干雾降尘系统参数的优化及应用

为提高干雾喷嘴对井下作业场所呼吸性粉尘的降尘效率,通过实验研究了干雾喷嘴的雾化特性参数,得出了雾滴平均粒径与气水流量的变化规律,确定了最佳的工作参数范围;并以井下巷道喷雾降尘过程为研究对象,建立了巷道的相似模型,通过实验得出干雾喷嘴降尘效率随水流量的增大先增大后减小,气体流量越大降尘效果越好,巷道内的风速越大,干雾喷嘴的降尘效果越差。结合实验结果及现场实际情况设计了适用于胶带运输转载点的干雾降尘系统,取得了良好的降尘效果。     

气水两相流喷嘴喷射条件对雾化降尘影响的实验研究

喷嘴的雾化特性和喷雾降尘系统的设计直接影响到矿道雾化降尘的效果。文章设计加工了一种气水两相流雾化喷嘴,和一套完整的除尘系统实验平台,开展了不同喷射条件参数下的雾化特性实验和不同雾化特性的雾化降尘效果实验。研究表明,喷嘴雾滴粒径随着气压的增大而减小,随着水压的增大而增大,在一定气液比值范围内,喷嘴具有良好的雾化性能,粒径小,雾化均匀,在外流场中沿横向方向几乎不变,沿轴向方向逐渐增大;且实验发现降尘效率随着雾滴粒径和雾化量的的增大而减小,随着粉尘浓度的增大而增大,在雾滴粒径小于10μm时,对呼吸性粉尘的去除有良好的效果。为气水两相流喷嘴的使用和除尘装置的设计与布局提供了思路和关键技术支撑。     

供气压力对流体型超声喷嘴雾化特性及降尘效率的影响

为了掌握供气压力对流体型超声雾化喷嘴雾化特性及降尘性能的影响,借助自主研发的煤矿井下喷雾降尘实验平台,对流体型超声雾化喷嘴流量、雾化特性及降尘性能进行了实测。实验所涉及的喷嘴雾化特性参数包括雾化角、射程、雾滴粒径等,降尘性能采用全尘降尘效率和呼吸性粉尘降尘效率进行评价。实验结果表明:随着供气压力的增大,喷嘴空气流量呈幂函数形式增大,而水流量呈指数函数形式下降,气液体积流量比不断增大;喷嘴雾化角和雾滴粒径随着供气压力的增大而逐渐缩小,而雾滴速度和射程则表现为随供气压力增大而逐渐增大的趋势;对于本次实验所选取的供水压力,供气压力由0.2 MPa增加至0.7 MPa,喷嘴空气流量约增加100 L/min,水流量约降低1.3 L/min,雾化角和雾滴粒径分别约减小75°和60μm,而雾滴速度和射程分别约增加7.5 m/s和210 cm。喷嘴全尘降尘效率和呼吸性粉尘降尘效率均随着供气压力的增大呈现先增加后减小的变化规律,并在某一个供气压力下获得最高值。供水压力p_L不同,获得最高降尘效率所对应的供气压力p_(air)亦不同,喷雾降尘效果较优的气水压力组合有1号(p_L=0.2 MPa,p_(air)=0.3 MPa),2号(p_L=0.3 MPa,p_(air)=0.4 MPa)和3号(p_L=0.4 MPa,p_(air)=0.5 MPa)。煤矿现场应采用以上气水压力组合,既可获得较为理想的雾滴粒径,同时能以较低的耗水量获得较高的降尘效率。     

