一种新的高效降尘方法

ｆ　努　自　／　芦　西安矿业学院荦报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＸＩ　ＡＮ　ＭＩＮＩＮＧ　ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ　１９９２生　

一７　６　一种新的高效降尘方法　

黄俊　（机械工程系）　

擅　要　

。ｉ　ｆ么・　

针对目前煤矿使用低压水阵尘效率低，水患严重的现象，提出采用高压小流量唷　雾降尘。从啃雾降尘机理、射流结构和形式、雾滴枉度和分散性，雾滴运动速度殪　霉滴带电效应等方面论证高压小流量的优越性。初步试验表明，降尘效率提高刭　９Ｏ　左右，并消除了水惠。　关■蜀：喷雾，雾滴，粒度，高压水　

我院机械系和实习工厂共同研制了一台脉冲射流压力为５　ＳＰａ，流量为５Ｌ／ｍｉｎ的高压小　流量降尘器，在粉尘浓度为５００　ｍｇ／ｍ。左右的机截工作面试验，降尘效率达９４％一９７　。而低　压（连续射流１＂－２　ＭＰ且）射流的降尘效率一般只有５０　＂－６０　，甚至更低。　国内，煤科总院重庆分院研制了高压喷雾器，在石炭井矿务局机掘工作面试验效果很好。　佳术斯煤机厂在ＥＢＪ一１　００型掘进机上配备连续射流压力为１０＂－３０　ＭＰａ，流量为６Ｏ　Ｌ／ｒａｉｎ　的高压水降尘，降尘效率为８５　。前苏联鼬ＩＩ—ｌＫ　ｒ型采煤机采煤时，喷水压力１Ｏ蛐Ｐａ，　耗水量为１５　Ｌ／ｔ，降尘率９５．４　＂－９８．７　，空气含尘量降为４８￣７２ｍｇｌｍ　，而普通喷雾时，含　尘量为９０－￣１１２　ｍｇ／ｍ　耗水量是高压时的２．６倍…。一般采用１　０＂－－１５　ａ水压喷雾时。所形成　的雾粒能全部满足除尘需要，可使低压喷雾难以沉降的呼吸性粉尘由原来的７５．６　降尘率升　高到９６．２　＂－－９８．６　。　目前，绝大多数煤矿仍采用低压水降尘，水压偏低，流量偏大，形成水患，使机械锈蚀，　煤的含水量加大，底板产生松软，而降尘效率却很低，尤其对危害工人健康的５¨ｍ以下的呼　吸性粉尘降尘作用极小。　现从以下五个方面进行论证。　

１喷雾降尘机理　喷雾降尘的实质是液杰雾滴与悬浮于空气中的周态粉尘碰撞凝并使其湿润，容重增加而　加快沉降，有的使尘粒粘附在雾滴表面凝聚成大颗粒而沉降。其机理是雾滴对粉尘的碰撞，　

本文１９９１年１２）９　２３日收到　第４期　黄　佳一种的新高效降尘方法　３５９　拦截和捕获使雾滴与尘粒凝并。　

２喷雾射流的结构和形式　２．Ｉ喷■射流的结构　喷雾水射流从喷咀出口后分两个区，第一个区称为有散作用区，在该区，雾滴以很大的　喷出速度运动，重力没有对它产生影响。第二个区为衰减区，在该区，雾滴在重力作用下自　由下落。　低压射流喷雾时，最初的水流是紧密的，后来由于空气的阻力就分散成雾滴，这些雾滴　沿着平行于射流轴的方向运动，当雾滴离开喷咀一定距离而处于衰减区时，运动速度减慢，　并开始降落。　高压喷雾则不同，从喷咀中喷出的高速水流经过很短的距离就分散成雾滴，并在雾滴之　后形成一股气流，射流中雾滴继续运动，除了压力作用外，也有气流的作用。试验中，压力　迭６　ＭＰＢ，就有较强的含尘气流被卷吸入雾区，压力超过１０　ＭＰ。，卷吸作用十分强烈，并　伴有吱吱尖叫声。雾滴在射流全长上的运动速度超过了沉降速度，不出现低压喷雾时明显的　射流衰减区。衰减区降尘效率极抵，此时的雾滴处于自重下沉状态，已没有足够的能量与粉　尘碰撞凝并。　２．２曩雾射流的形状　试验表明，喷咀出口后水射流的形状与压力有关。随着压力的增加，６　ＭＰａ以上即可明　

