湿式旋流除尘器除尘机理的研究
刘涛，汪春梅
（煤炭科学研究总院重庆分院，重庆 400037）
摘要：针对目前国内综掘工作面粉尘大， 通风条件特殊的现状，提出了将涡流控尘与湿式旋流除尘相结合的综合防尘方法。详细分析了掘进面长压短抽系统各部分的除尘机理，对掘进面除尘系统中除尘器处理风量、压入式风筒口与除尘器收尘罩口在巷道中的空间位置关系，以及选择合适的除尘器安装方式也进行了讨论。以在山脚树矿21127掘进工作面的应用为实例，较好的改善了工作面环境，取得了较好的除尘效果。
关键词：涡流控尘 湿式除尘 掘进工作面 抽压风量 粉尘
掘进机在切割煤体或半岩体时，由于煤跨落和截齿对煤体的挤压及抛出，将会产生大量粉尘。据统计掘进机割煤时，掘进端面粉尘浓度达200~400mg/m3，严重的达1000~3000mg/m3。大量粉尘的存在，不仅污染环境，危害作业人员身心健康，而且由于煤尘具有爆炸危险性，成为影响矿井安全生产重要因素之一。
目前，掘进面的粉尘防治主要有掘进机内外喷雾、气幕控尘、湿式除尘、转载点喷雾和巷道喷雾水幕等。以上措施主要有几方面的不利因素，一是因为掘进工作面采用主动压风、被动出风的通风模式，在掘进工作面喷雾降尘，使工作面气流变为气雾状，影响作业人员的操作视线，给生产带来了严重隐患和影响了掘进巷道的施工质量。二是以上措施基本没有考虑掘进工作面的风流分布对除尘效率的影响，采用直接除尘的方式，因此，一般除尘效率比较低下。三是以往采用的除尘器多采用单级除尘的方式，经过脱水处理后出口仍有大量水雾喷出，除尘效果并不明显。因此必须充分考虑掘进巷道空间的狭窄性、通风的独特性等特点，针对掘进工作面的具体情况，结合工作面风流分布特点和掘进面产尘特性，对工作面粉尘进行综合治理。
涡流控尘加湿式旋流除尘技术综合考虑了掘进面的产尘特点以及气流流场分布规律，做到了控尘、除尘、高效脱水的有机结合，对掘进面的降除尘起到了很好的效果。如德国在机掘工作面采用附壁风筒控尘技术和内外喷雾与干式袋式除尘器想结合的综合防尘措施控制截割头的粉尘，使净化后的空气含尘量大大降低，达到1mg/m3。波兰在机掘工作面采用控尘技术与除尘技术相结合的综合防尘措施，使工作面司机处的粉尘大幅度下降，除尘效率达94~96%。因此，建立兼顾高效控尘和提高除尘器效率的掘进
面综合防尘系统是解决工作面粉尘浓度过高的根本途径。
1 湿式旋流除尘器结构及除尘技术的研究
目前常用的除尘器有布袋除尘器、空气过滤除尘器、旋风除尘器、文丘里除尘器、湿式过滤除尘器等。湿式除尘风机的优点是系统简单、维护简便，但是其除尘效率不能达到满意的要求。文丘里除尘器优点是除尘效率高，但其压力损失高，有时高达20000Pa 。而井下工作面空间特点、防爆要求，限制了电除尘器等的使用。湿式旋流除尘器具有体积小、安装简单、除尘效率高等特点，成为目前应用最广泛的一种除尘器。
1.1湿式旋流除尘器工作原理
湿式旋流除尘器结构主要由高负压、大流量的单机斜流式风机、螺旋喷雾器、过滤器、导流装置、脱水器等组成。其结构如图2所示。
1 捕尘段 2 动力装置 3 脱水段
图2 KC型除尘器结构示意图
除尘器本体结构采用气、粒两相流理论设计，喷雾、过滤及旋流除尘机理，高效旋流脱水。当综掘机割煤时，同时启动除尘器，截割头产生的高浓度含尘气流经吸尘罩和软风筒进入除尘器后，由于水雾作用，使含尘空气中的微细粉尘得到充分湿润，并相互碰撞、凝聚形成尘水混合物，尘水混合物在通过过滤网时被拦截下来形成尘泥。过滤后的气流经过风机进入脱水器进行高效脱水和再一次尘气分离，使风流得到进一步净化，净化后的干净空气排至巷道中，尘泥则流入水箱排出。
1.2 湿式旋流除尘器高效除尘技术的研究