基于正交试验的内混式空气雾化喷嘴结构参数优化

为掌握结构参数对内混式空气雾化喷嘴雾化特性和降尘效率的影响规律，从而获得经济合理的喷嘴结构参数，采用自行设计开发的喷雾降尘试验平台，应用正交设计方法，开展了不同结构参数组合下的喷嘴雾化特性及降尘效率试验。试验结果表明：随着液体帽注水孔直径的增大，喷嘴水流量不断增加，而气流量不断减小；喷嘴气流量随液体帽注气孔数量增加而增大，喷嘴水流量受液体帽注气孔数量的影响较小。当逐渐增大注水孔直径时，索太尔平均粒径（Dsm）不断增大；Dsm随着注气孔数量的增加呈现出先减小后增大的变化规律，当注气孔数为4时达到最小值，雾化效果最好；空气帽出口直径为2.0 mm和2.5 mm时，喷嘴雾滴粒径较小。全尘和呼吸性粉尘降尘效率均随着液体帽注水孔直径和注气孔数量的增加呈现先增大后减小的变化规律，并分别在注水孔直径为1.5 mm和注气孔数量为4时获得最佳的降尘效果；随着空气帽出口直径的增大，全尘和呼吸性粉尘降尘效率均有所提高，但空气帽出口直径大于2.0 mm后，降尘效率增幅较小。综合考虑喷嘴雾化特性参数和降尘效率，对于喷嘴空气帽，其出口直径应选择2.0 mm；对于喷嘴液体帽，注水孔直径为1.5 mm和注气孔数量为4...     

内混式空气雾化喷嘴雾化特性及降尘效率研究

为了掌握内混式空气雾化喷嘴喷雾特性及降尘性能,借助自主研发的喷雾降尘实验平台,对内混式空气雾化喷嘴与X旋流型压力喷嘴流量、雾化角、射程、雾滴体积分数、雾滴粒径、雾滴速度等喷雾特性参数及降尘效率进行了实测,并对实验结果作对比分析。结果表明:随着供水压力的增加,内混式空气雾化喷嘴水流量和气流量分别呈指数形式递增和递减,气液质量流量比不断下/2次方成正比。随着供水压力的增加,2种喷嘴的雾化射程、雾滴体积分数及雾滴速度均增大。X旋流型压力喷嘴雾化角明显大于空气雾化喷嘴,其喷雾作用范围更宽;随着供水压力的不断提高,空气雾化喷嘴雾化角呈现先增大后减小的变化规律,而压力喷嘴则一直以较小的幅度不断减小。空气雾化喷嘴由于有压缩空气作为助力,在供水压力较低时能获得较为理想雾滴粒径,且随着供水压力的增大,雾滴粒径不断增大;普通压力喷嘴的雾化粒径随着供水压力的提高而减小,且需在较高的供水压力下才能获得理想的雾滴粒径。在相同的供水压力下,空气雾化喷嘴雾滴粒径和水流量均小于压力喷嘴,而雾滴体积分数、雾滴速度及降尘效率均高于压力喷雾。气水喷雾较压力喷雾具有明显的优势,获得相同的降尘效率,气水喷雾耗水量仅约为压力喷雾的一半。     

广角内混式空气雾化喷嘴雾化特性研究

为分析广角内混式空气雾化喷嘴雾滴场的雾化特性,采用马尔文高速喷雾粒度分析系统对雾滴场雾化特性进行实验研究。实验结果表明:在宏观雾化特性方面,供水压力和供气压力的变化分别对喷嘴的雾化角和射程的占主导作用;在细观雾化特性方面,沿轴线方向随着距离增大雾滴粒径不断增大,沿径向方向随着距离喷嘴轴线增大雾滴粒径不断增大。实验及现场试验表明,当气液压比值为1.5左右,气压为0.6 MPa、水压为0.4 MPa时,喷嘴雾场内雾滴粒径更适宜捕捉粉尘,转载点现场应用后的全尘和呼尘的降尘率较原喷雾压力下分别提高了21.66%、20.05%。     

煤矿井下气水喷雾雾化特性及降尘效率理论研究

为分析煤矿井下气水喷雾雾化特性及降尘效率,借助流体力学、多相流及气溶胶等相关理论,对气水喷雾雾化特性与喷雾降尘效率进行了全面的理论研究。根据流体力学与多相流相关理论,建立了求解空气雾化喷嘴气、液质量流量的完整方程组,并给出了雾化粒径和雾滴速度的计算公式;通过建立煤矿井下气水喷雾降尘数学模型,推导出分级效率的理论计算式,并采用Origin软件绘制出分级效率与供气流量、供水流量及粉尘粒径的关系曲线;同时,结合粉尘粒径和频率分布式,建立了全尘降尘效率与呼吸性粉尘降尘效率的理论计算式,并分析了粉尘中位径及粒径分布指数对降尘效率的影响。     

