移动式矿用湿式振弦旋流除尘器的机理分析 及实验研究-矿业114网 
首页 >> 文献频道 >> 矿业论文 >> 正文
移动式矿用湿式振弦旋流除尘器的机理分析 及实验研究
2019-09-29
基于传统湿式除尘器在矿山井下应用中存在的除尘效率较低、阻力大等问题,研发了一种适合矿山井 下使用的移动式矿用湿式振弦旋流除尘器。介绍了该除尘装置的结构、工作原理和除尘机理,并对该除尘装置的除 尘效率和阻力特性进行了实验研究。除尘机理分析表明:该除尘器有机地利用了喷雾降尘理论、振弦栅捕尘理论与 旋流除尘理论,借助水雾、水滴、水膜、旋流 4 级除尘技术,使雾滴与含尘气流接触面积大、接触时间长、捕尘效率 高。试验研究表明:综合考虑除尘效率和阻力因素,该除尘器运行时的最佳风速为10~12 m/s,对总粉尘的除尘效 率大于98%,对呼吸性粉尘的除尘效率大于96%,阻力小于700 Pa,在矿山井下除尘系统...
Series No. 519 金 属 矿 山 总第 519 期 September 2019 METAL MINE 2019 年第 9 期 移动式矿用湿式振弦旋流除尘器的机理分析 及实验研究 1 ,2,3 1,2,3 41 金龙哲 李 刚 王运敏 1. 华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司,安徽 马鞍山 243000;2. 中钢集团马鞍山矿山研究院 ( 有限公司,安徽 马鞍山 243000;3. 金属矿山安全与健康国家重点实验室,安徽 马鞍山 243000;4. 北京科技大学土木与 资源工程学院,北京 100083) 摘 要 基于传统湿式除尘器在矿山井下应用中存在的除尘效率较低、阻力大等问题,研发了一种适合矿山井 下使用的移动式矿用湿式振弦旋流除尘器。介绍了该除尘装置的结构、工作原理和除尘机理,并对该除尘装置的除 尘效率和阻力特性进行了实验研究。除尘机理分析表明:该除尘器有机地利用了喷雾降尘理论、振弦栅捕尘理论与 旋流除尘理论,借助水雾、水滴、水膜、旋流 4 级除尘技术,使雾滴与含尘气流接触面积大、接触时间长、捕尘效率 高。试验研究表明:综合考虑除尘效率和阻力因素,该除尘器运行时的最佳风速为 10~12 m/s,对总粉尘的除尘效 率大于98%,对呼吸性粉尘的除尘效率大于 96%,阻力小于700 Pa,在矿山井下除尘系统具有广泛的应用前景。 关键词 矿井除尘 移动式 湿式振弦旋流除尘 除尘机理 + 中图分类号 X513;X505;TD926.2 4 DOI 10.19614/j.cnki.jsks.201909027 文献标志码 A 文章编号 1001-1250(2019)-09-167-05 Mechanical Analysis and Experimental Research of Mobile Wet Vibrating String Cyclone Dust Collector for Mine 1,2,3 1,2,3 42 Jin Longzhe Li Gang Wang Yunmin (1. Huawei National Engineering Research Center of High Efficient Cyclic Utilization of Metallic Mineral Resources Co.,Ltd., Maanshan 243000,China;2. Sinosteel Maanshan Institute of Mining Research Co.,Ltd.,Maanshan 243000,China;3. State Key Laboratory of Safety and Health for Metal Mine,Maanshan 243000,China;4. School of Civil and Resources Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China) Abstract Based on the traditional wet dust collector with the shortcomings of low dust removal efficiency and high resis⁃ tance in the application of dust removal system for underground mine,a mobile wet vibrating string cyclone dust collector, which is well adapted for dust removal system of mine,was researched. The structural,working