煤矿湿式除尘器的优化

贺振纲

（阳煤三矿通风部通风五队，山西 阳泉 045000）

引言

除尘器是煤矿常用的一种除尘设备，其性能决定除尘效果。一般矿用湿式除尘器采用单级风机作为除尘风机[1-2]，但由于单级风机提供的动力有限导致该型除尘器产尘的负压较低，达不到理想的除尘效果，而且湿式除尘器还存在耗水量较大的问题，导致巷道内积水严重，因而，对矿用湿式除尘器的负载低和耗水量大的缺陷进行改进。

1 湿式除尘器的除尘原理

湿式除尘器的结构如图1所示。接通电源后单级风机运转，在风筒内形成负压，吸风口附近的空气在压力的作用下进入吸尘口，产生的粉尘在空气的携带下进入除尘器，含尘空气在接触到喷嘴喷出的水雾时，被湿润凝结成较大的尘团，在重力的作用下沉降，被净化后的空气经过除尘风机流出除尘器。当处理的粉尘积累到一定时量时，打开排渣口3和10，粉尘随着水流流出除尘器。

图1 湿式除尘器的结构图

2 除尘器的优化

通过对除尘器的除尘原理和结构进行分析，对喷嘴进行重新选型、优化喷雾方式和改进喷雾结构是最经济的优化方案。

2.1 喷嘴重新选型

由于能在空气中漂浮的粉尘粒径较小，为达到节水并提高除尘效率的目的需要喷雾的粒径更小。目前，可供选择的喷嘴有实心锥形喷嘴、空心锥形喷嘴和压气喷嘴3种。压气喷嘴在使用中需要接入气源，对除尘器的改动过大，因此不宜采用。对实心锥形喷嘴、空心锥形喷嘴进行喷雾性能测试，以进行喷嘴的筛选。如表1所示，为两种喷嘴的喷雾性能表。通过比较，实心锥形喷嘴在喷雾压力相同的情况下，耗水量仅比实心锥形喷嘴多4.76%，但除尘效率高5.2%。因此选用实心锥形喷嘴。

表1 两种喷嘴的喷雾性能表（孔径均为100μm）

图2 喷雾方式与除尘效率关系曲线

2.2 喷雾方式优化

结合除尘器的结构，喷雾方式有风机前逆风喷雾、风机前顺风喷雾、风机后逆风喷雾和风机后顺风喷雾4种方式。为筛选最佳的喷雾方式，在保证喷雾压力相同的情况下，对4种喷雾方式进行除尘效率测试和阻力测试。如图2所示为喷雾方式与除尘效率关系曲线。分析图2可知，4种喷雾方式的除尘与流量成正比例关系。在相同流量的条件下，风机前逆风喷雾的除尘效率最佳，风机前顺风喷雾除尘效率次之，在液气比达到0.07 L/m3后两种方式几乎不存在区别。其余喷雾方式的除尘效率远低于风机前喷雾的除尘效率。

如图3所示为喷雾方式与阻力关系曲线。分析图3可知，喷雾阻力也与液气比之间存在正比例关系。在液气比相同的条件下，风机前喷雾比风机后喷雾阻力大，而逆风喷雾又比顺风喷雾阻力大。综合考虑除尘效率和阻力，选择风机前顺风喷雾作为湿式除尘器的喷嘴喷雾方式。

图3 喷雾方式与阻力关系曲线

2.3 喷雾结构改进

含尘气流进入除尘器时，气流截面逐渐缩小有利于风流汇聚。未开启喷嘴时风机处气流如图4-1所示。当开启喷嘴时，大部分喷雾在从喷嘴喷出后直接与风筒碰撞，动能降低，形成粒径较大的水珠，顺着导流片滴下，不仅失去除尘效果，还会在在风筒内部形成积水。为增强除尘雾滴的除尘效果，选择在风筒内表面设置一圈喷嘴，在喷雾边缘的雾滴动能较小，在风流的带动下运移。这种布置方式可以使流向风机通道的雾滴超过95%，减少除尘雾滴与风筒的碰撞，提高除尘器的除尘效率。

图4 除尘器内部气流模拟图

3 现场应用

3.1 现场概况

某综掘工作面的断面面积为8.9 m2，支护采用锚网、锚索工艺，顶部锚孔通过MQT-130/2.8气动锚杆钻机钻孔，两帮的锚眼采用MQS-50/1.7手持式风动钻机钻孔，掘进机型号为EBZ160型悬臂式掘进机，掘进产生的原煤通过DSJ100/63/2×90和DSJ100/63/160×2带式输送机运输。

根据现场实测数据，工作面粉尘质量浓度最高达到1 183 mg/m3。浓度工作面目前的除尘方式为掘进机自带的内、外喷雾降尘系统除尘，该种除尘方式采用静压水除尘，喷雾压力不足导致雾化效果差，降尘效果不佳。并且静压水中含有较多杂质，容易造成喷嘴堵塞，严重影响除尘效果[3]。

3.2 除尘器的安设

为达到理想的除尘效果，工作面采用长压短抽的通风方式。如图5所示，湿式除尘器被固定在掘进机的后部，吸尘口被设置在掘进机的甲板上，通过硬质风筒将除尘器与吸风口连接起来，用另一个硬质风筒将经除尘器处理过的无尘空气排出。由于工作面压入式风筒提供的风量过大，致使工作面内的风速过高，导致工作面产生的粉尘逃脱吸尘口的收集作用向巷道深部扩散，因此在压入式风筒的后部加装一个附壁风筒，利用将压风的方向改变为垂直巷道的方向，形成一个风墙，将粉尘封闭在迎头的位置，并且将除尘器排出的污水引流到运输皮带上，可使输送带上运输的原煤湿润，避免在转载点处再次产生粉尘。

图5 除尘系统布置图

3.3 应用效果分析

分别对掘进机司机位置处采取除尘措施前后、除尘器改进前后的巷道内粉尘浓度进行测试，测试结果如表2所示。除尘器经过改进后，除尘系统的除尘效率由89.03%提高到了96.64%，而且耗水量由最初的45 L/min降低到了12.5 L/min，一个工作班的时间内可节水15.6 t，除尘器的内阻降低了220 Pa，负载能力提高了37.88%。因此，该改进大大降低了除尘器的耗水量，提高了除尘器的负载能力，实现了更好的除尘效果。

表2 现场应用相关测试表

4 结语

通过在风机前的风筒内环状设置实心锥形喷嘴进行顺风喷雾，可达到低耗水量、低内阻的改进目标。现场应用表明，优化后的除尘器的耗水量降低了72.22%，负载能力提高了37.88%，使综掘工作面的除尘效率达到了96.64%。因此，改进后的除尘器能有效吸收工作面内的粉尘，改善工作面的生产环境。