出口直径对内混式空气雾化喷嘴雾化特性及降尘性能的影响

为了掌握喷嘴出口直径对气水喷雾降尘的影响,基于自行设计的气水喷雾降尘实验平台,对不同出口直径的空气雾化喷嘴流量、雾化特性及降尘性能进行了实测,并对实验结果作对比分析。研究结果表明:随着出口直径的增加,喷嘴耗水量几乎保持线性增长,而耗气量呈现指数增长的变化趋势;喷雾射程和雾滴体积分数均随着出口直径的增大不断增大,而雾化角先增大后减小;出口直径为2. 0 mm的喷嘴雾化质量最好,所形成的雾滴索太尔平均直径D[3,2]最小,且雾滴粒径呈现正态分布,雾滴尺寸较为集中;雾滴速度沿喷嘴轴线方向不断衰减,且喷嘴直径越大雾滴速度衰减越缓慢;随着喷嘴直径的增加,雾滴速度呈现先增大后减小的变化规律;全尘和呼吸性粉尘降尘效率随着喷嘴出口直径的增加均有所提高,但增幅较小;综合考虑喷嘴降尘性能、耗水量和耗气量等因素,在采掘作业场所进行气水喷雾降尘时,选择出口直径为2. 0～3. 0 mm的空气雾化喷嘴较为合适。     

高压喷雾雾化特性及降尘效率实验研究

为了研究喷嘴的雾化特性和高压喷雾降尘效果,在模拟井下巷道降尘装置性能实验平台上开展了喷雾降尘实验.利用Spraytec马尔文粒径分析仪对孔径为1.0 mm的压力型雾化喷嘴进行了5种不同压力下的雾化粒径测量实验,得到了该喷嘴在不同压力下的雾滴粒径数据;通过对巷道喷雾段前断面和喷雾段后断面的粉尘浓度同步测量,得到了不同喷雾压力下喷雾降尘效率数据.实验结果表明:对于该型号的喷嘴,随着喷雾压力增加,喷嘴流量增加,雾化粒径减小,当压力达到一定值后,继续增加喷雾压力,雾粒减小的幅度减缓;在风速和发尘浓度一定时,全尘和呼吸性粉尘降尘效率随着压力的增加而增加,达到一定的压力值后增加的幅度减小;对于孔径为1.0 mm的喷嘴,降尘效果最佳的喷雾压力为8 MPa.     

矿井水钠钾离子浓度对喷雾雾化特性影响研究

优化喷雾雾化特性是提高矿井喷雾降尘效率的有效方法。为研究矿井水Na⁺、K⁺离子浓度对其雾化特性的影响，提高矿井粉尘治理效果，采用表面张力测量仪和激光粒度测试系统表征不同矿井水的表面张力和雾化特性，分析矿井水中Na⁺、K⁺离子浓度引起的表面张力差异及其对雾化特性的影响。结果表明：低离子浓度条件下，矿井水表面张力与其Na⁺、K⁺离子浓度呈正相关。在相同喷雾压力下，雾滴粒径与表面张力成正相关，降低矿井水表面张力可提高降尘效率；表面张力减小可延长雾化区分布范围，延长粉尘捕集范围，增加粉尘沉降数量；雾场中各雾滴粒径随表面张力减小而逐渐呈现均一性分布，这有利于提升雾滴对粉尘的润湿能力。研究结果对优化喷雾雾化特性，提高喷雾降尘效率，促进矿井水资源治理具有重要意义。     