湿式旋流除尘器的主要除尘理论包括螺旋雾化、过滤除尘、高效脱水和旋流除尘。
要做到高效除尘，初级过滤除尘以及脱水器的脱水技术在其中都起到了关键性的作用，因此，有必要对其原理进行分析和研究。
1.2.1 螺旋雾化及过滤除尘技术的研究
螺旋雾化过滤除尘部分由螺旋喷雾器及过滤器组成。当压力水流被送到螺旋喷雾器时，由于离心力的作用，水流在放置面上伸展为薄膜，并以不断增长的速度向边缘运动，离开边缘时被分散为雾滴。含尘气流通过雾化区及过滤器时，在惯性碰撞、拦截及扩散等短程机理的作用下，粉尘从气体中分离出来，而使含尘气流得到净化。
1.2.2 叶片导向式脱水技术的研究
脱水性能是湿式旋流除尘器的一个重要技术指标，脱水效果的好坏直接影响除尘器除尘效率的高低。旋流脱水技术是利用含尘气流在圆柱形设备内产生高速旋转而产生离心力作用，将比重大的水和尘粒甩向圆柱形设备的筒壁而被脱离出来的一种高效脱水技术。旋流脱水的关键参数在于转换风流方向的导流叶片的导向和安装角度的调整。
1.2.3 湿式旋流除尘技术的研究
湿式旋流除尘部分由气流导向装置和脱水器部分组成。从螺旋水雾区过来的气流中夹杂大量水滴和部分微细尘粒，经气流导向装置时，固定的导流叶片使气流中的细小水滴和尘粒撞击在叶片上，形成大颗粒水滴和尘粒的混合体。同时气流在导流叶片作用下产生强烈螺旋，形成强大的离心力，使水滴和尘粒沿脱水器内壁流下而被分离，除尘器排风口排出清洁空气。
1.3除尘器型号选择
针对不同的工作面瓦斯涌出量和通风量，需要匹配处理风量的除尘器。KC 系列湿式旋流除尘器是集螺旋雾化除尘与湿式旋流除尘脱水于一体的适于煤矿使用的除尘器。该系列除尘器体积小、操作简单、除尘效率高，成为目前矿井中应用最广泛的一种除尘器。该系列除尘器具有以下主要技术特征：
2 除尘系统在山脚树矿的应用效果
21127掘进工作面为山脚树矿北采区的在掘面，巷道断面为13m 2，净高3.1m ，工作面压入风量为500m 3/min，瓦斯涌出量大，粉尘浓度高。掘进机安装有内外喷雾，喷雾用水来至冷却水。水压一般为1.5～2MPa ，水压低，喷嘴易堵塞，没有较好的喷雾降尘效果。高浓度粉尘造成工作面能见度低，空气清新度较差，作业环境影响了作业面单产和单进速度。
根据工作面具体情况，选取KCS-550除尘器将系统应用于该综掘工作面后，可以得出以下结论：
1）涡流风筒的附壁效应，变工作面轴向风流为切向和轴向混合流方向，起到了很好的控尘效果，提高了综掘面的降尘效率。
2）涡流控尘装置在与传统压风筒通风量相同的情况下，对迎头不会形成直吹状态，形成了有旋转风流形成的气幕，有效的防止了瓦斯聚集。
3）吸尘口布置在除尘器转盘上，能随掘进机一起前进，可以有效的接近尘源，绝大部分含尘气流空气可由吸尘罩吸入除尘器中净化处理，大大的改善了作业环境的卫生条件。
4）使用长压短抽通风除尘技术后，能显著降低21127综掘工作面的粉尘浓度，有效的改善了综掘工作面的劳动卫生条件，是目前解决综掘工作面粉尘浓度高这一难题的重要途径。
刘涛（1979-），男，四川南溪人，硕士，工程师，主要从事煤矿及工业粉尘防治技术的研究工作。
参考文献
[1]粉尘防治技术的最新进展．李德文．矿业安全与环保[J]．2000 Vol 27 No.1 10~12
[2]新型湿式旋流除尘器的试验研究．王树德．矿业安全与环保[J]． 2001 Vol.28 No.z1 102~103
[3]湿式旋流除尘器脱水段长度参数确定的探讨．李爱菊、王树德、隋金君．矿业安全与环保[J]． 2005 Vol.32 No.2 31~32
[4]湿式旋流除尘中呼吸性粉尘除尘效率与风速关系的探讨．隋金君、胥奎．矿业安全与环保[J]． 2004 V ol.31 No.6 34~35
