煤礦濕式除塵器的優化

賀振綱

（陽煤三礦通風部通風五隊，山西 陽泉 045000）

引言

除塵器是煤礦常用的一種除塵設備，其性能決定除塵效果。一般礦用濕式除塵器采用單級風機作為除塵風機[1-2]，但由于單級風機提供的動力有限導致該型除塵器產塵的負壓較低，達不到理想的除塵效果，而且濕式除塵器還存在耗水量較大的問題，導致巷道內積水嚴重，因而，對礦用濕式除塵器的負載低和耗水量大的缺陷進行改進。

1 濕式除塵器的除塵原理

濕式除塵器的結構如圖1所示。接通電源后單級風機運轉，在風筒內形成負壓，吸風口附近的空氣在壓力的作用下進入吸塵口，產生的粉塵在空氣的攜帶下進入除塵器，含塵空氣在接觸到噴嘴噴出的水霧時，被濕潤凝結成較大的塵團，在重力的作用下沉降，被凈化后的空氣經過除塵風機流出除塵器。當處理的粉塵積累到一定時量時，打開排渣口3和10，粉塵隨著水流流出除塵器。

圖1 濕式除塵器的結構圖

2 除塵器的優化

通過對除塵器的除塵原理和結構進行分析，對噴嘴進行重新選型、優化噴霧方式和改進噴霧結構是最經濟的優化方案。

2.1 噴嘴重新選型

由于能在空氣中漂浮的粉塵粒徑較小，為達到節水并提高除塵效率的目的需要噴霧的粒徑更小。目前，可供選擇的噴嘴有實心錐形噴嘴、空心錐形噴嘴和壓氣噴嘴3種。壓氣噴嘴在使用中需要接入氣源，對除塵器的改動過大，因此不宜采用。對實心錐形噴嘴、空心錐形噴嘴進行噴霧性能測試，以進行噴嘴的篩選。如表1所示，為兩種噴嘴的噴霧性能表。通過比較，實心錐形噴嘴在噴霧壓力相同的情況下，耗水量僅比實心錐形噴嘴多4.76%，但除塵效率高5.2%。因此選用實心錐形噴嘴。

表1 兩種噴嘴的噴霧性能表（孔徑均為100μm）

圖2 噴霧方式與除塵效率關系曲線

2.2 噴霧方式優化

結合除塵器的結構，噴霧方式有風機前逆風噴霧、風機前順風噴霧、風機后逆風噴霧和風機后順風噴霧4種方式。為篩選最佳的噴霧方式，在保證噴霧壓力相同的情況下，對4種噴霧方式進行除塵效率測試和阻力測試。如圖2所示為噴霧方式與除塵效率關系曲線。分析圖2可知，4種噴霧方式的除塵與流量成正比例關系。在相同流量的條件下，風機前逆風噴霧的除塵效率最佳，風機前順風噴霧除塵效率次之，在液氣比達到0.07 L/m3后兩種方式幾乎不存在區別。其余噴霧方式的除塵效率遠低于風機前噴霧的除塵效率。

如圖3所示為噴霧方式與阻力關系曲線。分析圖3可知，噴霧阻力也與液氣比之間存在正比例關系。在液氣比相同的條件下，風機前噴霧比風機后噴霧阻力大，而逆風噴霧又比順風噴霧阻力大。綜合考慮除塵效率和阻力，選擇風機前順風噴霧作為濕式除塵器的噴嘴噴霧方式。

圖3 噴霧方式與阻力關系曲線

2.3 噴霧結構改進

含塵氣流進入除塵器時，氣流截面逐漸縮小有利于風流匯聚。未開啟噴嘴時風機處氣流如圖4-1所示。當開啟噴嘴時，大部分噴霧在從噴嘴噴出后直接與風筒碰撞，動能降低，形成粒徑較大的水珠，順著導流片滴下，不僅失去除塵效果，還會在在風筒內部形成積水。為增強除塵霧滴的除塵效果，選擇在風筒內表面設置一圈噴嘴，在噴霧邊緣的霧滴動能較小，在風流的帶動下運移。這種布置方式可以使流向風機通道的霧滴超過95%，減少除塵霧滴與風筒的碰撞，提高除塵器的除塵效率。

圖4 除塵器內部氣流模擬圖

3 現場應用

3.1 現場概況

某綜掘工作面的斷面面積為8.9 m2，支護采用錨網、錨索工藝，頂部錨孔通過MQT-130/2.8氣動錨桿鉆機鉆孔，兩幫的錨眼采用MQS-50/1.7手持式風動鉆機鉆孔，掘進機型號為EBZ160型懸臂式掘進機，掘進產生的原煤通過DSJ100/63/2×90和DSJ100/63/160×2帶式輸送機運輸。

根據現場實測數據，工作面粉塵質量濃度最高達到1 183 mg/m3。濃度工作面目前的除塵方式為掘進機自帶的內、外噴霧降塵系統除塵，該種除塵方式采用靜壓水除塵，噴霧壓力不足導致霧化效果差，降塵效果不佳。并且靜壓水中含有較多雜質，容易造成噴嘴堵塞，嚴重影響除塵效果[3]。

3.2 除塵器的安設

為達到理想的除塵效果，工作面采用長壓短抽的通風方式。如圖5所示，濕式除塵器被固定在掘進機的后部，吸塵口被設置在掘進機的甲板上，通過硬質風筒將除塵器與吸風口連接起來，用另一個硬質風筒將經除塵器處理過的無塵空氣排出。由于工作面壓入式風筒提供的風量過大，致使工作面內的風速過高，導致工作面產生的粉塵逃脫吸塵口的收集作用向巷道深部擴散，因此在壓入式風筒的后部加裝一個附壁風筒，利用將壓風的方向改變為垂直巷道的方向，形成一個風墻，將粉塵封閉在迎頭的位置，并且將除塵器排出的污水引流到運輸皮帶上，可使輸送帶上運輸的原煤濕潤，避免在轉載點處再次產生粉塵。

圖5 除塵系統布置圖

3.3 應用效果分析

分別對掘進機司機位置處采取除塵措施前后、除塵器改進前后的巷道內粉塵濃度進行測試，測試結果如表2所示。除塵器經過改進后，除塵系統的除塵效率由89.03%提高到了96.64%，而且耗水量由最初的45 L/min降低到了12.5 L/min，一個工作班的時間內可節水15.6 t，除塵器的內阻降低了220 Pa，負載能力提高了37.88%。因此，該改進大大降低了除塵器的耗水量，提高了除塵器的負載能力，實現了更好的除塵效果。

表2 現場應用相關測試表

4 結語

通過在風機前的風筒內環狀設置實心錐形噴嘴進行順風噴霧，可達到低耗水量、低內阻的改進目標?，F場應用表明，優化后的除塵器的耗水量降低了72.22%，負載能力提高了37.88%，使綜掘工作面的除塵效率達到了96.64%。因此，改進后的除塵器能有效吸收工作面內的粉塵，改善工作面的生產環境。