principle and dust collection mechanism of the dust removal device were introduced,and experimental research on its dust removal efficiency and resis⁃ tance characteristics were carried out. The analysis of dust removal mechanism showed that the dust collector has made use of the theory of spray and dust suppression,the theory of vibrating string trapping and the theory of swirling dust removal. Four stage dust removal technology including water mist,water droplet,water film and swirling makes the contact area between droplet and dust airflow wide,the contact time long,and the efficiency of dust collection high. The experimental results showed that considering the factors of dust removal efficiency and resistance,the optimal wind speed is 10~12 m/s,which re⁃ alized the total dust removal efficiency more than 98%,the respirable dust removal efficiency more than 96%,and the resis⁃ tance less than 700 Pa. The dust removal system has broad application prospects in underground mine. Keywords Mine dust removal,Mobile type,Wet vibrating string cyclone dust removal,Dust collection mechanism 矿山行业井下是典型的产尘场所,其生产过程 中产生的大量粉尘严重污染作业环境,是矿山安全 收稿日期 2019-08-10 基金项目 “十三五”国家重点研发计划课题(编号:2017YFC0805204);国家安监总局2017年安全生产重特大事故防治关键技术科技项目(编号: anhui-0006-2017AQ)。 作者简介 李 刚(1982—),男,高级工程师,博士。 · 167 · 总第519期 金 属 矿 山 2019年第9期 生产的重大隐患。 别设有粉尘传感器,在筒体内顺序安装高压喷雾装 置、振弦栅板、旋流装置。高压喷雾装置是由一排高 压供水管、布设在高压供水管上的高压喷嘴构成,高 压供水管的进水管路上分别布置水泵和电磁水阀, 高压喷嘴的喷雾雾流方向与除尘器内气流运行方向 一致;振弦栅板由不锈钢金属丝排列编织而成;旋流 装置由2个形状相同、方向彼此相反的旋流叶片相对 组合构成,2 个旋流叶片之间的筒体称之为脱水筒。 高压喷雾装置和振弦栅板串联后构成高压喷雾振弦 栅除尘段,2 个形状相同、方向彼此相反的旋流叶片 和脱水筒组合构成双向旋流除尘脱水段。在高压喷 雾振弦栅除尘段的筒体下面设有喷雾振弦尘浆收集 器,喷雾振弦尘浆收集器的下部设有喷雾振弦除尘 排污孔;在脱水筒的下面设有旋流尘浆收集器,旋流 尘浆收集器的下部设有旋流除尘排污孔。 井下粉尘如果得不到有效的防治,会随矿井通 风系统的排风风流排入大气,进一步造成大气污 染。矿井粉尘具有浓度高、粒径小的特征,微细粉尘 在作业岗位环境气流的扰动下,不易沉降,长期悬浮 [1-3] 。 于空气环境中,极大危害作业人员的身心健康 随着人们对粉尘尤其是微细粉尘捕集机理研究的不 断深入,各种高效湿式除尘器、袋式除尘器已应用于 井下粉尘的控制。由于湿式除尘器具有除尘效率 高、造价低、结构简单等优点,在矿山系统应用非常 [ 4-6] 广泛 。目前矿山井下使用的喷雾除尘装置或湿式 除尘器存在对微细粉尘除尘效率低、运行阻力大、能 [ 7-10] 耗高等缺点 ,因此迫切需要研制出适合于矿山井 下开采技术条件和环境的新型低成本、能耗适中的 湿式矿用除尘器。 