高溜井大风量雾化除尘装置的研究及应用

李亚俊，刘伟强，李印洪，王 志，刘东锐

（湖南有色冶金劳动保护研究院，湖南 长沙 410014）

高溜井大风量雾化除尘装置的研究及应用

李亚俊，刘伟强，李印洪，王 志，刘东锐

（湖南有色冶金劳动保护研究院，湖南 长沙 410014）

针对井下高溜井粉尘治理存在的净化效果和净化能力不能兼顾的问题，研究设计了高溜井大风量雾化除尘装置，利用缓冲井与高溜井间隔联通，高溜井中粉尘通过缓冲井在雾化风机负压的作用下抽至上部做除尘净化处理，实践证明，该大风量雾化除尘设备对含尘气流的处理能力强，净化效果好，对溜井粉尘治理效果极佳。

高溜井；大风量；雾化；除尘；装置

矿山井下开采深度不断增加，溜井的高度越来越高，卸矿过程中产生的冲击风压和大量冲击粉尘，造成井下卸矿硐室及卸矿平巷空气污染严重，且高溜井卸矿时大量的冲击粉尘已成为矿井可呼吸性粉尘的主要来源，严重影响矿井职工的身心健康，传统的抽出式除尘方式，使溜井与回风巷贯通后利用主扇通风降尘，该项措施施工工程量大，井下对高溜井冲击气压和冲击粉尘处理效果不理想，针对此技术问题，试验研究并设计了高溜井大风量雾化除尘装置，从而解决上述技术难题。

1 雾化除尘装置技术原理

1.1 湿式雾化除尘机理

含尘气体与液体（一般为水）密切接触，利用水和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒，可以有效地除去直径0.1～20μm的液态或固态粒子，具体模型如图1所示。

图1 水尘粒子模型图

含尘气体与液体相遇，在液滴前xd处开始绕过液滴流动，惯性较大的尘粒继续保持原来的直线运动，尘粒从脱离流线到惯性运动结束时所移动的直线距离为粒子的停止距离xs，若xs＞xd，尘粒和液滴就会发生碰撞。

定义惯性碰撞参数N1为停止距离xs与液滴直径dD的比值，对斯托克斯粒子则有：

式中：up为粒子运动的速度／m·s－1；uD为液滴运动的速度／m·s－1；dD为液滴直径／μm。

当N1值越大，粒子惯性越大，则除尘效率越高［1］。

1.2 除尘装置设计机理

由上述湿式雾化除尘机理粒子的惯性越大，液滴直径越小时除尘效果越佳，装置结构设计模型可如图2所示。含尘气流通过进气端进入收缩管，然后通过在喉管处布置喷嘴，喷嘴喷出洗涤液（一般为水）液滴被高速气流雾化形成细微液体雾气。

图2 装置设计机理图

微细尘粒以气流相同的速度进入喉管，洗涤液的轴向初速度为零，由于气流拽力在喉管部分被逐渐加速，在液滴加速过程中，由于液滴与粒子之间惯性碰撞，实现微细尘粒的捕集。

2 大风量雾化除尘装置设计

根据上述理论研究，针对高溜井除尘需求特点，为防止溜井冲击气流和粉尘外溢，在高溜井缓冲井安装风机，缓冲井与高溜井间隔联通，高溜井中粉尘在风机负压的作用下抽至上部做除尘净化处理，大风量雾化除尘装置设计如图3所示。

图3 大风量除尘雾化装置

在风机扩散器前段风机正压端安装喷射环管，喷射环管喷射水雾处于风机正压端可进一步雾化提高除尘效果，即降低式（1）中dD液滴直径，同时粉尘颗粒从风机扇叶中通过提高了粉尘运动速度，即粒子的运动速度up，而喷射环管中的喷淋总成垂直于风流方向布置，雾化水滴水平初速度一般可视为0，即液滴运动速度uD为0，根据式（1）中所述，这样布置可极大提高除尘效果［2～4］。

风机扩散器很好地充当了图2中的渐扩管的作用，在风机扩散器中设置的喷射环管，喷射环管喷射水雾后仍有一段风机扩散器作为使汽雾与粉尘更充分混合并捕集中粉尘的管路，喷射环处于风机正压端附近的风速极高，可产生大量水雾提高降尘效果，喷射环管构成如图4所示。

图4 喷射环管构成

3 现场实际应用

将该设计装置安装在某矿山高溜井缓冲井上部位置，缓冲井及装置风机产生的负压解决了高溜井冲击气流和粉尘外溢，装置中喷淋总成及喷射环管的布置较原有装置有效地提高了粉尘的除尘效果，降低了高溜井粉尘的危害，装置现场安装应用如图5所示。

图5 装置生产应用现场

缓冲井与溜井联通，含尘气流在经风机作用通过喷射环管，喷射环管中喷淋总成喷射出大量水雾对含尘气流进行净化，喷射环管喷射水雾后仍有一段风机扩散器作为使汽雾与粉尘更充分混合并捕集中粉尘的管路，同时含尘气流和水雾处于风机正压端，风速可达约30 m／s，符合文氏除尘管原理，能更好地实现降尘作用［5］。

为验证该高溜井大风量雾化除尘装置效果，对现场降尘效果进行测定，测定结果见表1，测定结果显示除尘设备出口端总尘为1.07 mg／m3，呼尘为0.87 mg／m3，达到预定设计效果，该装置应用效果显著。

表1 降尘效果测定

4 结 论

该高溜井大风量雾化除尘装置克服了传统溜井抽风净化设备不够成熟，净化效果和净化除尘能力不能兼顾的局限，该大风量雾化除尘设备对含尘气流的处理能力强，净化效果好，可有效地应用于井下溜井粉尘治理，改善矿山作业环境条件，降低粉尘职业病的发生。

［1］ 许满贵，何鹏程，刘欣凯，等.矿井除尘喷嘴雾化特性数值模拟研究［J］.煤炭技术，2015，34（11）：193－195.

［2］ 刘春洋.掘进工作面环流气水雾化除尘装置的研究［D］.太原：太原理工大学，2015.

［3］ 宋稳亚.降尘细水雾调制方法研究［D］.焦作：河南理工大学，2015.

［4］ 代君伟.钻孔粉尘超声雾化除尘技术及机理研究［D］.徐州：中国矿业大学，2008.

［5］ 冉景煜，张力，郭世昌，等.低压旋流雾化喷嘴对文丘里水膜除尘器喉部水雾均匀度及除尘效率的影响［J］.电站系统工程，2000，（4）：211－214.

Research and Application of High Air Volume Dust Removal Device in High-pass

LI Ya-jun，LIU Wei-qiang，LI Yin-hong，WANG Zhi，LIU Dong-rui
（Hunan Labor Protection Institute of Nonferrous Metals，Changsha 410014，China）

In order to find the balance of the purification effect and the purification ability to solve the high-pass dust problem，the design of the high-runway large air volume atomization and dust removal device is used to solve the problem.The buffer well is connected with the high-pass.The dust move to the upper under the fan negative pressure and was purified.Practice has proved that the equipment work well on the dust handling capacity.The device has excellent effect on high-pass dust removal.

high pass；large air volume；atomization；dust removal；device

TD714＋.41

A

1003－5540（2017）05－0007－02

李亚俊（1991－），男，工程师，主要从事矿山通风防尘工作。

2017－07－06