基于磁化水的喷雾降尘实验研究

2019-11-22孙星

煤 2019年11期

孙星

(阳泉煤业集团有限责任公司五矿，山西阳泉 045000)

多年来，粉尘问题一直困扰着许多与粉尘直接接触的行业，它不仅影响的人员数量大，而且对人体健康伤害严重，其中最严重的是尘肺病。在目前的防尘工作中，现有的喷雾降尘的确起到了一定的作用，但是降尘效果很不理想，需要进一步提高降尘效率。由此，提出了磁化水雾降尘技术，是在已有的喷雾降尘基础上进行改进的湿式降尘方法，具有结构简单、易维护、运行费用低、使用效果好等特点。

1 磁化水降尘机理及分析

1.1 磁化水的特性

自来水经磁场的处理后，它的理化特性会发生变化，如水的硬度会提高，然后再变软；水的导电率和粘度也都会降低；开始改变水的结构，而且会使水的复杂长键转化成短键，使水的氢键发生弯曲，使水的化学键夹角发生改变等。最主要的是与降尘机理有关的主要因素润湿性、粘度及渗透能力、表面张力和水结构都会发生暂时的变化。

1) 表面张力。25 ℃时水的表面张力约为71.18 mN/m，这时进行喷雾的话，它不容易破碎，雾化的水雾粒径比较大。大量的研究表明：水经磁化处理后，在一定程度上能够减小水的表面张力[1-3]，找到一个让水的表面张力为最小值的磁场强度，使其水雾效果最好。

2) 粘度。影响喷雾效果的一个主要因素是水的粘度，体现在粘度小的水喷出的雾粒小，雾粒分布均匀；粘度大的水喷出的雾粒大，雾粒分布不均匀。经过多次实验研究，结果发现在磁化处理后水的粘度系数将会逐渐下降[4-5]。

3) 润湿性。润湿性反映的是水对粉尘的浸润性能，就是通过粉尘在水中的润湿所需时间进行比较[6]。对于同一种液体来说，不同粉尘的润湿速度是不同的，一般情况下，粉尘完全沉降的时间短，就说明该液体的润湿性比较好；粉尘完全沉降的时间较长，就说明该液体的润湿性比较差。

1.2 磁化水对雾化性能的影响

水在通过磁场后，它的粘度、表面张力等特性参数会降低，这些水的特性改变改善了水的雾化性能，磁水的雾化效果越好，则水雾与尘粒接触的几率就会越大，接触的机会越多，它的捕尘效果就越好，相对而言就是除尘效率越高[7]。

1.3 磁化水降尘机理

在普通的水中添加表面活性剂形成溶液，经过磁化管路将表面活性剂溶液进行磁化，最后经提高压力后输送到工作场所进行降尘。因表面活性剂能够降低溶液的表面张力[8]，而磁化后的溶液能够减小液滴的接触角，两者都能使溶液的捕尘能力提高，从而提高降尘效果[9]，同时将该装置进行智能化设计，可根据粉尘浓度实现自动调节表面活性剂与水的配比，从而更稳定和高效地进行除尘。

2 对比实验及结果分析

2.1 实验流程

用常水和磁化水两种水分别进行降尘实验，分析降尘效率。设定实验水流量分别为10 L/min、15 L/min、20 L/min、喷水降尘的时间为70 s、所用的粉尘为煤粉、粉尘浓度为10 mg/m3。

实验仪器：智能磁化细水雾降尘装置，激光粉尘检测仪，产尘器和扬尘器，空气压缩机。

实验步骤：取一定量的煤粉，放入产尘器漏斗中让其自由下落，打开扬尘器往实验室里吹粉尘，用粉尘检测仪检测实验室里的粉尘达到设定浓度时，减少产尘的量，以维持粉尘浓度的稳定，打开水箱阀门，智能磁化细水雾降尘装置的喷头开始喷水，产生水雾，记录数据，则到停止实验。将实验的常水换成磁化水后，重复上述步骤。实验完毕。

2.2 常水与磁化水喷雾降尘效果实验分析

实验所得磁化水与常水降尘效果对比曲线，见图1。

图1 常水与磁化水降尘效果对比

由图1可以看出：除个别点以外，两条曲线的整体趋势先是快速下降，再是缓慢下降并逐渐趋于稳定。这是由于粉尘浓度在逐渐减少，意味着粉尘不断减少，水分子捕获到粉尘的概率也在减少；当粉尘浓度少到一定时，水分子会捕获不到粉尘，或者说捕获到的粉尘非常少，几乎可以忽略。

在相同的水流量情况下，磁化水的实时浓度曲线要比常水的实时浓度曲线低，说明磁化水的除尘效果要比常水的除尘效果好，由公式(1)计算除尘效率。

(1)

式中：η为除尘效率；c1为初始粉尘浓度；c2为采用降尘措施后的粉尘浓度。

常水的除尘效率为：

磁化水的除尘效率为：

在除尘效率上，磁化水比常水的除尘效率高87.2-73.3=13.9%，因此，磁化水雾能够有效提高除尘效率。

2.3 不同水流量对除尘效率的影响

不同水流量磁化水降尘的实验结果如图2所示。

图2 不同水流量降尘对比

从图2可以看出，在其他实验条件都相同的情况下，随着水流量的加大，降尘的效果明显。原因是随着水流量的增大，流经喷头的水流速度也随之增大，雾化后的雾滴也会增多，这就加大了水滴与粉尘接触的机率，从而使得降尘效果也更明显。

由公式(1)分别计算出：磁化水流量为10 L/min时，最后的粉尘浓度为2.05 mg/m3，除尘效率是79.5%；磁化水流量为15 L/min时，最后的粉尘浓度为1.74 mg/m3，除尘效率是82.6%；磁化水流量为20 L/min时，最后的粉尘浓度为1.28 mg/m3，除尘效率是87.2%。这说明：磁化水雾在一定的流量范围内，随着水流量的加大，除尘效率将会得到一定的提高。