不同因素對(duì)采煤機(jī)噴霧系統(tǒng)降塵效果的影響分析

楊志剛

（大同煤礦集團(tuán)同發(fā)東周窯煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037000）

引言

目前，大部分采煤機(jī)上都配備了噴霧系統(tǒng)，以加強(qiáng)對(duì)工作面粉塵的控制。但在噴霧過(guò)程中，時(shí)常會(huì)因噴霧壓力、霧粒的帶電情況及霧滴運(yùn)動(dòng)速度等因素的變化，使得噴霧系統(tǒng)的噴霧效果不佳。

1 采煤機(jī)噴霧系統(tǒng)分析

采煤機(jī)噴霧系統(tǒng)的工作原理是，將由順槽水泵提供的壓力水經(jīng)由噴嘴噴出完成霧化，促使液滴與粉塵相互碰撞，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)粉塵的捕捉。其噴霧方式主要包括外噴霧式和內(nèi)噴霧式。其中，外噴霧式是指壓力水由安裝在機(jī)身上的噴嘴噴出的方式；內(nèi)噴霧式是指壓力水經(jīng)過(guò)滾筒流出并經(jīng)裝在葉片上噴嘴噴出的方式[2]。外噴霧噴嘴離粉塵源較遠(yuǎn)，粉塵容易擴(kuò)散，但需要消耗較多的產(chǎn)煤水，噴嘴也可能出現(xiàn)塞堵、防砸等問(wèn)題；而內(nèi)噴霧的噴霧降塵效果較好，但供水系統(tǒng)的密封性較難保證，噴嘴也易產(chǎn)生堵塞和損壞現(xiàn)象。

2 采煤機(jī)噴霧系統(tǒng)存在的問(wèn)題

1）噴霧嘴一般被安裝在噴霧架上，時(shí)常出現(xiàn)安裝角度不理想問(wèn)題，導(dǎo)致噴水霧不能完全作用于噴霧對(duì)象上，影響著噴霧降塵效果；

2）在安裝噴嘴時(shí)，各管路接頭經(jīng)常采用卡套方式進(jìn)行連接，導(dǎo)致前期安裝、后期維修及更換存在不方便現(xiàn)象；

3）現(xiàn)場(chǎng)噴霧時(shí)，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(duì)噴霧系統(tǒng)降塵效果的影響

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

圖1 霧流運(yùn)動(dòng)情況示意圖

根據(jù)調(diào)研，有研究學(xué)者對(duì)不同壓力下霧流段的長(zhǎng)度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 不同壓力下霧流段的長(zhǎng)度的試驗(yàn)結(jié)果

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

4 霧粒荷電性對(duì)噴霧系統(tǒng)降塵效果的影響

在采煤機(jī)噴霧降塵過(guò)程中，由于壓力與摩擦力之間的作用，導(dǎo)致霧化液滴之間產(chǎn)生荷電效應(yīng)，帶有電荷的霧滴與塵粒會(huì)發(fā)生靜電凝結(jié)，相對(duì)不帶電的粉塵顆粒之間，不同電荷霧滴顆粒與粉塵顆粒會(huì)更容易凝結(jié)。通過(guò)查閱資料可知帶電顆粒比例與水壓的關(guān)系如下頁(yè)表2表示。由表2可知，帶電霧粒數(shù)量越多，靜電凝結(jié)的效果就越好，噴霧系統(tǒng)的降塵效率也就越好[5]。

表2 帶電顆粒比例與水壓的關(guān)系表

5 霧滴運(yùn)動(dòng)速度對(duì)噴霧系統(tǒng)降塵效果的影響

在采煤機(jī)噴霧過(guò)程中，由于粉塵顆粒自身重力作用，部分細(xì)微粉塵會(huì)隨噴嘴吹出的風(fēng)一起發(fā)生流動(dòng)，但在采煤機(jī)風(fēng)道中的塵粒相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)速度，增加霧滴與塵粒之間的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，保證兩者具備較高的運(yùn)動(dòng)速度，以增加兩者之間的碰撞次數(shù)。通過(guò)查閱資料可知單位時(shí)間內(nèi)單位體積內(nèi)霧滴和塵粒所發(fā)生的碰撞次數(shù)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(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度；v為水的黏度系數(shù)；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(qiáng)度ε的增大，霧滴和塵粒之間的碰撞次數(shù)逐漸增多，從而會(huì)提高霧粒的運(yùn)動(dòng)速度，增強(qiáng)霧粒在粉塵分布區(qū)的穿透力，并使其與更多塵粒發(fā)生相互碰撞，提高噴霧系統(tǒng)的降塵效果[6]。

6 結(jié)論

噴霧系統(tǒng)的噴霧壓力越大、霧粒的荷電性越強(qiáng)、噴霧顆粒的運(yùn)動(dòng)速度越快，采煤機(jī)噴霧系統(tǒng)的噴霧降塵效果就越好。因此，在對(duì)噴霧系統(tǒng)的后期設(shè)計(jì)過(guò)程中，可針對(duì)這些因素進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以提高噴霧系統(tǒng)的降塵效果。