金属矿山爆破微细粉尘云雾除尘机理及试验研究

为降低金属矿山爆破微细粉尘浓度，提出了巷道全断面云雾除尘技术，净化回风流中的粉尘。利用自行设计的雾化实验平台，分析了云雾喷嘴的雾化效果及气压、水压对雾化效果的影响，获得气流量、水流量随气压的变化规律，认为当气压为0.5 MPa，水压为0.2 MPa，水流量为35 L/h，气流量为2.65 m3/h时，云雾雾滴中值粒径D50最小，约6.0 μm。基于云雾喷嘴雾化特性及最佳工况条件，以云雾除尘主机和气水源处置为主体，研发了巷道全断面云雾除尘技术，并在梅山铁矿进行了现场试验。结果表明：爆破落矿后，经云雾除尘装置净化后，回风流中全尘、呼吸尘的降尘效率分别为96.89%、96.04%，表明云雾与粉尘粒径匹配效果好，可有效降低沿风流方向的微细粉尘浓度，提高降尘效率，取得较好经济效益和社会效益。     

带式输送机转载点锥形空心喷嘴喷雾降尘技术

根据带式输送机转载点产尘特点,设计出低水压、低耗水、高雾化且适宜带式输送机转载点喷雾降尘的锥形空心喷嘴,并在实验室验证了其在低压力、低耗水情况下的雾化效果。通过在山西国阳新能公司一矿带式运输转载点现场试验和应用,证明锥形空心喷雾降尘技术能有效地治理转载点的粉尘污染。     

矿井采运过程典型粉尘防治技术装备研发与应用

针对矿井作业环境粉尘污染日益严重,且现有技术手段防治难、协同弱、效果差等问题,为了从源头上实现矿井粉尘的高效控除,改善矿井作业环境、保障作业人员身心健康,对矿井开采、掘进以及运输等3个典型作业环节的粉尘防治技术装备进行了系统研究开发,提出了金属矿采场多组份水炮泥抑尘、煤矿综采面封闭雾化控除尘、金属矿掘进巷道粉尘净化、煤矿综掘面风雾双幕协同增效控除尘以及矿井皮带运输转载点干雾降尘等高效技术装备体系,结合现场试验和工业应用,对所研发的系列技术装备性能进行了对比分析。研究表明：与普通水炮泥相比,多组份水泡泥对总尘、呼尘的抑尘效果分别提高了90%、80%以上;煤矿综采面雾化封闭控除尘技术装备在现场应用后,工作面平均总尘、呼尘降尘率均大于90%;金属矿掘进巷道粉尘净化系统的除尘效率高达91%以上,净化后的风流能够进入循环通风系统,有效提高矿井风流利用率;煤矿综掘面风雾双幕协同增效控除尘装备对总尘、呼尘的平均降尘率分别能够达到97.78%、98.13%;干雾降尘装置具有良好的降尘效率,在皮带运输转载点的降尘效率达到80.4%,在溜煤眼转载点处的降尘效率达到81.8%。     

掘进机外气动涡旋雾幕控尘装置的研制与实验

为有效控制由掘进机截割头旋转破碎引发的粉尘污染,基于高压喷雾在涡旋气体射流场中的运动规律及二次雾化破碎特性,研制了一种可以阻隔工作区域高质量浓度粉尘迁移扩散的新型掘进机外气动涡旋雾幕控尘装置。绘制了包含掘进系统的气动涡旋雾幕控尘装置的比例模型,并通过利用CFD数值模拟软件获得该型设备外部风流场迁移规律和液滴粒子运动规律,以模拟结果为理论基础建立实验平台,并对设备的雾化性能及控尘性能进行了实验测定。模拟结果表明:在环状风筒前端形成了完整旋转风幕,外环高压喷雾受内环高速旋转风流冲击,加剧了液滴的破碎、迁移扩散与捕尘性能。雾化性能实验结果表明:该型设备雾化性能主要由气体射流与高压喷雾的相间速度差决定,喷雾夹角为45°～75°,相间速度差较大,气相射流风速对雾化性能影响占主导地位;喷雾夹角大于75°时,相间干涉减小,喷雾压力占主导地位;随着沿流向方向的距离增大,风速快速衰减,液滴运动趋于稳定。控尘性能实验研究结果表明:当喷雾压力、喷雾夹角不变的情况下,单独提高引射射流风速时,涡旋雾幕前方粉尘捕集较差,全尘和呼尘平均捕集率分别为21.21%和26.24%;而雾幕后方,不同风速下的全尘捕集率分别为84.98%,87.88%和90.70%,呼吸性粉尘捕集率为83.89%,87.87%和88.71%,照比传统高压喷雾表现出更好的控尘性能。     

