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第卷第期能源环境保护,比,么力,年月改留吐。刊!由引射除尘技术在综放工作面的应用研究翟国栋,董志峰,严升明中国矿业大学北京,北京!摘要从引射除尘技术的机理出发,研制了放煤口引射除尘器,并进行了现场试验,降除尘效率明显提高。关键词引射除尘综放工作面应用研究中图分类号文献标识码文章编号拓一以刀一叨一叩助,日珑劝让班帕入翻改爪田们一,一,吧一而乙优妙瓜儿崛了,咭刃,,忱留,祀吐妇泊而,!∀,’功洲犯八飞一小沉,场侧吐而,采煤工作面是煤矿产尘量最大的作业场所,其产尘量约占矿井产尘量的左右。为了预防矿井瓦斯、煤尘爆炸恶性事故的发生,改善矿井劳动卫生条件,采煤工作面是矿尘防治的重点。本文从引射除尘技术的机理出发,研制了安装于综放液压支架掩护粱放煤口处的引射除尘器,进行了工业性实验,有效地降低了综放工作面放煤口放煤产尘,改善了整个综放工作面的作业环境。引射除尘技术水雾捕尘技术机理年,美国学者布朗和斯考温格德提出了微细水雾捕尘理论。认为在微细水雾中,不仅存在着各种动力学现象,而且还有蒸发、凝结以及水蒸气浓度差异造成的扩散现象等,这都对呼吸性收稿日期巧一一第一作者简介翟国栋一,男,河比省高碑店市人,讲师,在读博士研究生现在中国矿业大学北京从事教学、科研和管理工作,发表论文多篇。粉尘的捕集起重要作用。所以,对于微细水雾存在着多种捕尘机理动力学机理。在喷雾中,大粒径液滴仍是利用空气动力学机理来捕尘的,即通过粉尘粒子与液滴的惯性碰撞、拦截以及凝聚、扩散等作用实现液滴对粉尘的捕集云物理学机理,微细水雾喷向含尘空间,在很短时间内蒸发时,使喷雾区水汽迅速饱和,过饱和水汽凝结在粉尘粒子上,产生凝聚和并合的微物理过程一冷凝核化,使携带着粉尘粒子的云滴和其它水雾粒相互碰撞、凝并进而增重下沉,形成“雨”降落下来斯蒂芬流的输运机理。在喷雾区内液滴迅速蒸发时,在液滴附近区域内会造成蒸汽组分的浓度梯度形成由液滴向外流动扩散的斯蒂芬流。另外,当蒸汽在某一核上凝结时,也会造成核周围蒸汽浓度的不断降低,形成由周围向凝结核运动的斯蒂芬流。因此,悬浮于喷雾区中的粉尘粒子,必然会在斯蒂芬流的输运作用下迁移运动,最后接触并粘附在凝结液滴上被润湿捕集。翟国栋等引射除尘技术在综放工作面的应用研究引射除尘作用机理引射器主要部件包括引射筒和安装于引射筒内的喷嘴。由于引射器喷嘴喷雾压力较高,产生的雾气流速很快,动能较大,形成高压射流,加之高速雾气流的扩散直径大于引射筒直径,把引射筒全密闭充满,高速雾流在引射筒内呈紊流状态高速推进,形成水雾活塞,引射筒前方的空气被源源不断的水雾推出去,引射筒的后部及整个降尘装置周围产生了很强的负压空间场,因而可以把采煤机滚筒及附近含尘浓度高的空气吸入到降尘装置内,粉尘与水雾在引射风筒里而不断地结合、反复碰撞、重新组合,大部分粉尘与雾粒结合在引射筒中沉降下来,部分粉尘连同水雾撞击在折流板上,失去了在空气中的悬浮能力,很快降落下来,从而起到负压降尘的作用。引射筒内粉尘的捕集可以分为以下四种方式重力捕集大尘粒依靠自身重力进人水滴惯性碰撞捕集较大尘粒在运动过程中遇到液滴时,其自身的惯性作用使得它们不能沿流线绕过液滴仍保持其原来方向运动而碰撞到液滴,从而被液滴捕集截留捕集当尘粒随气流直接向液滴运动时,若尘粒与液滴的距离在一定范围以内,该尘粒将被液滴吸引并捕集。布朗扩散捕集微细尘粒随气流运动时,由于布朗扩散作用,而沉积在液滴上。引射除尘器的研制放煤口引射除尘器安装位置的确定将引射除尘器安装在放顶煤液压支架,放煤口位于支架掩护梁上。工作面为双输送机,前输送机在顶梁下面,后输送机在掩护梁下面,一前一后分别输送采煤机的落煤和放落的顶煤。前输送机紧邻人行道,为了保证工作人员的安全,不易在其上方安装除尘器立柱之间有许多管线,还有控制阀,也不易安装除尘器。