显的观察至　射流圆银形部分长度缩短，射流逐渐变为圆柱形。表１为作者试验的射流段长　度。　从表１可以看出，提高喷雾射流的压力能增加射流圆柱形段长度，使雾化射流在含尘空　气中通过的路程增长而取得良好的捕尘效果。　

裹Ｉ不同压力下射流段长度　

Ｚｏ３射渍Ｉ叠　圆柱形射流直径对降尘效果具有重大影响。射流直径决定喷雾面积，喷雾面积越大，对　粉尘碰撞、拦截和捕获的范围越大，从而碰撞几率必然增大，捕尘效率也将增高。射流圆拄　形直径与射流喷射压力有关。离喷咀出ｉｌ同一距离，压力为ｉ０　ＭＰａ的圆柱形射流直径是压　３６０　西安矿业学　院学报　１９９２￣－　力为２．５　ＭＰａ的１．７５倍（图１）。　２．●射流中水的分布　水在整个射流长度上的均匀分布是有效　ｌ　Ｉ　Ｊ　ｆ　Ｊ　ｌ　ｌ　捕尘的主要条件。实心圆锥形射流能比较好　韫　ｒ—十——卜＿—寸——ｒ——ｆ　地满足这个要求。水在垂直轴上的水量分布　叁￣＂－１　Ｉ　１　１　ｌ　＝千—一　譬　萋，忖　卜ｆｊｆ　－最大含水量在射流垂直轴下部，而压力增高　耋　ｌ　ｌ　】　１　１　ｌ　ｆ　

到１０　１２　ＭＰ　对，最大含水量接近于射流轴　口Ｌ—古—｛—　｝—古—　心。由此说明，低压射流周边上的台水量　、一　压力（ＭＰ　）　小，中心的含水量大。随着压力的增高，射　流周边含水量逐渐增加，中心含水量下降，　目　圆柱形射流直经与喷射压力的关系　

在整个射流范围内含水量趋于平衡，这种水量分布对捕尘是极为有利的　

２．５赜雾射流言水量　单位体积空气中自　有效捕尘的雾滴水量是喷雾射流的一个重要特征。研究表明，较好结　构的喷雾器能保证每ｍ。空气中有效捕尘的雾滴水量约２—２．５　ｇ。而空气中含尘量与含水量相　当时，这个水量对空气的完全除尘是远不够的。喷雾射流中能有效捕尘的雾滴水量与水压密切　相关。从图２可以看出，射流中能有数捕尘雾滴水量随着压力的增加而增加。压力为ｌＯ一　１２．５　ＭＰａ的喷雾射流能有效捕尘的雾滴水量比压力为２．５：Ｍ］Ｐａ的提高１　０倍左右。　２．０喷咀结构　为了让水从喷咀出口后达到小流量全雾　化的要求，除了增加压力外，对喷咀结构和　尺寸还要进行多方面的控制，从而使雾化射　流满足上述要求。例如引射射流、旋转射　流、雾化角、有效雾化距离等。　

３　雾滴粒度及分散性　

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捌　＊　抽　

，５　ｊ　７ｊ　１２　压　ＭＰａ）　喷水降尘效果差，对直径小于５　ｍ的呼　图２射流含水量与喷水压力的关系　吸性粉尘效果更差，原因是水滴粒度大，分　ｌ一喷咀０．８ｒａｍ　２．一喷咀１ｍｍ　散性差，水滴数量少，与粉尘碰撞和拦截的几率小，降尘效率低。同时，水浦粒度与粉尘粒　度相差太大，粉尘沿水滴周围绕过而滑流，难以凝并沉降。　实验数据提出，水压对雾滴粒度有直接影响，在２．５　ＭＰａ压力下产生的雾滴直径为４５２　ｍ，当压力升高Ｉ，￣１ｏ　ＩＶ￣ｃｍａ时，雾滴直径下降为７５　ｍ。实验还证实，离射流轴１．２５　ｍ处所　取的雾粒数量，当压力为２．５　ＭＰａ对为５８３个，与射流中心处的雾滴数量４２５个有较大差异，　而压力升高到１０ＭＰａ对，离射流中心轴１．２５　ｍ处雾滴数量为７Ｏ８个，与射流中心处的雾滴数　量７５２个差异较小。这表明，喷射压力　岳，雾滴分散性好，在整个射流区段雾滴分布均匀。　第４期　黄俊一种新的高教降尘方法　３６１　实验结果见表２和表３。　也井不是水滴粒度越小就越好。过小粒径的雾滴极易汽化，在空气中存在的时间很短。表　４刊出　３Ｏ¨ｍ雾滴在不同条件下存在的时间。　寰２高喷咀７ｍ处的射流中心水压与雾滴数量、直径　

