上述理論研究，針對(duì)高溜井除塵需求特點(diǎn)，為防止溜井沖擊氣流和粉塵外溢，在高溜井緩沖井安裝風(fēng)機(jī)，緩沖井與高溜井間隔聯(lián)通，高溜井中粉塵在風(fēng)機(jī)負(fù)壓的作用下抽至上部做除塵凈化處理，大風(fēng)量霧化除塵裝置設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 大風(fēng)量除塵霧化裝置

在風(fēng)機(jī)擴(kuò)散器前段風(fēng)機(jī)正壓端安裝噴射環(huán)管，噴射環(huán)管?chē)娚渌F處于風(fēng)機(jī)正壓端可進(jìn)一步霧化提高除塵效果，即降低式（1）中dD液滴直徑，同時(shí)粉塵顆粒從風(fēng)機(jī)扇葉中通過(guò)提高了粉塵運(yùn)動(dòng)速度，即粒子的運(yùn)動(dòng)速度up，而噴射環(huán)管中的噴淋總成垂直于風(fēng)流方向布置，霧化水滴水平初速度一般可視為0，即液滴運(yùn)動(dòng)速度uD為0，根據(jù)式（1）中所述，這樣布置可極大提高除塵效果［2～4］。

風(fēng)機(jī)擴(kuò)散器很好地充當(dāng)了圖2中的漸擴(kuò)管的作用，在風(fēng)機(jī)擴(kuò)散器中設(shè)置的噴射環(huán)管，噴射環(huán)管?chē)娚渌F后仍有一段風(fēng)機(jī)擴(kuò)散器作為使汽霧與粉塵更充分混合并捕集中粉塵的管路，噴射環(huán)處于風(fēng)機(jī)正壓端附近的風(fēng)速極高，可產(chǎn)生大量水霧提高降塵效果，噴射環(huán)管構(gòu)成如圖4所示。

圖4 噴射環(huán)管構(gòu)成

3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用

將該設(shè)計(jì)裝置安裝在某礦山高溜井緩沖井上部位置，緩沖井及裝置風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓解決了高溜井沖擊氣流和粉塵外溢，裝置中噴淋總成及噴射環(huán)管的布置較原有裝置有效地提高了粉塵的除塵效果，降低了高溜井粉塵的危害，裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝應(yīng)用如圖5所示。

圖5 裝置生產(chǎn)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)

緩沖井與溜井聯(lián)通，含塵氣流在經(jīng)風(fēng)機(jī)作用通過(guò)噴射環(huán)管，噴射環(huán)管中噴淋總成噴射出大量水霧對(duì)含塵氣流進(jìn)行凈化，噴射環(huán)管?chē)娚渌F后仍有一段風(fēng)機(jī)擴(kuò)散器作為使汽霧與粉塵更充分混合并捕集中粉塵的管路，同時(shí)含塵氣流和水霧處于風(fēng)機(jī)正壓端，風(fēng)速可達(dá)約30 m／s，符合文氏除塵管原理，能更好地實(shí)現(xiàn)降塵作用［5］。

為驗(yàn)證該高溜井大風(fēng)量霧化除塵裝置效果，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)降塵效果進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1，測(cè)定結(jié)果顯示除塵設(shè)備出口端總塵為1.07 mg／m3，呼塵為0.87 mg／m3，達(dá)到預(yù)定設(shè)計(jì)效果，該裝置應(yīng)用效果顯著。

表1 降塵效果測(cè)定

4 結(jié) 論

該高溜井大風(fēng)量霧化除塵裝置克服了傳統(tǒng)溜井抽風(fēng)凈化設(shè)備不夠成熟，凈化效果和凈化除塵能力不能兼顧的局限，該大風(fēng)量霧化除塵設(shè)備對(duì)含塵氣流的處理能力強(qiáng)，凈化效果好，可有效地應(yīng)用于井下溜井粉塵治理，改善礦山作業(yè)環(huán)境條件，降低粉塵職業(yè)病的發(fā)生。

［1］ 許滿(mǎn)貴，何鵬程，劉欣凱，等.礦井除塵噴嘴霧化特性數(shù)值模擬研究［J］.煤炭技術(shù)，2015，34（11）：193－195.

［2］ 劉春洋.掘進(jìn)工作面環(huán)流氣水霧化除塵裝置的研究［D］.太原：太原理工大學(xué)，2015.

［3］ 宋穩(wěn)亞.降塵細(xì)水霧調(diào)制方法研究［D］.焦作：河南理工大學(xué)，2015.

［4］ 代君偉.鉆孔粉塵超聲霧化除塵技術(shù)及機(jī)理研究［D］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2008.

［5］ 冉景煜，張力，郭世昌，等.低壓旋流霧化噴嘴對(duì)文丘里水膜除塵器喉部水霧均勻度及除塵效率的影響［J］.電站系統(tǒng)工程，2000，（4）：211－214.

Research and Application of High Air Volume Dust Removal Device in High-pass

LI Ya-jun，LIU Wei-qiang，LI Yin-hong，WANG Zhi，LIU Dong-rui
（Hunan Labor Protection Institute of Nonferrous Metals，Changsha 410014，China）

In order to find the balance of the purification effect and the purification ability to solve the high-pass dust problem，the design of the high-runway large air volume atomization and dust removal device is used to solve the problem.The buffer well is connected with the high-pass.The dust move to the upper under the fan negative pressure and was purified.Practice has proved that the equipment work well on the dust handling capacity.The device has excellent effect on high-pass dust removal.

high pass；large air volume；atomization；dust removal；device

TD714＋.41

A

1003－5540（2017）05－0007－02

李亞?。?991－），男，工程師，主要從事礦山通風(fēng)防塵工作。

2017－07－06