移动式矿用湿式振弦旋流除尘器还设有 PLC 控 制系统,其控制柜固定在巷道壁面或硐室内,PLC 控 制系统通过线路与水泵、电磁水阀、粉尘浓度传感器 连接,以控制水泵、电磁水阀的开启与关停,PLC控制 系统还根据采集的粉尘浓度数据自动对水泵进行变 频调速,从而调节喷雾水压和水量,降低粉尘浓度, 按需净化空气。 本人根据矿山井下生产及产尘特点,开发了一 种移动式矿用湿式振弦旋流除尘器。本文介绍了其 除尘机理,研究了其除尘性能,为该除尘器的工程实 践提供了理论依据。 1 除尘器结构及原理 1 . 1 结构设计 针对现有湿式除尘器在矿山井下应用存在的局 1 . 2 工作原理及除尘机理 限性问题,研究开发了一种具有除尘效率高、阻力 小、能耗低、体积小、布置灵活、处理成本低廉、运行 维护容易的新型高效矿用湿式除尘器,适用于矿山 井下工作面和巷道粉尘特别是呼吸性粉尘的治理, 其结构示意见图1。 移动式矿用湿式振弦旋流除尘器的工作原理 是:在高压喷雾振弦栅除尘段,含尘气流从集流进气 口进入,为了减少系统运行阻力,高压喷嘴的喷雾方 向与气流运行方向一致,微细水雾与含尘气流中尘 粒发生碰撞,捕获、凝聚粉尘,随着粉尘捕获数量的 增加,雾粒因粒径增大、质量增加而沉降下来。为进 一步增加除尘效果,高压喷嘴产生的水雾喷向振弦 栅板,雾流与振弦栅板的钢弦撞击,在振弦栅板上形 成水膜,进一步将逃出水雾的粉尘拦截捕集下来,在 水雾连续的冲击洗涤作用下,使尘泥水浆流入筒体 下面设置的喷雾振弦尘浆收集器,从喷雾振弦除尘 排污孔排出。在双旋流除尘段,气流中的粉尘和水 雾在风机的抽吸下,2 个形状相同、方向相反的旋流 叶片使气流保持旋转,在离心力作用下运动到脱水 筒的内表面。采用的双旋流除尘脱水形式使气流先 后经过左旋、右旋或右旋、左旋流线运动,阻止粉尘 弹回,从而降低了除尘装置的阻力,大大提高了离心 分离粉尘和雾滴的效果,同时保持了洁净气流直线 轨迹形式排出。尘泥水浆流入脱水筒下面设置的旋 流尘浆收集器,由旋流除尘排污孔排出。 由图1可看出,移动式矿用湿式振弦旋流除尘器 主要由筒体、集流进气口、风机等部分组合而成,由 支撑机构支撑,在支撑结构下部安装滚轮,可实现除 尘器的移动除尘。集流进气口位于筒体的进气端, 风机安装在筒体的出气端内,筒体的进、出口部位分 移动式矿用湿式振弦旋流除尘器的除尘机理是 将喷雾降尘理论、振弦栅捕尘理论、旋流除尘理论与 · 168 · 李 刚等:移动式矿用湿式振弦旋流除尘器的机理分析及实验研究 2019年第9期 PLC控制系统理论有机结合,应用于同一装置中。其 除尘机理可以看成是水雾、振弦栅和旋流叶片捕尘的 共同作用,具体涉及到惯性碰撞、拦截、布朗扩散、静 天平)实验前后滤膜质量计算除尘效率;选择具有代 表性的采样滤膜,用显微镜计数法分别测定除尘试 验设备出口和入口粉尘的粒径分布,并计算呼吸性 粉尘的百分含量,根据除尘试验设备出口和入口的 粉尘浓度、呼吸性粉尘的百分含量计算出呼吸性粉 尘除尘效率。 [11-15] 电、凝结、重力沉降、旋流离心分离等捕尘机理 。 当含尘气流流经移动式矿用湿式振弦旋流除尘器 时,首先被喷雾雾流碰撞捕捉,然后被振弦栅板钢弦 间隙的水膜拦截捕捉,随着捕捉粉尘的液滴数量和 质量的增加,在重力沉降作用下形成下降的水流,再 由排污孔排出。同时,含尘气流经旋流除尘脱水筒, 在旋流离心分离作用下使粉尘和水雾从气流中分离 出来。 除尘器试验设备阻力采用测定除尘试验装置 进、出口全压,其全压差即为除尘器试验设备的阻 力,采用YYT-200B型倾斜压差计测定全压值。 3 实验结果及分析 按照上述方法进行除尘测试,经计算,不同除尘 2 实验样品、系统与方法 . 1 粉尘样品粒径分析 风速情况下移动式矿用湿式振弦旋流除尘器的除尘 效率和阻力见表1。 2 以采集的某铁矿井下巷道粉尘为实验样品,用 Mastersizer2000 型粒度分析仪测定的粉尘粒径分布 曲线见图2。 由表1可看出:①除尘风速对移动式矿用湿式振 弦旋流除尘器的除尘效率和阻力影响非常明显。② 当除尘风速处于较低风速区间时,总粉尘除尘效率、 呼吸性粉尘除尘效率和阻力均偏低;随着除尘风速 的增加,阻力快速提高,总粉尘除尘效率、呼吸性粉 尘除尘效率也随之提高;③当风速达到 12 m/s 以上 后,总粉尘除尘效率达到 99.8%以上,且不再随除尘 风速提高而上升,而呼吸性粉尘除尘效率反而下 降。④总粉尘除尘效率和呼吸性粉尘除尘效率最高 所对应的除尘风速为12 m/s。因此,综合考虑除尘效 率和阻力因素,移动式矿用湿式振弦旋流除尘器的 除尘风速应设计在10~12 m/s,这可以保证总粉尘除 尘效率超过98%、呼吸性粉尘除尘效率超过96%。 由图 2 可看出,实验用粉尘样品基本小于 100 μm,小于50 μm的粉尘占90%以上。 2 . 2 实验系统及方法 除尘设备性能测定主要包括除尘效率、阻力测 定。