因此，也不希望水滴粒度过小。３０¨ｍ的水滴在相对湿度为８Ｏ　，温度为２Ｏ℃时只能保　持７．１　ｓ，可见小于３Ｏ¨ｍ，譬如几ｐｍ的水滴还没有与粉尘碰撞就汽化了，基本上不起降尘作　

用。　裴４不同温度和空气相对温度下　３Ｏ¨ｍ雾滴的存在时问（ｓ）　

温度（。Ｃ）　空气相对湿度　８０％　９０　

过大和过小的雾滴捕尘效果都不好　宁仲良同志在他的硕士论文中，通过“基阵　计算，　把粒度直径６Ｏ一１６０　ｍ作为最佳降尘效果雾滴范围。美国学者认为，１¨ｍ直径的粉尘易被　１００¨ｍ直径的雾滴捕捉，２　ｍ直径的粉尘易被２ＯＯ　ｍ直径的雾滴捕捉，最佳降尘效果的雾ｉ商　直径范围应是１ｏＯ一３００¨ｍ　前苏联学者提出４ｏ—ｌｏｏ　易和粉尘碰撞而达到较好的降尘赦　３６２　西安矿业学院学报　１９９２年　果　综合以上数种观点，可以认为，１００　ｕｍ左右雾滴降尘能力最强，１００　Ｈｍ以下雾滴，在极　易汽化湿度以上，对呼吸性粉：　降尘效果较好。　为了获得最佳降尘效果的雾滴范围，通过一系列试验研究，测定了各种喷咀直径和各种　喷雾压力所产生的雾滴直径。试验表明，当恒压喷雾时，采用１　ｎｌｍ和１．２　ｍｍ喷咀，喷雾射　流的压力为７．５　ＭＰａ，１０　ＭＰａ时，雾滴粒度为１００　左右。压力为１２．５　ＭＰａ，１５　ＭＰａ时，雾滴　粒度为８０＂－，５０ｐ，ｍ，因此，恒压喷雾的射流最佳压力应为７．５—１０　ＭＰａ。　当脉冲喷雾时，采用１ｍｍ和１．２５ｍｍ喷咀，喷射压力为５ＭＰａ，７．５ＭＰａ时的雾滴粒度　在１００　ｍ左右。压力在１０　ＭＰａ，１２．５　ＭＰａ时的雾滴粒度为５０　ｔｉｍ左右，因此，脉冲喷雾的最　佳压力应为５＂－＇７．５　ＭＰａ。　

４　雾滴的运动速度　粉尘在风流中的运动速度不可能很高，为了有效的与水稿碰撞，并增加碰撞次数，必须　提高水滴的运动速度。　如何提高雾滴运动速度呢？前苏联学者使用金属变形传感器测定了离喷咀不同距离上的　射流圆柱形部分的雾滴运动速度，总共测定６００多次。测试表明，提高喷射压力可增加雾滴　运动速度。当压力从２．５　ＭＰａ提高到１０御ａ，雾滴运动速度的平均值从２４　ｍ／ｓ增加到３４　ｍ／８。　压力为２．５　ＭＰａ的喷雾射流离喷咀３　ｍ处雾滴的运动速度等于沉降速度，而此时７．５￣－，１０　ＭＰａ　的喷雾射流的雾滴运动速度还可达ｌ８—２５　ｍ／ｓ。　

５喷雾射流雾滴的带电效应　喷雾时，由于木雾电荷效应，某些葬滴就自然的带上了电，其带电量取决于喷雾方式。　矿尘因在被破碎过程中互相摩擦，因而也带电…。粉尘和雾滴带电提高了捕尘系数。有人　测定了喷雾射流中带电雾滴的相对含量　表５中的数据表明，喷雾射流中带电荷的相对含量　随着喷射压力的增加而增加，在压力为１０　ＭＰａ时达到８８．３　，增加比较迅速的是负电荷含　

裹５喷■射流中带电■嗣含量　

量。雾滴与粉尘粒的相互作用力，由电荷的符号、值、雾滴与粉尘粒度以及它们之间的距离　所决定。显然，雾滴和粉尘粒的电荷越多，凝并的效果和降尘效率都越显着。