液动湿式除尘器的除尘性能研究

液动湿式除尘器的除尘性能研究

根据国内外研究，采用以砂机为中心的过滤灰尘技术，可以有效降低机开挖工作场所的灰尘浓度。目前,煤矿机掘工作面比较广泛使用的电动除尘器,其体积大、质量重,不便于实现随掘进机移动,不具备无极调速功能,在高瓦斯矿井易引起瓦斯粉尘爆炸的潜在危害等。针对以上问题,研制了新型掘进工作面机载液动湿式除尘器。通过对该除尘器的除尘机理、实验室及现场应用研究,为液动除尘器在煤矿井下的推广应用提供了参考依据。1关于环保机的研究1.13分离器结构液动除尘器主要由喷雾装置、集流器、液动风机、脱水体及风向调节器等组成,见图1。1.2含尘气流液动除尘器工作时,以掘进机提供的“富裕”高压油为动力,采用液压马达驱动风机,通过调节供油量,实现风机的无极调速,获得不同的处理风量。由液动风机高速旋转产生的抽吸负压,通过进风集流器将含尘气流吸入,与喷雾器喷射出的水雾相混合后进入风机。经过风机叶轮的搅动,含尘气流与水雾进一步混合,在风机的驱排作用下,含尘气流进入旋风导流体并产生高速旋转运动,粉尘经与水雾粒子相互作用被捕获;未被捕获的粉尘粒子在离心力的作用下被抛向除尘脱水装置壁面,与附着在除尘脱水装置壁面上不断向前运动的水膜相混合而被捕获,使粉尘粒子从含尘气流中得到分离。分离出的含尘污水进入污水箱,由排污管排出,得到净化的风流由排风口排出。2实验室研究2.1测试系统的设计根据试验测试的需要,结合有关标准的规定,在国家煤矿安全技术工程研究中心大气污染防治实验室,设计了测试液动除尘器性能参数的实验系统,如图2所示。2.2除尘器噪声、脱水效率及相对静压监测除尘器负压测定,使用皮托管和U型压力计测出除尘器前端管道的压力,U型压力计两边读数差的绝对值即为除尘器负压;噪声测定,使用I型声级计,分别测出除尘器在工作和未工作时对角处四点噪声,根据噪声叠加公式,计算除尘器噪声;脱水效率按称重法进行测定;除尘效率采用滤膜测尘法进行测定;风量用空盒气压计测定,测量的大气压值为pn,用温度计测量管道中的温度为t1,用补偿式微压计测量管道入口0.8d处的相对静压值为ps1,风量q1计算公式为式中:A1为管道截面积,m2;ϕ为集流系数,ϕ=0.96。2.3能源性能参数之间的关系2.3.1风机总吸收负压曲线通过在除尘器前端管道中逐渐增加阻力的方法,测试不同条件下的风量和风压。图3为除尘器供油压力为10MPa,风机叶轮转速调至3500r/min时,风量与负压的关系曲线。由图3可知,除尘器的风量最大达到180m3/min,负压最大达到810Pa。经过拟合得到风量与负压服从三次多项式关系,相关系数R2=0.9977,回归方程为2.3.2转速对进、出口工作噪声的影响通过调节供油量及油压,使除尘器获得不同转速,在不同转速条件下测试除尘器的噪声,见图4。由图4可知,随着转速的增加,进、出口工作噪声呈整体增加的趋势。除尘器风机叶轮转速调至2800～3000r/min内,进、出口工作噪声较小,在转速为3000r/min时,进、出口噪声达到最佳,分别为83,83,84,85dB(A)。2.3.3水效率脱水效率测试过程中,通过调节除尘器的喷雾压力和供油量,测出不同转速和喷雾水压条件下的脱水效率,见图5。由图5可知,不同转速条件下,当喷雾压力为1MPa时,除尘器脱水效率相对较高,最高达到96.5%,最低为89.4%,平均为93.48%;当喷雾压力为3MPa时,不同转速条件下,脱水效率相对较低,最低仅为78.8%,最高为85%,平均为81.9%。2.3.4除尘器效率的比较除尘效率测试过程中,煤尘浓度为500mg/m3,采用滤膜测尘法进行测定,测试结果如表1所示。由表1分析可知,除尘器风机叶轮的理论转速在2800～3400r/min,不同喷雾压力条件下,除尘器的除尘效率最高达到98.22%,最低为92.86%,平均为95.54%;当喷雾压力为2MPa时,除尘器的除尘效率最佳,最大达到98.22%,最小为96.8%,平均为97.5%。3现场应用研究3.1工作面系统zbkjno6.0/30型新疆焦煤集团肥煤公司4#煤层6#机掘工作面,巷道净高上帮3.68m,下帮1.5m,净宽3m,净断面积7.77m2,工作面选用2台ZBKJNo6.0/30型对旋式局部通风机和直径500mm的柔性风筒供风,工作面有效风量为180m3/min,工作面掘进机型号为ELMB-75C型掘进机,外形尺寸长×宽×高=8.22m×2.5m×1.56m,液压系统油箱容量为500L,油压20MPa,供给掘进机外喷雾的油量为47L/min。3.2系统配置液动除尘器在掘进机上安装时,吸尘口距掘进工作面距离为2m,液压及水路系统与掘进机连接如图6所示。3.3除尘器效果根据6#机掘工作面生产条件,为获得最佳降尘效果及避免循环风的出现,调节供油量使除尘器的吸入风量为140m3/min,供油压力为8MPa,供油量为40L/min,喷雾压力为2MPa。采用AFQ-20A型采样器,对使用除尘器前后距掘进工作面5m处的粉尘浓度进行了实测,结果见表2。由表2分析可以看出,在6#综掘工作面没有使用液动除尘器时,测得距综掘工作面5m处总粉尘浓度最高为1318.3mg/m3,最低为1297.5mg/m3,平均达到1307.4mg/m3;使用液动除尘器时,测得距综掘工作面5m处总粉尘浓度最高为133.3mg/m3,最低为66.7mg/m3,平均为109.9mg/m3,总粉尘降尘率达到91.6%,取得了较好的降尘效果。4不同喷雾压力和转速对除尘器脱水效率的影响1)通过实验室测试分析,正常工况下,液动除尘器最大风量达到180m3/min,负压达到810Pa,风量与负压服从三次多项式关系。2)液动除尘器进、出口噪声随着转速的增加而逐渐增加,当转速调到3000r/min时,进、出噪声达到最佳,分别为83,83,84,85dB(A)。3)不同转速条件下,当喷雾压力为1MPa时,除尘器脱水效率相对较高,最低为89.4%,最高为96.5%,平均为93.48%。4)不同喷雾压力和转速条件下,除尘器的除尘效率最低为92.86%,最高为98.22%,平均为95.54%;