测试系统由4部分组成,即移动式矿用湿式振弦 3 旋流除尘器(处理风量 8 000~1 0000 m /h)、供水系 统、发尘和排风系统、测试与计算机控制系统,除尘 效果试验系统见图3。 4 几种典型湿式除尘器的性能比较 为了更全面地了解移动式矿用湿式振弦旋流除 尘器在性能方面的优越性,对几种典型湿式除尘器 进行了性能比较,结果见表2。 从表2可看出:①移动式矿用湿式振弦旋流除尘 器具有除尘效率高(尤其是呼吸性粉尘的除尘效 率)、阻力低的特点。②在传统湿式除尘器中,文丘 里除尘器的除尘效率最高,但与移动式矿用湿式振 弦旋流除尘器相比,阻力明显较大,因而能耗高,其 他传统湿式除尘器除尘效率均较低,无法满足当前 除尘效率测定采用在除尘器试验设备进、出口 气流平稳的直管道内布置管道测尘仪进行等动力粉 尘采样,采样设置流量为 25~30 L/min,连续采样 10~15 min,通过称量(采用精度为十万分之一电子 · 169 · 总第519期 金 属 矿 山 2019年第9期 社,2010. 环保标准的要求。因此,移动式矿用湿式振弦旋流 除尘器的性能明显优越。 Jin Longzhe,Li Jinping,Sun Yufu.Mine Dust Control Theory[M]. Beijing:Science Press,2010. 5 结 论 [5] 赵 健,张耿城.深井矿山通风治尘前沿技术及发展态势[J].矿 (1)移动式矿用湿式振弦旋流除尘器采用横向 业工程,2018(5):62-64. 卧式结构,适用于矿山井下工作面和巷道的粉尘治 理,无须设置除尘管道和风机基础,除尘系统体积大 大减小,降低了制造和安装成本。 Zhao Jian,Zhang Gengcheng.Cutting-edge technology and develop⁃ ment trend of ventilation and dust control in deep-level mines[J]. Mining Engineering,2018(5):62-64. [ 6] 苏文湫,祝怡斌.高效滤筒除尘器在矿山除尘系统中的应用[J]. (2)移动式矿用湿式振弦旋流除尘器采用喷雾 有色金属:矿山部分,2016(5): 42-45. 降尘、振弦栅除尘、旋流除尘相结合的湿式除尘方 式,实现了水雾、水滴、水膜、旋流4级除尘技术,雾滴 与含尘气流接触面积大、接触时间长、捕尘效率高。 Su Wenqiu,Zhu Yibin.High-efficient cartridge filter in mine dust removal system[J].Nonferrous Metals:Mining Section,2016(5): 4 2-45. [ 7] Wu Chao.A comprehensive survey of chemical dust suppressants in (3)移动式矿用湿式振弦旋流除尘器采用 PLC the world over the last 15 years[M].Beijing:Chemical Industry Press,2000:705-719. 控制系统,PLC控制系统根据采集的粉尘浓度数据自 动对水泵进行变频调速,从而调节系统喷雾水压和 水量,降低粉尘浓度,按需净化空气,节能效果显 著。同时,设备支撑机构的下部安装滚轮,可以随着 井下工作面的推进而方便地移动到合适的位置。 [8] 吴 超,欧家才,周 勃,等.湿润剂溶液在硫化矿矿尘中的反向 湿润行为研究[J].安全与环境学报,2005(4):65-68. Wu Chao,Ou Jiacai,Zhou Bo,et al.Investigation on wetting behav⁃ ior of wetting agents to dust of sulfide ores by up- ward capillary seepage method[J].Journal of Safety and Environment,2005(4): (4)移动式矿用湿式振弦旋流除尘器除尘性能 6 5-68. 优异,当除尘风速处于 10~12 m/s 时,除尘器的总粉 尘除尘效率达到98%以上,呼吸性粉尘除尘效率达到 [ 9] Carlos M,Romo-Kroger.A qualitative study of atmospheric aerosols and particles deposited on flat membrane surfaces by microscopy 96%以上,阻力低于700 Pa。 and other techniques[J].Powder Technology,2006,16:235-241. [10] 李 刚.