湿式旋流除尘器除尘机理的研究
刘涛，汪春梅
（煤炭科学研究总院重庆分院，重庆 400037）
摘要：针对目前国内综掘工作面粉尘大， 通风条件特殊的现状，提出了将涡流控尘与湿式旋流除尘相结合的综合防尘方法。详细分析了掘进面长压短抽系统各部分的除尘机理，对掘进面除尘系统中除尘器处理风量、压入式风筒口与除尘器收尘罩口在巷道中的空间位置关系，以及选择合适的除尘器安装方式也进行了讨论。以在山脚树矿21127掘进工作面的应用为实例，较好的改善了工作面环境，取得了较好的除尘效果。
关键词：涡流控尘 湿式除尘 掘进工作面 抽压风量 粉尘
掘进机在切割煤体或半岩体时，由于煤跨落和截齿对煤体的挤压及抛出，将会产生大量粉尘。据统计掘进机割煤时，掘进端面粉尘浓度达200~400mg/m3，严重的达1000~3000mg/m3。大量粉尘的存在，不仅污染环境，危害作业人员身心健康，而且由于煤尘具有爆炸危险性，成为影响矿井安全生产重要因素之一。
目前，掘进面的粉尘防治主要有掘进机内外喷雾、气幕控尘、湿式除尘、转载点喷雾和巷道喷雾水幕等。以上措施主要有几方面的不利因素，一是因为掘进工作面采用主动压风、被动出风的通风模式，在掘进工作面喷雾降尘，使工作面气流变为气雾状，影响作业人员的操作视线，给生产带来了严重隐患和影响了掘进巷道的施工质量。二是以上措施基本没有考虑掘进工作面的风流分布对除尘效率的影响，采用直接除尘的方式，因此，一般除尘效率比较低下。三是以往采用的除尘器多采用单级除尘的方式，经过脱水处理后出口仍有大量水雾喷出，除尘效果并不明显。因此必须充分考虑掘进巷道空间的狭窄性、通风的独特性等特点，针对掘进工作面的具体情况，结合工作面风流分布特点和掘进面产尘特性，对工作面粉尘进行综合治理。
涡流控尘加湿式旋流除尘技术综合考虑了掘进面的产尘特点以及气流流场分布规律，做到了控尘、除尘、高效脱水的有机结合，对掘进面的降除尘起到了很好的效果。如德国在机掘工作面采用附壁风筒控尘技术和内外喷雾与干式袋式除尘器想结合的综合防尘措施控制截割头的粉尘，使净化后的空气含尘量大大降低，达到1mg/m3。波兰在机掘工作面采用控尘技术与除尘技术相结合的综合防尘措施，使工作面司机处的粉尘大幅度下降，除尘效率达94~96%。因此，建立兼顾高效控尘和提高除尘器效率的掘进
面综合防尘系统是解决工作面粉尘浓度过高的根本途径。
1 湿式旋流除尘器结构及除尘技术的研究
目前常用的除尘器有布袋除尘器、空气过滤除尘器、旋风除尘器、文丘里除尘器、湿式过滤除尘器等。湿式除尘风机的优点是系统简单、维护简便，但是其除尘效率不能达到满意的要求。文丘里除尘器优点是除尘效率高，但其压力损失高，有时高达20000Pa 。而井下工作面空间特点、防爆要求，限制了电除尘器等的使用。湿式旋流除尘器具有体积小、安装简单、除尘效率高等特点，成为目前应用最广泛的一种除尘器。
1.1湿式旋流除尘器工作原理
湿式旋流除尘器结构主要由高负压、大流量的单机斜流式风机、螺旋喷雾器、过滤器、导流装置、脱水器等组成。其结构如图2所示。
1 捕尘段 2 动力装置 3 脱水段
图2 KC型除尘器结构示意图
除尘器本体结构采用气、粒两相流理论设计，喷雾、过滤及旋流除尘机理，高效旋流脱水。当综掘机割煤时，同时启动除尘器，截割头产生的高浓度含尘气流经吸尘罩和软风筒进入除尘器后，由于水雾作用，使含尘空气中的微细粉尘得到充分湿润，并相互碰撞、凝聚形成尘水混合物，尘水混合物在通过过滤网时被拦截下来形成尘泥。过滤后的气流经过风机进入脱水器进行高效脱水和再一次尘气分离，使风流得到进一步净化，净化后的干净空气排至巷道中，尘泥则流入水箱排出。
1.2 湿式旋流除尘器高效除尘技术的研究
