基于磁化水的噴霧降塵實驗研究

孫 星

(陽泉煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 五礦，山西 陽泉 045000)

多年來，粉塵問題一直困擾著許多與粉塵直接接觸的行業(yè)，它不僅影響的人員數(shù)量大，而且對人體健康傷害嚴(yán)重，其中最嚴(yán)重的是塵肺病。在目前的防塵工作中，現(xiàn)有的噴霧降塵的確起到了一定的作用，但是降塵效果很不理想，需要進(jìn)一步提高降塵效率。由此，提出了磁化水霧降塵技術(shù)，是在已有的噴霧降塵基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的濕式降塵方法，具有結(jié)構(gòu)簡單、易維護(hù)、運(yùn)行費(fèi)用低、使用效果好等特點(diǎn)。

1 磁化水降塵機(jī)理及分析

1.1 磁化水的特性

自來水經(jīng)磁場的處理后，它的理化特性會發(fā)生變化，如水的硬度會提高，然后再變軟；水的導(dǎo)電率和粘度也都會降低；開始改變水的結(jié)構(gòu)，而且會使水的復(fù)雜長鍵轉(zhuǎn)化成短鍵，使水的氫鍵發(fā)生彎曲，使水的化學(xué)鍵夾角發(fā)生改變等。最主要的是與降塵機(jī)理有關(guān)的主要因素潤濕性、粘度及滲透能力、表面張力和水結(jié)構(gòu)都會發(fā)生暫時的變化。

1) 表面張力。25 ℃時水的表面張力約為71.18 mN/m，這時進(jìn)行噴霧的話，它不容易破碎，霧化的水霧粒徑比較大。大量的研究表明：水經(jīng)磁化處理后，在一定程度上能夠減小水的表面張力[1-3]，找到一個讓水的表面張力為最小值的磁場強(qiáng)度，使其水霧效果最好。

2) 粘度。影響噴霧效果的一個主要因素是水的粘度，體現(xiàn)在粘度小的水噴出的霧粒小，霧粒分布均勻；粘度大的水噴出的霧粒大，霧粒分布不均勻。經(jīng)過多次實驗研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在磁化處理后水的粘度系數(shù)將會逐漸下降[4-5]。

3) 潤濕性。潤濕性反映的是水對粉塵的浸潤性能，就是通過粉塵在水中的潤濕所需時間進(jìn)行比較[6]。對于同一種液體來說，不同粉塵的潤濕速度是不同的，一般情況下，粉塵完全沉降的時間短，就說明該液體的潤濕性比較好；粉塵完全沉降的時間較長，就說明該液體的潤濕性比較差。

1.2 磁化水對霧化性能的影響

水在通過磁場后，它的粘度、表面張力等特性參數(shù)會降低，這些水的特性改變改善了水的霧化性能，磁水的霧化效果越好，則水霧與塵粒接觸的幾率就會越大，接觸的機(jī)會越多，它的捕塵效果就越好，相對而言就是除塵效率越高[7]。

1.3 磁化水降塵機(jī)理

在普通的水中添加表面活性劑形成溶液，經(jīng)過磁化管路將表面活性劑溶液進(jìn)行磁化，最后經(jīng)提高壓力后輸送到工作場所進(jìn)行降塵。因表面活性劑能夠降低溶液的表面張力[8]，而磁化后的溶液能夠減小液滴的接觸角，兩者都能使溶液的捕塵能力提高，從而提高降塵效果[9]，同時將該裝置進(jìn)行智能化設(shè)計，可根據(jù)粉塵濃度實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)表面活性劑與水的配比，從而更穩(wěn)定和高效地進(jìn)行除塵。

2 對比實驗及結(jié)果分析

2.1 實驗流程

用常水和磁化水兩種水分別進(jìn)行降塵實驗，分析降塵效率。設(shè)定實驗水流量分別為10 L/min、15 L/min、20 L/min、噴水降塵的時間為70 s、所用的粉塵為煤粉、粉塵濃度為10 mg/m3。