高效水雾降尘技术的实验研究及工程应用[D].湘潭:湖 南科技大学,2009:11-23. 参 考 文 献 Li Gang.Experimental Research and Engineering Application on the Efficient Water Spraying Dust-Settling Technology[D].Xiang⁃ tan:Hunan University of Science and Technology,2009:11-23. [1] 郑 莉.我国每年 5.7 万名矿工患上尘肺病[J].安全与健康, 011(1):33-34. 2 [ 11] 曹广远,李长河,程子华.微米级水雾在井下巷道降尘中的应用 Zheng Li.Annual 57,000 miners suffering from pneumoconiosis in China[J].Safety and Healthy,2011(1):34-34. [J].煤炭科学技术,2012(10): 77-79. [2] 阮凤鸣,徐箐璐,唐 莲.某露天铁矿职业病危害控制效果评价 Cao Guangyuan,Li Changhe,Cheng Zihua.Micron grade water spray applied to dust control in mine roadway[J].Coal Science and Technology,2012(10):77-79. [J].中国卫生工程学,2010(4):282-284. Ruan Fengming,Xu Qinglu,Tang Lian.Control effect of occupation⁃ al hazards in open-cast iron mining[J].Chinese Journal of Public Health Engineering,2010(4):282-284. [ 12] 徐阿猛,马 恒,宋富美.微细水雾降尘除尘技术[J].煤矿安全, 2 012(6):32-34. [3] 邹声华,李 刚,李孔清.冶金行业呼吸性粉尘的喷雾净化技术 研究[J].中国工程科学,2007(11):196-199. Xu Ameng,Ma Heng,Song Fumei.Dust-settling and dedusting tech⁃ nology using fine water-spray[J].Safety in Coal Mines,2012(6):32- 3 4. Zou Shenghua,Li Gang,Li Kongqing.Study on spray purification of respirable dust in metallurgical enterprise[J].Engineering Scienc⁃ es,2007(11):196-199. [ 13] 马素平,寇子明.喷雾降尘效率及喷雾参数匹配研究[J].中国安 全科学学报,2006(5):84-88. [4] 金龙哲,李晋平,孙玉福.矿井粉尘防治理论[M].北京:科学出版 Ma Suping,Kou Ziming.Study on efficiency of dust suppression by · 170 · 李 刚等:移动式矿用湿式振弦旋流除尘器的机理分析及实验研究 2019年第9期 mist spray and its matched parameters[J].China Safety Science Journal,2006(5):84-88. on the relationship between nozzle spray pressure and atomization particle size[J].Journal of China Coal Society,2010(8):308-313. [15] Kirpalani D M,Suzuki K.Ethanol enrichment from ethanol- water mixtures using high frequency ultrasonic atomization[J].Ultrason⁃ ics Sonochemistry,2011(5):1012-1017. [ 14] 程卫民,周 刚,左前明.喷嘴喷雾压力与雾化粒度关系的试验 研究[J].煤炭学报,2010(8): 308-313. Cheng Weimin,Zhou Gang,Zuo Qianming.Experimental research (责任编辑 罗主平) · 171 ·
  • 中矿传媒与您共建矿业文档分享平台下载改文章所需积分:  5
  • 现在注册会员立即赠送 10 积分


皖公网安备 34050402000107号