掘进机旋转雾化降尘装置研究

对于掘进机降尘喷嘴压力低,易于堵塞,而高压喷雾降尘技术设备复杂,耗能大的缺点,研究了一套新型旋转喷雾降尘装置,通过旋转雾化和撞击细网雾化2个步骤将水雾化成小液滴,以井下压风为输送介质,将液滴送入空气中捕捉粉尘。     

选煤厂筛分破碎车间粉尘治理方案

原煤在破碎站破碎后直接进入选煤厂车间,经过筛分破碎、跳汰、重介等一系列处理后进入产品车间,皮带作为主要的运输工具,在筛分破碎车间将产生大量的粉尘和可呼吸性粉尘,严重影响工人的工作环境,甚至是生命危险。     

喷头布置方式对细水雾除尘效率的影响

为了研究湿式除尘中喷头布置方式对细水雾除尘效率的影响,设计了由粉尘产生系统、喷雾系统、测试系统组成的细水雾除尘实验平台。对不同喷头布置方式下细水雾除尘效率进行了实验研究,得到了喷雾压力和喷头布置方式对细水雾除尘效率的影响：细水雾除尘效率随喷雾压力的增加而提高,但当喷雾压力超过1.6 MPa后提高速率变缓;各个喷雾压力下,双喷头的除尘效果均优于单喷头;喷头距离尘源越远,全部粉尘的除尘效果越好,而呼吸性粉尘的除尘效果越差。     

煤矿井下高压喷雾雾化特性及其降尘效果实验研究

为分析煤矿井下高压喷雾雾化特性及其降尘效果,采用自行设计的喷雾降尘实验系统,对井下常用的螺旋型压力喷嘴在不同压力下的雾化特性及其降尘效果进行了系统的实验研究。结果表明：① 随着喷雾压力的提高,喷嘴流量不断增加,而雾化锥角不断减小。② 喷雾所形成的雾粒的粒径随着喷雾压力的增加而减小,但当压力增大至8 MPa时,继续增加压力,减小幅度有所减缓。③ 随着喷雾压力的增加,全尘和呼吸性粉尘降尘效率均不断增加。当喷雾压力增加至8 MPa后,若继续提高喷雾压力,降尘效率提高不明显。④ 依靠增加喷雾压力来提高降尘效率（特别针对呼吸性粉尘）具有一定的局限性,对于实验所选用的喷嘴喷雾压力选用8 MPa较为合理。⑤ 喷雾所产生的雾粒,对于跟雾粒平均粒径接近的粉尘颗粒降尘效果最好;对于粒径小于雾粒平均粒径的粉尘颗粒,降尘效率随着粉尘粒径的减小而减小;而对于大于雾粒平均粒径的粉尘颗粒,降尘效率随着粉尘粒径的增加而略有下降。     

压风细水雾在受限空间内灭火特性的实验研究

为提供一种适于煤矿防灭火需求的细水雾技术,提出了以压风为动力,通过自行设计的气液两相流雾化器,实现细水雾技术在煤矿的应用。建立了小尺度受限空间灭火实验平台,通过实验对利用压风生雾技术进行灭火的有效性进行了研究。研究表明:压风细水雾能有效熄灭受限空间内煤火,灭火迅速且效果明显。压风细水雾对CO等有毒有害气体生成具有明显的抑制作用,且能有效消减火场烟气,提高能见度,可为火场救灾提供良好基础。