低阻水膜除塵器探討

張曉光+呂鑫

摘要：細微顆粒的煤炭粉塵，是礦山五大自然災害之一。在采煤過程中巷道中飛揚的煤粉嚴重污染著空氣，影響礦工身體健康，可引發礦工的煤肺病。在空氣中當其濃度和氧氣濃度達到一定界限并有明火時可發生煤塵爆炸，其危害性十分巨大。利用低阻水膜除塵器可以將開采時帶來的煤塵危害降到最低，同時將煤塵重新回收再利用，帶來附加效益。

關鍵詞：煤塵；低阻水膜除塵器；機械離心

中圖分類號：TD48

文獻標識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.30.093

1引言

切割機工作時煤塵、巖塵及蒸汽煤塵四處飛揚，工作環境十分惡劣，雖有傳統遮塵罩，但幾乎不起作用。初步估算塵源附近粉塵濃度在200mg/m3左右，嚴重超出國家允許標準。長期工作威脅操作人員身體健康、另外不僅污染室內環境還要危及周邊環境，目前國內尚沒有高效除塵系統。

2問題的提出

2.1煤塵產生及其危害

煤塵產生的原因：

（1）采場產生的煤塵。采場產生的煤塵主要有采煤機落煤、裝煤、運煤、液壓支架移架、 運輸轉載、人工摧煤、爆破及放煤口放煤等。

（2）掘迸工作面產生的煤塵。掘進工作面的產塵工序主要有機械破巖 （煤）、裝運、爆破、煤矸運輸轉載及錨噴等。

（3）其他的產塵地點。巷道錨噴支護及維護、轉載及裝運點等也可能會產生高濃度煤塵，尤其是卸載站、翻籠硐室、煤倉、溜煤眼等溜煤轉運處的瞬時煤塵濃度相當高，有時煤塵濃度會達到煤塵爆炸界限，易發生災害，對于這些地點應在預測、預報上給予重視。

煤塵的危害：

（1）礦塵產生后會降低工作面的能見度，增加生產的難度，同時污染作業環境。

（2）塵肺病是煤礦工人的職業病，嚴重影響礦工的身體健康。病因就是由于工人長期工作于煤塵濃度較高的地點，引起肺部器官的病變，引起呼吸道炎癥、慢性中毒和皮膚病，重者可導致塵肺病。

（3）煤塵具有燃燒爆炸性，達到一定濃度后，在氧氣和火源條件下會發生連續性的爆炸，爆炸產生的沖擊波會繼續揚塵，由于沖擊波的速度快于火焰的速度，所以會發生一邊揚塵一邊燃燒的連續性爆炸。

（4）礦塵顆粒較微細，會附著于開采的機械設備上，從而增加設備的故障率，降低可靠性，使生產系統的可靠性降低，增加了維修的經濟和時間成本。

2.2傳統水膜除塵設備

水膜除塵器是一種氣體凈化設備，利用含塵氣體沖擊除塵器內壁或其他特殊構件上用某種方法造成的水膜，使水膜捕獲粉塵，從而氣體被吸收得到凈化。主要包括沖擊水膜、惰性（百葉）水膜和離心水膜除塵器等多種分類。

3低阻水膜除塵器的研究

3.1傳統水膜除塵器應用基本原理

傳統水膜除塵器是含塵氣流通過進口煙道進入除塵箱內部，在進入后被水或水霧均勻的噴灑，而較輕的、高速的煤塵顆粒，被吸附在噴灑的水滴上，被濕潤了的質量增加，從而利于被分離出來，混合物呈絮流高速運動中，由于水滴與煤塵顆粒運動狀態不一樣，運動速度差別較大。從而，煤塵顆粒與水滴就發生了碰撞凝聚，特別是較為細小的煤塵顆粒極易被水霧吸附。除塵箱體一般設計為圓柱形筒體，水從除塵器上部注水槽進入除塵箱，使整個除塵箱內壁形成一層水膜從上而下流動，煤塵由筒體下部切向進入，在筒體內旋轉上升，在離心力作用下煤塵顆粒與內壁面的水膜發生摩擦，這樣煤塵顆粒被水膜吸附，隨水流到除塵箱底部，從溢水孔排走。除塵后廢水由底部溢流孔排出進入沉淀池，沉淀中和，循環使用。

