自动清洗气水混合喷雾降尘系统的应用研究

周大武

（太原理工大学 工程训练中心，山西 太原 030024）

自动清洗气水混合喷雾降尘系统的应用研究

周大武

（太原理工大学 工程训练中心，山西 太原 030024）

为给井下采煤、掘进、转载、运输过程中降低粉尘量，引入了自动清洗气水混合喷雾降尘系统。分析了其工作原理及其特性，分析了各试验点的粉尘浓度降低数，确定了其实际运用效果，为煤矿防治粉尘提供新方法。

喷雾降尘；气水混合；自动清洗

1 自动清洗气水混合喷雾降尘原理

（1）气水混合喷雾装置的基本组成原理：见图1。主要由电控箱、电磁阀、开停传感器、喷雾阀、气动阀等组成。电控箱从交流电源取得127VA C电压，外接传感器检测设备是否启动，当相关设备开始工作时，传感器将启动信号输入电控箱，电控箱输出端驱动电磁阀打开压缩空气通路；压缩空气一路驱动气动阀开通水路，另一路到喷雾阀与水混合喷射出水雾，以对环境降尘。电控箱也可设置成定时控制，此时电控箱根据内部时钟，按照预先设置的时间，通过电磁阀自动控制降尘装置工作。

（2）喷雾器的工作原理：见图2。喷雾器的出水口被压缩空气包裹，利用压缩空气高速射流的虹吸原理、负压吸水，水被压缩空气吹散，形成直径约为5μm～10μm的水滴。气水混合形成了许多高速运动的细小水滴，水雾射流与含尘气流之间的接触、扩散、凝结和重力沉降作用下，达到降尘的目的。由于负压吸水对供水压力要求低，即水源无需高压，水对出水口磨损非常小。而压缩空气压强最高为0.8m P a，系统对管路没有特殊要求，可以实现方便快速插接。

（3）气水混合喷雾降尘过程中的互相作用原理：①碰撞原理。压塑空气产生的射流和水在喷雾器出口处混合碰撞，水被射流吹散成细小水滴，细小水滴在降落过程中同空气中的浮尘粒子发生碰撞结合在一起。②虹吸原理。从喷雾器结构上讲，其出水口被压缩空气出口包裹，利用压缩空气高速射流的虹吸原理，实现负压吸水。③表面张力作用。浮尘粒子与下落的细小水滴碰撞结合在一起后，由于浮尘粒子表面湿度的增加，颗粒之间在水的表面张力作用下很容易相聚在一起，形成较大的颗粒粉尘。④重力作用。当浮尘在碰撞原理和表面张力作用下，形成较大的颗粒粉尘后，由于其自身重力超过风流给予颗粒的浮升力，颗粒粉尘在重力作用下沉降。

图1气水混合喷雾降尘系统简图

图2喷雾器示意图

（4）气水混合喷雾降尘特性分析：①节约水资源。喷雾器耗水量为7L/h，是目前同类装置的1/120（目前煤矿使用的高压洒水装置每个喷头耗水量为900L/h）。②自动清洗功能。具有自动清洗水垢和积尘功能，利用压缩空气的通断，控制喷雾器阀芯的往复运动，阀芯前端与前盖上的出水口相配的细针可将出水口的水垢和积尘迅速清除。③防滴水功能。当压缩空气断开或气压低于0.2m P a时，喷雾器阀芯在尾部弹簧力的作用下，立即将出水口密封，实现防滴水功能。④雾化水滴直径5μm～10μm，直径越小时其与粉尘颗粒碰撞结合的概率越高，从而有效提高除尘效率。⑤气水混合喷雾装置可与自动控制装置联合使用，即与隔爆兼本安自动控制器联合工作，根据现场传感装置采集的数据从而完成自动喷雾功能，最终提高喷雾降尘系统的工作效率。

2 自动清洗气水混合喷雾降尘试验及数据分析

（1）试验布置：本次试验装在寺河矿胡家掌西翼运输巷，巷道高度3.8m，宽度5.0m，净断面积17.76m2，掘进断面积19m2。在巷道顶部横向平行布置两道，每道6个、共计12个喷雾阀顺风方向喷射。

（2）数据分析：经多次试验研究，经对喷雾阀的耗水量及压缩空气消耗量与风压、水压、降尘效果的分析，确定了适合此次试验区的最佳配置方案，取得了较好的降尘效果。①使用除尘系统后，喷雾器安装点浮尘与细小水滴相互碰撞结合、表面张力下颗粒之间的结合，导致颗粒所受重力大于浮力，而使安装点粉尘浓度下降，其粉尘浓度降低数都在60%以上，甚至达到90%。从图3直观看到，安装地点上风侧10m与下风侧10m粉尘浓度的差异，充分证明了除尘系统在井下除尘的可行性。②从图3看出，安装地点的上风侧10m处的粉尘浓度曲线处于下降趋势，而下风侧10m处的粉尘浓度曲线基本平稳。由此说明，喷雾降尘系统确定最佳防尘配置方案后，对不同浓度的粉尘都能取得较好降尘效果；不管浓度高低，在自动清洗气水混合喷雾的作用下，粉尘颗粒经过碰撞、结合，最终在重力作用下沉降。③通过现场试验及数据分析看出，喷雾降尘系统在井下除尘中取得良好效果。

图3降尘效果曲线图

3 结论

（1）自动清洗气水混合喷雾降尘系统克服了传统喷雾除尘方式雾化效果差的缺点，气水混合喷雾使水的雾化效果更好，水滴多、直径小，加大了与粉尘结合的几率，提高降低粉尘效率。（2）自动清洗气水混合喷雾降尘系统的喷雾器运用压缩空气高速射流的虹吸原理、实现负压吸水，并且带有自动清除水垢和积尘、防治滴水功能的喷雾器阀芯。（3）自动清洗气水混合喷雾降尘系统可与隔爆兼本安自动控制器联合工作，根据现场传感装置采集的信号完成自动喷雾功能。（4）自动清洗气水混合喷雾除尘系统节水显著、节省电力，风压、水压均低于1m P a，系统非常安全。

[1]张殿印，王纯.除尘设计手册[M].北京：化学工业出版社，2003.

[2]戴国权.矿井空气压力[M].北京：中国工业出版社，1964.

dust reduction system by spray with air- water mixing was introduced. The paper studied not only the system'sworking principle and features but also reduction value of dust concentration at each testing point. Theapplication effect showed that the system could be a new method for dust control in mines.

Application of Auto-cleaning Dust Reduction System by Spray with Air-watermixing

ZHOU Da-wu
(Engineering Training Center, Taiyuan University of Technology, Taiyuan Shanxi 030024)

dust reduction by spray; air- water mixing; auto- cleaning

T D 714+.4

A

2012-07-12

周大武（1966—），男，内蒙古锡盟人，大学本科，工程师，从事教育科研工作。

刘新光