實驗儀器：智能磁化細(xì)水霧降塵裝置，激光粉塵檢測儀，產(chǎn)塵器和揚(yáng)塵器，空氣壓縮機(jī)。

實驗步驟：取一定量的煤粉，放入產(chǎn)塵器漏斗中讓其自由下落，打開揚(yáng)塵器往實驗室里吹粉塵，用粉塵檢測儀檢測實驗室里的粉塵達(dá)到設(shè)定濃度時，減少產(chǎn)塵的量，以維持粉塵濃度的穩(wěn)定，打開水箱閥門，智能磁化細(xì)水霧降塵裝置的噴頭開始噴水，產(chǎn)生水霧，記錄數(shù)據(jù)，則到停止實驗。將實驗的常水換成磁化水后，重復(fù)上述步驟。實驗完畢。

2.2 常水與磁化水噴霧降塵效果實驗分析

實驗所得磁化水與常水降塵效果對比曲線，見圖1。

圖1 常水與磁化水降塵效果對比

由圖1可以看出：除個別點(diǎn)以外，兩條曲線的整體趨勢先是快速下降，再是緩慢下降并逐漸趨于穩(wěn)定。這是由于粉塵濃度在逐漸減少，意味著粉塵不斷減少，水分子捕獲到粉塵的概率也在減少；當(dāng)粉塵濃度少到一定時，水分子會捕獲不到粉塵，或者說捕獲到的粉塵非常少，幾乎可以忽略。

在相同的水流量情況下，磁化水的實時濃度曲線要比常水的實時濃度曲線低，說明磁化水的除塵效果要比常水的除塵效果好，由公式(1)計算除塵效率。

(1)

式中：η為除塵效率；c1為初始粉塵濃度；c2為采用降塵措施后的粉塵濃度。

常水的除塵效率為：

磁化水的除塵效率為：

在除塵效率上，磁化水比常水的除塵效率高87.2-73.3=13.9%，因此，磁化水霧能夠有效提高除塵效率。

2.3 不同水流量對除塵效率的影響

不同水流量磁化水降塵的實驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同水流量降塵對比

從圖2可以看出，在其他實驗條件都相同的情況下，隨著水流量的加大，降塵的效果明顯。原因是隨著水流量的增大，流經(jīng)噴頭的水流速度也隨之增大，霧化后的霧滴也會增多，這就加大了水滴與粉塵接觸的機(jī)率，從而使得降塵效果也更明顯。

由公式(1)分別計算出：磁化水流量為10 L/min時，最后的粉塵濃度為2.05 mg/m3，除塵效率是79.5%；磁化水流量為15 L/min時，最后的粉塵濃度為1.74 mg/m3，除塵效率是82.6%；磁化水流量為20 L/min時，最后的粉塵濃度為1.28 mg/m3，除塵效率是87.2%。這說明：磁化水霧在一定的流量范圍內(nèi)，隨著水流量的加大，除塵效率將會得到一定的提高。

2.4 磁化水對不同種類粉塵的降塵效果分析

為了得出磁化水對不同粉塵的降塵效果，分別選用兩種不同的粉塵來進(jìn)行除塵效率的實驗分析，所用的粉塵為煤粉和巖粉，實驗所得的數(shù)據(jù)曲線見圖3。

圖3 煤粉與巖粉降塵效果對比

從圖3可以看出，在其他實驗條件相同的情況下，當(dāng)采取磁化水霧進(jìn)行降塵時，粉塵實時濃度明顯下降，說明磁化水霧對以上兩種粉塵都具有明顯的除塵效果。

由公式(1)分別可以算出：煤粉的除塵效率為87.2%，巖粉的除塵效率為95%。這說明：磁化水霧對巖粉的除塵效果要比煤粉的除塵效果好，同時對于不同的粉塵有著不同的除塵效果。

3 結(jié) 語

通過實驗的方法得出了磁化水霧的除塵效率要比常水高，而且在一定的水流量范圍內(nèi)可以通過增大水流量的方法來提高除塵效率，同時，粉塵不同除塵效果不同。