而放煤口位于掩护梁上,并且掩护梁下方空间较大,不是人员的主要通道。因此,把除尘器设置在掩护梁上,后输送机的上方。除尘器不能挡住放煤口,应安装在天窗外侧。制约除尘器总长度的主要因素为输送机上的输送煤堆煤高度、吸尘口位置和输送机位置。引射除尘器长度的具体数值,还要根据具体的放煤支架来确定。图为引射除尘器安装位置示意图。顶梁掩护梁煤后输送机引射除尘器后输送机图引射除尘器安装位工放煤口引射除尘器的设计原则引射除尘器在提高除尘效率的前提下,应尽可能实现小型化,制作、搬运、拆装等均很方便。采煤机在每个滚筒向采空侧一端排出的涡旋风量,为提高引射除尘器的除尘效率,应吸收并净化滚筒割煤时产生的涡旋风流。引射除尘器应方便现场工人操作并具有较高的可靠性,如可以将喷嘴选用耐磨陶瓷芯和坚固外壳保护,减少喷嘴堵塞,经得起大块煤歼碰砸,更换喷嘴方便,提高使用寿命。引射除尘器的研制引射除尘器的概要设计引射除尘器包括集气罩、引射筒、喷水装置和折流板四大部分见图。集气罩引射筒喷水装置折流板输送机图引射除尘器结构示意图放煤时,高压水通过特制的喷水装置喷入引射筒。喷出的高压水在引射筒中呈雾状。雾状水滴在引射筒中高速前进,从而在集气罩端口处产生负压。在负压的作用下,工作面的含尘空气被吸人引射筒当它与水雾混合时,其中的粉尘被水滴捕集。粉尘与水滴混合后,在折流板的作用下,成为含尘废水,被排放到输送机上,与煤一起运出。工作面的粉尘浓度因此得到降低。引射除尘器的结构参数优化方法风速和风量的大小是评定除尘器性能的主要指标之一,风速和风量越大,说明吸人的含尘气体量越多。在引射风量一定的情况下,希望耗水量越第卷第期能源环境保护小越好,这样不但能够节约用水,还可以减少对废水的处理工作量。为了通过实验获得合理的设计参数,设计了引射除尘器开发用的风速测试系统见图。该系统中高压泵对进水加压,经压力表到达喷嘴,在引射筒中以雾状喷出。用负压计测量此时引射筒进口处的负压,根据负压可以计算出引射筒进口处的风速。根据风速可以进一步计算引射筒的吸风量。用流量计可以读出引射除尘器的耗水量。计算耗水量与吸风量的比值,就可得到引射除尘器的液气比。可以用溢流阀调节进水压力的大小。水源滥流阀高压泵流量计压力表负压计引射筒喷嘴集水罩图风速测试系统示愈圈借助这个实验系统,我们对不同结构参数的引射除尘器进行气流速度的测定及液气比的计算。从而对引射除尘器各部件进行结构优化。影响吸风量系数的因素有进水压力、喷嘴结构、引射筒直径以及喷嘴的安装位置等。喷嘴结构考虑两个因素,一个是喷嘴外壳参数,一个是旋芯出水口直径。通过正交实验可以优化引射除尘器结构参数。引射除尘器中雾滴的速度和雾滴粒径大小也会影响射流对粉尘的捕集效率。为此设计了射流参数测试系统,主要由三维粒子动态分析仪测量雾滴的速度和粒径大小等参数,找出与除尘效率之间的关系,从而进一步优化引射除尘器结构参数,提高除尘效率。求。每个引射器耗水量在!∀而n以下,也满足总耗水量小于50L/1nln的要求。表1引射器液气比数据表压力加Pa耗水量/(L·而n一’)引吸风量/(砂·而n一2)液气比103.859601:2494125.3210.501:1972147.1012.741:19733.2井下实验系统井下现场实验在郑煤集团超化煤矿flool综采放顶煤工作面进行。工作面风量在800一1896m扮而n之间,最大风速为3.7m/s,工作面平均有效面积为8.5mZ。图4为现场实验系统图。液压支架工作时,开启截止阀和高压泵,调节溢流阀使压力表的压力达到除尘器的工作压力。当除尘器正常工作时,开启粉尘采样器采集上下风侧的粉尘样本,并从流量计读取除尘器的耗水量。试验使用XRBZB(A)型乳化泵,额定工作压力为20Mpa,额定流量为80L/l元n。所用粉尘采样器为A印一ZQA型粉尘采样器,采样流量为20L/下下风侧粉尘采样器器3工业性实验研究3.1引射器的液气比现场实验在郑煤集团超化煤矿进行。