高压喷雾除尘技术及其应用.pdf

曹绍龙高压喷雾除尘技术及其应用 2 0 0 8年 高压喷雾 除尘技术及其应用 曹绍龙 河南宏基煤业有限公司 安全科 ， 河南 巩义4 5 1 2 7 3 摘要 主要介绍高压喷雾除尘技术在矿 井除尘中的应用， 高压喷雾除尘技术可以有效抑制粉尘的 传播和积聚， 减少粉尘爆炸事故。 关键词 粉尘； 喷雾降尘； 防尘管理 中图分类号 T D 7 1 4 ． 4 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 7 4 9 X 2 0 0 8 0 1 0 0 9 6 0 2 0 引言 煤矿开采过程中会产生大量的粉尘 ， 其 中受重 力作用而沉降成为积尘 ， 粒径非常细小 的则 随风流 飘扬形成飘尘。长期工作在粉 尘飞扬的环境中， 给 人的身心健康造成终身危害 。煤矿井下粉尘表面会 吸附一层空气薄膜 ， 阻碍粉尘的凝聚沉降； 细微岩尘 粒径小 、 表面积大 ， 其中游离二氧化硅容易溶解于人 体肺细胞中； 采掘工作面产生的新鲜粉尘容易带电。 粉尘在浓度及温度适合 的条件下极易发生爆炸， 对 生产设备及人身安全造成严重威胁 ， 因此 ， 矿井除尘 技术的研究极为重要。本文就高压喷雾除尘技术及 其应用作简要介绍 。 l 高压喷雾除尘及其机理 1 ． 1 高压喷雾除尘 高压喷雾除尘系统主要由高压水泵、 高压供水 管路、 水箱 、 过滤器 、 控制系统 、 喷雾架和高压喷嘴组 成。喷雾压力一般大于 7 ． 2 MP a ， 喷嘴孔径小 于 1 m m， 降尘原理在很大程度 上表现为惯性 、 重力 、 截 留、 静 电、 扩散沉降。喷嘴喷出的高速水流 ， 在很短 的距离上就分散成小液滴， 并在液滴后形成一种气 流 ， 没有低压喷雾的明显雾流衰减 区， 并且伴有强烈 的涡流运动。其喷雾液滴粒径 小 ， 在整个雾流长度 上分布平均 ， 运动速度大 ， 喷雾雾粒的荷电量大大增 加 ， 这些都对提高降尘效率极为有 利。高压喷雾除 收稿 日期 ． 2 0 0 7 0 62 0 作者简介 曹绍龙 1 9 8 o一 ， 男 ， 河 南登封人 ， 2 0 0 4年 毕业于河 南理 工大学安全工程专业 ， 学士学位 ， 助 理工程师 ， 现从 事煤炭 安全管理 工作 。 尘效率可达 到 8 0 ％ 一9 0 ％ 以上， 并且设 备较为简 单 ， 易于实现 ， 将其应用于采煤机 内外喷雾 ， 液压支 架喷雾以及转载点， 进、 回风巷道净化风流水幕都可 以取得较好的降尘效果 ， 也可 以和负压二次除尘、 风 水喷雾、 磁化水降尘等技术综合使用。缺点是耗水 量 、 耗电量较大 ， 过小 的液滴 容易蒸发 ， 对呼吸性粉 尘的捕集效率会有所降低 。 1 ． 2 喷雾雾化相关机理 雾化是指在内外力的作用下 ， 液体的碎裂过程。 表面张力将促使液滴成为球 形， 但湍流的径 向速度 分量则作用 于液体 表面 ， 空气 动力会促使其碎裂 。 一 旦外部作用力超过 了表 面张力 ， 碎裂就会发生 。 若有进一步的碎裂发生 ， 才会形成大量的细小液滴 ， 喷嘴尽管形式不同 ， 但 其雾化 的物理过程都是相同 的。要使液体雾化， 必须先使液体展成很薄 的薄膜 或很细的射流， 然后再使其变得不稳定 ， 进而再将薄 膜或射流破碎成大量细小的液体滴群。 2 高压喷雾除尘 系统研 究及现场应 用 2 ， 1 高压喷雾除尘系统研究 高压喷雾除尘在国外应用较早 ， 在 国内只是近 十年才得到发展 ， 对其 的研究还处于初级阶段。由 于其机理复杂 惯性 、 重力 、 截 留、 静 电等机理 的综 合作用 ， 又需要很 多的理论基 础 关系到流体 力 学、 两相流体动力学、 水射流技术、 气溶胶力学、 通风 与除尘等学科知识 ， 所 以对于高压喷雾的理论 分 析和研究十分有限， 仅有的研究也是多建立在常压 喷雾理论上的经验和半经验公式， 有很大局限性。 维普资讯 第 1 期 曹绍龙高压喷雾除尘技术及其应用 2 ． 2 高压喷雾除尘的现场应用 相对 于其它除尘技术 和方法 ， 高压喷雾除尘效 率高 ， 设备简单且容易实现 ， 适 用性较强 ， 适 于在煤 层含水量较低的工作面上的采煤机和掘进机的内外 喷雾 、 液压支架 的喷雾系统 、 转载点喷雾 以及掘进 、 采煤放炮过程中的喷雾降尘等。 高压喷 雾系统在 国外的应 用 高压喷雾系统在 国外应用较早 ， 前苏联时期某矿 曾对采煤 机高压喷 雾装置进行 了工业性试验 。K OC B O 型采煤机喷 雾装置包括吸水管过滤器 ， 两台水泵和 自动控制阀。 高压喷雾 装 置 的主要参 数 ， 喷 嘴 出 口水压 8～1 0 MP a ， 水雾粒度 3 0～5 0 m。