3.2低阻水膜除塵器應用原理

低阻水膜除塵器是利用空氣正負壓差將割煤時產生的煤塵吸入除塵箱體內，利用除塵箱的機械離心作用將煤塵分離沉淀。

在除塵箱體內主軸軸向一般裝有多級葉片或金屬網，將多個葉片或金屬網固定于箱體內的主軸上構成轉子，轉子上的葉片與主軸一同旋轉，稱為動葉。箱體內注水，動葉轉動后，絲網形成水膜若干層，使含塵氣流通過連續不斷生成的多層水膜，水膜將不斷攔截大量塵粒，達到清除細微粉塵顆粒，螺旋體轉動，產生一定的離心力，圓形箱體內壁也會附著水膜，旋轉的含塵氣流中較大顆粒粉塵在離心力作用下甩向箱體內壁面，被壁面水膜撲集。

動葉在運動過程中不僅做軸向運動，還沿著旋轉方向運動，從而導致下級動葉的壓縮效率降低，氣壓不足，而且動葉越多壓縮效率就會越低，除塵箱體內的空

氣會隨轉子旋轉為氣團，整個箱體內的氣壓不足，無法正常壓氣，所以一般會在兩組動葉間安裝一組靜止的葉片，稱為靜葉，其作用主要是整流空氣，增加氣壓，一般安裝時為交替安裝。

這樣將在箱體內形成氣壓產生對煤塵的吸力，同時含塵水膜流到箱底水中，沉淀凈化，完成除塵工程，凈化后的水可再循環使用。

3.3低阻水膜除塵器優點

低阻水膜除塵器相比于傳統的水膜除塵設備，將煤塵的吸收、捕捉已經分離結合為一體，利用增壓帶來的正負壓效果，能夠有效的使割煤產生的煤塵最大限度的吸收。同時利用動葉與靜葉的組合，整流氣體，不會影響煤塵以及水膜的產生和接觸，避免煤塵的二次排除污染。例外箱體的注水能夠避免機械作用引起的爆炸和其他反應。

4低阻水膜除塵器參數計算

4.1收塵極面積計算

除塵器工作時的實際條件（如煤層氣特性、風量、驅進速度和氣流分布等）與設計工況可能存在差異，所以在設計時，必須考慮一定的儲備能力。目前，一般通過采用增大收塵面積的方法來保證除塵器的儲備能力。設計時按下式計算所需的收塵極面積，即：

A=kbqvωln11-η

式中 A—所需要的收塵極面積，m2；

η—除塵器要求的除塵效率，%；

ω—粉塵驅進速度，m/s；

qv—被處理的煤層氣量，m3/s；

kb—儲備系數，一般取10～13。

4.2煤層氣含塵濃度計算

C=dsh.AYVy

式中 dsh— 排煙中飛灰占煤中不可燃燒成分的質量分數；

AY—煤中不可燃燒成分的含量；

Vy—標準狀態下實際煤層氣量。

4.3除塵器的效率計算

η=1-CSC

式中 C—標準狀態下煤層氣含塵濃度；

CS—標準狀態下煤塵排放標準規定值。

5結論

低阻水膜除塵器，可以將割煤過程中產生的煤塵更加徹底的吸收、捕捉和分離，將煤塵轉化為可利用的資源，既使得煤塵帶來的危害減小，同時也對推進速度的加快有益。

但是也有一些問題需要解決，增壓后的正負壓對于煤塵吸收范圍的研究，低阻水膜除塵器箱體內對于液體介質的選取需要反復嘗試，箱體內轉子旋轉阻力的研究，另外低阻水膜除塵器裝置需要合理布控尚須探討。

參考文獻

[1]H Yosida. Size classification of submicron powder by air cyclone and three-dimensional analysis[J].Journal of Chemical Engineering of Japan.1991.

[2]童秉綱.非定常流與渦運動[M].北京：國防工業出版社，1993.

[3]周謨仁.流體力學泵與風機[M].北京：中國建筑工業出版社，1985.

[4]張昌俊，彭黎輝，張寶芬.電除塵器低壓供電控制系統[J].電工技術，2003.endprint