张晓光+吕鑫

摘要：细微颗粒的煤炭粉尘，是矿山五大自然灾害之一。在采煤过程中巷道中飞扬的煤粉严重污染着空气，影响矿工身体健康，可引发矿工的煤肺病。在空气中当其浓度和氧气浓度达到一定界限并有明火时可发生煤尘爆炸，其危害性十分巨大。利用低阻水膜除尘器可以将开采时带来的煤尘危害降到最低，同时将煤尘重新回收再利用，带来附加效益。

关键词：煤尘；低阻水膜除尘器；机械离心

中图分类号：TD48

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.30.093

1引言

切割机工作时煤尘、岩尘及蒸汽煤尘四处飞扬，工作环境十分恶劣，虽有传统遮尘罩，但几乎不起作用。初步估算尘源附近粉尘浓度在200mg/m3左右，严重超出国家允许标准。长期工作威胁操作人员身体健康、另外不仅污染室内环境还要危及周边环境，目前国内尚没有高效除尘系统。

2问题的提出

2.1煤尘产生及其危害

煤尘产生的原因：

（1）采场产生的煤尘。采场产生的煤尘主要有采煤机落煤、装煤、运煤、液压支架移架、 运输转载、人工摧煤、爆破及放煤口放煤等。

（2）掘迸工作面产生的煤尘。掘进工作面的产尘工序主要有机械破岩 （煤）、装运、爆破、煤矸运输转载及锚喷等。

（3）其他的产尘地点。巷道锚喷支护及维护、转载及装运点等也可能会产生高浓度煤尘，尤其是卸载站、翻笼硐室、煤仓、溜煤眼等溜煤转运处的瞬时煤尘浓度相当高，有时煤尘浓度会达到煤尘爆炸界限，易发生灾害，对于这些地点应在预测、预报上给予重视。

煤尘的危害：

（1）矿尘产生后会降低工作面的能见度，增加生产的难度，同时污染作业环境。

（2）尘肺病是煤矿工人的职业病，严重影响矿工的身体健康。病因就是由于工人长期工作于煤尘浓度较高的地点，引起肺部器官的病变，引起呼吸道炎症、慢性中毒和皮肤病，重者可导致尘肺病。

（3）煤尘具有燃烧爆炸性，达到一定浓度后，在氧气和火源条件下会发生连续性的爆炸，爆炸产生的冲击波会继续扬尘，由于冲击波的速度快于火焰的速度，所以会发生一边扬尘一边燃烧的连续性爆炸。

（4）矿尘颗粒较微细，会附着于开采的机械设备上，从而增加设备的故障率，降低可靠性，使生产系统的可靠性降低，增加了维修的经济和时间成本。

2.2传统水膜除尘设备

水膜除尘器是一种气体净化设备，利用含尘气体冲击除尘器内壁或其他特殊构件上用某种方法造成的水膜，使水膜捕获粉尘，从而气体被吸收得到净化。主要包括冲击水膜、惰性（百叶）水膜和离心水膜除尘器等多种分类。

3低阻水膜除尘器的研究

3.1传统水膜除尘器应用基本原理

传统水膜除尘器是含尘气流通过进口烟道进入除尘箱内部，在进入后被水或水雾均匀的喷洒，而较轻的、高速的煤尘颗粒，被吸附在喷洒的水滴上，被湿润了的质量增加，从而利于被分离出来，混合物呈絮流高速运动中，由于水滴与煤尘颗粒运动状态不一样，运动速度差别较大。从而，煤尘颗粒与水滴就发生了碰撞凝聚，特别是较为细小的煤尘颗粒极易被水雾吸附。除尘箱体一般设计为圆柱形筒体，水从除尘器上部注水槽进入除尘箱，使整个除尘箱内壁形成一层水膜从上而下流动，煤尘由筒体下部切向进入，在筒体内旋转上升，在离心力作用下煤尘颗粒与内壁面的水膜发生摩擦，这样煤尘颗粒被水膜吸附，随水流到除尘箱底部，从溢水孔排走。除尘后废水由底部溢流孔排出进入沉淀池，沉淀中和，循环使用。

3.2低阻水膜除尘器应用原理

低阻水膜除尘器是利用空气正负压差将割煤时产生的煤尘吸入除尘箱体内，利用除尘箱的机械离心作用将煤尘分离沉淀。

在除尘箱体内主轴轴向一般装有多级叶片或金属网，将多个叶片或金属网固定于箱体内的主轴上构成转子，转子上的叶片与主轴一同旋转，称为动叶。箱体内注水，动叶转动后，丝网形成水膜若干层，使含尘气流通过连续不断生成的多层水膜，水膜将不断拦截大量尘粒，达到清除细微粉尘颗粒，螺旋体转动，产生一定的离心力，圆形箱体内壁也会附着水膜，旋转的含尘气流中较大颗粒粉尘在离心力作用下甩向箱体内壁面，被壁面水膜扑集。

动叶在运动过程中不仅做轴向运动，还沿着旋转方向运动，从而导致下级动叶的压缩效率降低，气压不足，而且动叶越多压缩效率就会越低，除尘箱体内的空

气会随转子旋转为气团，整个箱体内的气压不足，无法正常压气，所以一般会在两组动叶间安装一组静止的叶片，称为静叶，其作用主要是整流空气，增加气压，一般安装时为交替安装。

这样将在箱体内形成气压产生对煤尘的吸力，同时含尘水膜流到箱底水中，沉淀净化，完成除尘工程，净化后的水可再循环使用。

3.3低阻水膜除塵器优点

低阻水膜除尘器相比于传统的水膜除尘设备，将煤尘的吸收、捕捉已经分离结合为一体，利用增压带来的正负压效果，能够有效的使割煤产生的煤尘最大限度的吸收。同时利用动叶与静叶的组合，整流气体，不会影响煤尘以及水膜的产生和接触，避免煤尘的二次排除污染。例外箱体的注水能够避免机械作用引起的爆炸和其他反应。

4低阻水膜除尘器参数计算

4.1收尘极面积计算

除尘器工作时的实际条件（如煤层气特性、风量、驱进速度和气流分布等）与设计工况可能存在差异，所以在设计时，必须考虑一定的储备能力。目前，一般通过采用增大收尘面积的方法来保证除尘器的储备能力。设计时按下式计算所需的收尘极面积，即：

A=kbqvωln11-η

式中 A—所需要的收尘极面积，m2；

η—除尘器要求的除尘效率，%；

ω—粉尘驱进速度，m/s；

qv—被处理的煤层气量，m3/s；

kb—储备系数，一般取10～13。

4.2煤层气含尘浓度计算

C=dsh.AYVy

式中 dsh— 排烟中飞灰占煤中不可燃烧成分的质量分数；

AY—煤中不可燃烧成分的含量；

Vy—标准状态下实际煤层气量。

4.3除尘器的效率计算

η=1-CSC

式中 C—标准状态下煤层气含尘浓度；

CS—标准状态下煤尘排放标准规定值。

5结论

低阻水膜除尘器，可以将割煤过程中产生的煤尘更加彻底的吸收、捕捉和分离，将煤尘转化为可利用的资源，既使得煤尘带来的危害减小，同时也对推进速度的加快有益。

但是也有一些问题需要解决，增压后的正负压对于煤尘吸收范围的研究，低阻水膜除尘器箱体内对于液体介质的选取需要反复尝试，箱体内转子旋转阻力的研究，另外低阻水膜除尘器装置需要合理布控尚须探讨。

参考文献

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