在采煤 机司机工作地 点， 使用喷雾装 置时 司机工 作地 点 的粉尘 浓度 由 2 1 0 0～ 3 4 0 0 m e ／1T I ， 降至 5 1 0～1 0 0 0 mr, ／ 1T I ， 采煤 机后 1 0～1 5 1T I 处由 2 4 0 0～1 0 3 0 0 mr, ／ 1T I 降至 5 1 0 ～ 4 4 0 m r, ／ 1T I ， 除尘效率达到 6 0 ％。 目前 ， 在美 国、 德 国等产煤 国家 ， 高压喷雾 的应 用较为广泛 ， 对 喷嘴 的布置方 式及数量 ， 喷嘴 的选 型， 喷雾 的最佳参数的研究都比较成熟 ， 而且对喷雾 除尘系统的降尘效果极为重视 ， 能够严格按照喷雾 参数 的要求供水 ， 降尘效 率可 以达到 8 0 ％ ～9 0 ％以 上 。 高压喷雾系统在 国内的应用 我国煤炭科学研 究总院重庆分院对于井下工作面应用高压喷雾降尘 技术的研究较早 ， 对其机理做了初步的研究 ， 并在宁 夏石炭井矿务局乌兰矿进行了现场试验 ， 使用高压 喷雾系统后采煤 司机处和采煤机下风 向 1 0 m处 的 降尘效率分别达到 9 4 ％和 8 5 ％。又与 山东兖州矿 业集团合作开发 了采煤机机载电动泵高压外喷雾系 统， 在实际应用 中除尘 效率达到 了 9 7 ％ ， 其研制 的 机载液动泵喷雾系统也取得了较好的效果。 高压喷雾在液压支架上也有实践应用 ， 山西 阳 泉矿务局使用 了 自动控制高压喷雾降尘系统 ， 在全 部支架都装备 自动喷雾系统后 ， 降尘效率可 以达到 7 0 ％ ～ 9 0 ％。兖矿集 团兴隆庄煤矿在综放工作面液 压支架上安装 了 3种喷雾 降尘装置 ， 即在液压支架 前梁、 顶梁上表面和掩护 梁上表面两侧分别安设 高 压喷嘴 ， 在支架 后连杆处安设 文丘里式 高压喷嘴 。 该项技术突破 了传统 的液压支架喷雾 降尘模式 ， 降 尘效 率达到 7 5 ％ ～8 5 ％。而支架 的 自动或手 动常 压喷雾 ， 除尘率 只为 5 0 ％左右。另外 ， 高压喷雾 除 尘还可以应用于掘进工作面的掘进机 降尘 ， 放炮后 的喷雾 降尘 ， 转载点喷雾 以及巷道净化水幕等工序。 2 ． 3 防尘管理 防尘管理是煤矿综合 防尘工作的重要组成部 分 ， 是使各种防尘设备和设施正常运行 ， 各种技术措 施取得最佳效果的重要保证 。防尘管理必须系统地 做好 以下工作 ①建立定期检查 、 整治制度。根据我 国煤炭行业 防尘工作的现状 ， 需要进行长时问 、 多次 反复整 治。要建立例 行 的制度 ， 对企业 进行督 促。 制度由企业行政 主管部 门会同职能部 门制定 ， 检查 由上级职能部门组织进行 ； ②制定具有一定法律效 力的煤矿防尘工作处罚办法 。对不采取 防尘措施 、 防尘措施不得力 、 在粉尘危害严重的条件 下作业的 企业和责任人 ， 视情节轻重给与经济上和行政上的 处罚 。使企业 的防尘工作受 到监督 ， 并形成一定压 力 ； ③将呼吸性粉尘作为法定指标纳入煤矿 的测尘 和防尘管理中。呼吸性粉尘在尘肺病预防中是一个 重要指标 ， 应明确在测尘工作中呼吸性粉尘的指标 ， 并配备足够的测定仪器； ④改革防尘管理方式 ， 建立 新的管理模式 。改变 目前煤矿的防尘管理主要由通 风安全部门负责 ， 其 工作重点是 防止煤尘爆 炸。煤 矿的医疗卫生部 门只负责尘肺病管理的方式 ， 将 预 防煤尘爆炸和预防尘肺病实行一体化管理 ， 建立对 粉尘工程性防御与医学性预防相结合的管理模式。 3 结论 通过对粉尘 的综合治理 ， 可大大减少粉尘的产 生、 传播和积聚 ， 使粉尘得到有效的控制。此外 ， 高 压喷雾 的理论及技术应用虽然不是很成熟 ， 但这是 一 种行之有效的降尘技术 ， 有着广泛的发展空间。 参考文献 [ 1 ] 刘毅． 综采工作面粉尘运动规律及高压喷雾除 尘技 术的研究 [ D] ． 北京 北京科技大学 ， 2 0 0 6 ． [ 2 ] 张顶立 ， 张延松． 我国综采放顶煤粉尘控制技术 的研究与发展[ J ] ． 中国安全科学学报， 1 9 9 7 ， 7 2 3 1 3 6 ． [ 3 卢 鉴章 ． 我 国煤矿粉 尘防治技术 的新进展 [ J ] ． 煤 炭科学技术 ， 1 9 9 6 ， 2 4 7 1 5 ． [ 4 ] U ． S ．D e p a r t me n t o f L a b o r ．P r a c t i c a l Wa y s t o R e d uc e Ex po s ur e t o Co a l Du s t i n L on g wa l l Mi n i n g A T o o l b o x [ M] ． 1 9 9 9 ． [ 5 ] 张安明， 郭社科． 高 喷雾的原理及其应用[ J ] ． 煤矿安 全 ， 1 9 9 8， 4 2 5 ． 维普资讯