湿式旋流除尘器的主要除尘理论包括螺旋雾化、过滤除尘、高效脱水和旋流除尘。
要做到高效除尘，初级过滤除尘以及脱水器的脱水技术在其中都起到了关键性的作用，因此，有必要对其原理进行分析和研究。
1.2.1 螺旋雾化及过滤除尘技术的研究
螺旋雾化过滤除尘部分由螺旋喷雾器及过滤器组成。当压力水流被送到螺旋喷雾器时，由于离心力的作用，水流在放置面上伸展为薄膜，并以不断增长的速度向边缘运动，离开边缘时被分散为雾滴。含尘气流通过雾化区及过滤器时，在惯性碰撞、拦截及扩散等短程机理的作用下，粉尘从气体中分离出来，而使含尘气流得到净化。
1.2.2 叶片导向式脱水技术的研究
脱水性能是湿式旋流除尘器的一个重要技术指标，脱水效果的好坏直接影响除尘器除尘效率的高低。旋流脱水技术是利用含尘气流在圆柱形设备内产生高速旋转而产生离心力作用，将比重大的水和尘粒甩向圆柱形设备的筒壁而被脱离出来的一种高效脱水技术。旋流脱水的关键参数在于转换风流方向的导流叶片的导向和安装角度的调整。
1.2.3 湿式旋流除尘技术的研究
湿式旋流除尘部分由气流导向装置和脱水器部分组成。从螺旋水雾区过来的气流中夹杂大量水滴和部分微细尘粒，经气流导向装置时，固定的导流叶片使气流中的细小水滴和尘粒撞击在叶片上，形成大颗粒水滴和尘粒的混合体。同时气流在导流叶片作用下产生强烈螺旋，形成强大的离心力，使水滴和尘粒沿脱水器内壁流下而被分离，除尘器排风口排出清洁空气。
1.3除尘器型号选择
针对不同的工作面瓦斯涌出量和通风量，需要匹配处理风量的除尘器。KC 系列湿式旋流除尘器是集螺旋雾化除尘与湿式旋流除尘脱水于一体的适于煤矿使用的除尘器。该系列除尘器体积小、操作简单、除尘效率高，成为目前矿井中应用最广泛的一种除尘器。该系列除尘器具有以下主要技术特征：
2 除尘系统在山脚树矿的应用效果
21127掘进工作面为山脚树矿北采区的在掘面，巷道断面为13m 2，净高3.1m ，工作面压入风量为500m 3/min，瓦斯涌出量大，粉尘浓度高。掘进机安装有内外喷雾，喷雾用水来至冷却水。水压一般为1.5～2MPa ，水压低，喷嘴易堵塞，没有较好的喷雾降尘效果。高浓度粉尘造成工作面能见度低，空气清新度较差，作业环境影响了作业面单产和单进速度。
根据工作面具体情况，选取KCS-550除尘器将系统应用于该综掘工作面后，可以得出以下结论：
1）涡流风筒的附壁效应，变工作面轴向风流为切向和轴向混合流方向，起到了很好的控尘效果，提高了综掘面的降尘效率。
2）涡流控尘装置在与传统压风筒通风量相同的情况下，对迎头不会形成直吹状态，形成了有旋转风流形成的气幕，有效的防止了瓦斯聚集。
3）吸尘口布置在除尘器转盘上，能随掘进机一起前进，可以有效的接近尘源，绝大部分含尘气流空气可由吸尘罩吸入除尘器中净化处理，大大的改善了作业环境的卫生条件。
4）使用长压短抽通风除尘技术后，能显著降低21127综掘工作面的粉尘浓度，有效的改善了综掘工作面的劳动卫生条件，是目前解决综掘工作面粉尘浓度高这一难题的重要途径。
刘涛（1979-），男，四川南溪人，硕士，工程师，主要从事煤矿及工业粉尘防治技术的研究工作。
参考文献
[1]粉尘防治技术的最新进展．李德文．矿业安全与环保[J]．2000 Vol 27 No.1 10~12
[2]新型湿式旋流除尘器的试验研究．王树德．矿业安全与环保[J]． 2001 Vol.28 No.z1 102~103
[3]湿式旋流除尘器脱水段长度参数确定的探讨．李爱菊、王树德、隋金君．矿业安全与环保[J]． 2005 Vol.32 No.2 31~32
[4]湿式旋流除尘中呼吸性粉尘除尘效率与风速关系的探讨．隋金君、胥奎．矿业安全与环保[J]． 2004 V ol.31 No.6 34~35