在井下试验之前,我们先在超化煤矿作了引射除尘器的液气比测量。表1给出了每个引射除尘器在不同压力下的引吸风量和耗水量的测量结果。从表中可以看出,引射除尘器的液气比很小,满足设计要1.压力表;2.截止阀;3.高压泵;4.滋流阀;5.水源;6.流量计;7.引射除尘器图4为现场实验系统图3.3引射器的除尘率井下实验的内容是检测引射除尘器使放煤口附近的粉尘浓度发生多大变化。粉尘采样点布置在与放煤口相距sm的上下风侧,图5是粉尘采样点的布置图。(l)测点布置:由于本引射器主要解决放煤口除尘问题,因此测量重点是引射器对放煤口附近粉尘的防治效果。测量根据工作面生产状况分两次进行。测点布置在与引射器相距sm的上下风侧的放煤口附近和人行道上。翟国栋等引射除尘技术在综放工作面的应用研究卜采样时间。(3)测量结果:表2是井下实验的测量结果。如果没有引射除尘器,放煤口产生的粉尘被基础风流带到下风侧,下风侧的粉尘浓度将高于上风侧。但是由于引射除尘器的除尘作用,下风侧的粉尘浓度较上风侧有了明显的降低。表中的除尘率是按下式计算出的:除尘率=上风侧粉尘浓度一下风侧粉尘浓度上风侧粉尘浓度xl(X)%由于下风侧水雾较大,粉尘样品所含水分影响了表中除尘率的准确性。扣除ro%的水分影响,估计实际除尘率在57%左右。表2井下测t结果上风侧粉尘浓度下风侧粉尘浓度采样位置除尘率/%备注总粉尘呼吸性粉尘总粉尘呼吸性总粉尘呼吸性67.一j1.粉尘采样捕集器;2.引射除尘器;3.未放煤掖压支架;4.煤壁;5.放煤液压支架;6.放煤口图5粉尘采样点布!图(2)粉尘密度的计算:由于所使用的粉尘采样预捕集器有两种类型,因此,粉尘密度的计算方法相应的也有两种。¹使用全尘式预捕集器时粉尘密度的计算:198.8119.8扮尘57.4担尘49.6引同启个器开三射时405nU506167899846613585.0平均113.857.5300.024.235.057.991.066.2=二二二、1000Q。·t(ms/m’Tz一总粉尘密度,mg/m,;f,一采样前滤膜的质量,rng;乃一采样后滤膜的质量,mg;伪一采样流量,L俪”;:一采样时间,而n;º使用冲击式预捕集器时粉尘密度的计算:呼吸性粉尘密度:n_人一厂R=匕汽六竺x1000(mg/m,)Q,t’-总粉尘密度:Tz=(G:一G,)+(儿一厂)Q,tx1000(mg/m’)R一呼吸性粉尘密度,mg/m,;力一采样前滤膜的质量,mg;乃一采样后滤膜的质量,mg;Tz一总粉尘密度,rng/m,;‘一采样前冲击板的质量,mg;伪一采样流量,L俪n;4结束语本文从综采放顶煤开采工作面的现场降尘要求人手,开发研制出应用于综采放顶煤开采工作面中位放顶煤液压支架放煤口的引射除尘器。该放煤口引射除尘器采用多头螺旋芯喷嘴结构,喷射出的水流呈细颗粒的雾状旋转涡流,使吸人的粉尘与水雾充分溶合;在引射筒出口处采用弧形过渡反射板,减小了气、水、水尘混合体三相流阻力,并使其反射后向放煤口粉当吞动,起到二次降尘的作用。经过大量的实验室试验,测取了上千组数据,经过优选得了适合于现场应用的引射除尘器技术参数。该引射除尘器,直径102~的引射吸尘筒,在压力12劫于a的情况下,单筒吸人空气量超过o.Zlm扮s。经过对喷射出的水流进行动态的微观测试,该引射除尘器喷射出的水流在距喷嘴50-500~的引射吸尘筒内,呈雾状,雾粒直径为20.6一33.srnln,平均值为27.0~,且均匀性好,溶尘效果好。参考文献:川高荣.广义优化设计【M].北京:煤炭工业出版社.【2]林肇信.大气污染控制工程【M].北京:高等教育出版社.【31崔漠慎,孙家骏.高压水射流技术【Ml北京:煤炭工业出版社.【41张小艳.微细水雾除尘系统设计及试验研究【J1.工业安全与环保.2呱(8):1一4,