基于磁化水的噴霧降塵實驗研究

孫 星

(陽泉煤業集團有限責任公司 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，它不僅影響的人員數量大，而且對人體健康傷害嚴重，其中最嚴重的是塵肺病。在目前的防塵工作中，現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，需要進一步提高降塵效率。由此，提出了磁化水霧降塵技術，是在已有的噴霧降塵基礎上進行改進的濕式降塵方法，具有結構簡單、易維護、運行費用低、使用效果好等特點。

1 磁化水降塵機理及分析

1.1 磁化水的特性

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

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。經過多次實驗研究，結果發現在磁化處理后水的粘度系數將會逐漸下降[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 磁化水降塵機理

在普通的水中添加表面活性劑形成溶液，經過磁化管路將表面活性劑溶液進行磁化，最后經提高壓力后輸送到工作場所進行降塵。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]，同時將該裝置進行智能化設計，可根據粉塵濃度實現自動調節表面活性劑與水的配比，從而更穩定和高效地進行除塵。

2 對比實驗及結果分析

2.1 實驗流程

用常水和磁化水兩種水分別進行降塵實驗，分析降塵效率。設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：智能磁化細水霧降塵裝置，激光粉塵檢測儀，產塵器和揚塵器，空氣壓縮機。

實驗步驟：取一定量的煤粉，放入產塵器漏斗中讓其自由下落，打開揚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到設定濃度時，減少產塵的量，以維持粉塵濃度的穩定，打開水箱閥門，智能磁化細水霧降塵裝置的噴頭開始噴水，產生水霧，記錄數據，則到停止實驗。將實驗的常水換成磁化水后，重復上述步驟。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，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，實驗所得的數據曲線見圖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，當采取磁化水霧進行降塵時，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 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。