井下工作面水雾降尘效果的影响因素分析
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作者: 赵文金
【摘要】通过对影响喷雾系统的给类因素的分析，为采用各类喷雾设施提供理论和事实依据，便于优化喷雾系统。
【关键词】井下；影响因素；效果
对水雾降尘来讲，喷雾效果的好坏直接影响到降尘效果的好坏，为此，对水雾降尘效果的影响因素分析是很有实际意义的，本章将在前人己有的理论实践基础上，进一步研究影响水雾降尘效果的主要因素。
1.影响喷雾系统及效果的因素
1.1水的特性对水雾降尘效果的影响
喷浆机喷雾系统的工作介质是水，在系统运行过程中，液态水从常压状态，经加压管路或喷雾泵增加到一定的压力，再经雾化喷嘴将压力液态水雾化，然后水雾以一定的运动规律与粉尘发生碰撞、拦截、扩散和沉降等作用，最后达到降尘的目的。在这个过程中，水作为工作介质对喷雾系统有着十分重大的影响。
1.2水中杂质对喷雾系统的影响
由于水资源比较紧张，对许多冶金企业而言，生产用水都需要回收再利用，同时从地面水池或者水箱到装载机工作系统有较长的供水管路，这就难免造成喷雾用水中含有较多的杂质。而喷雾系统中的关键元件一雾化喷嘴的孔径十分微小，极易造成堵塞，导致喷雾系统失效。这也是目前国内外部分喷雾系统不能正常工作的主要原因之一。因此，可在水泵入口处设置一层过滤网，这样进入喷嘴的水就除去了大部分颗粒杂质，从而避免了杂质堵塞雾化喷嘴。
1.3水的物理机械特性对喷雾系统的影响
从水介质的物理学特性分析中可以得到各种因素对水射流的影响作用。水在不同湿度下的物理机械特性是不一样的，其中水的表面张力对雾化及降尘效果影响最大。水与气体交界的自由表面因内聚力的作用，使表面好象形成一层膜，其上受到张紧的作用力，称为表面张力。水与固体接触，由于水表面张力的存在以及水与固体附着力大小的不同，有的固体能被润湿，有的就不能被润湿。
此外，水的酸碱性对喷雾系统也是有影响的。控制喷雾用水的PH值，对保证喷雾系统的正常工作也是很重要的。水质酸性或碱性过大都会加快各金属部件的腐蚀，不仅会降低管路及元件的使用寿命，而且可能阻塞管路或喷嘴，严重影响喷雾效果。
最后，水的荷电性对水雾降尘也有很大的影响，人们发现大多数尘粒带有正电荷，而细小的雾粒带有负电荷。这些发现直接导致荷电雾化技术的出现，并得到广泛的应用。
1.4湿润剂对水雾降尘效果的影响
国内外都很重视湿润剂的研究，并取得了一定的进展，而且应用也日益广泛。各种粉尘都有一定的疏水性，水的表面张力一般情况下是比较大的。试验测试结果表明，清水水雾对微细粉尘的平均降尘效率低于5%，对2μm以下的微细粉尘几乎无捕集效果。所以在水中添加湿润剂，能得到明显的降尘效果。
添加湿润剂除尘机理在于：湿润剂是由亲水基和憎水基两种不同性质的基因组成的化合物。所谓亲水基是易溶于水或被水润湿的原子团，因而被水分子吸引润湿而溶于水中；而憎水基被水分子排斥伸向空气中，于是湿润剂物质的分子在水溶液表面形成紧密的、定向排列的吸附界面层。由于存在界面吸附层，使水与空气接触的表层分子接触状态发生了变化。接触面积大大减小，导致水的表面张力降低。随着湿润剂浓度的增加，形成许多分子组成的胶束。这种胶束对尘粒分子有吸附作用，并把尘粒带入水中，从而提高了水溶液的润湿能力。
2.喷嘴类型对雾化效果的影响
水的雾化依靠喷嘴作为执行元件才能产生。从某种意义上说，喷嘴又相当于一种工作机构，其几何结构及动力性能参数对水的雾化和能量转化的效率有着十分重大的影响。
进行水雾降尘时，一般选用雾化型喷嘴。对于雾化型喷嘴，雾化质量除了需要有较高的雾滴运动速度外，还要使雾滴达到一定的密度、分布的均匀度和大的扩散面积等。
常用的几种喷嘴类型。
目前普遍应用的喷嘴主要有以下几种类型：
（1）压力式雾化喷嘴：该类型喷嘴通过小孔将液体喷出，实现压力势能向动能的转换，从而获得相对于周围气体较高的流动速度，通过气液之间强烈的剪切作用来实现液体的雾化。该喷嘴的压力水转化成喷雾水仅有一次转化过程，故也称为一次雾化型喷嘴。雾化效果一般不是十分理想。
（2）旋转式雾化喷嘴：液体通过高速旋转的圆盘、圆杯或具有径向孔的甩液盘将液体甩出，形成液膜，在表面张力的作用下实现液体的雾化。雾化质量分布比较均匀，流量大且雾化角也大。
（3）气动雾化喷嘴：利用气体介质与液体介质之间的相互挤压、加速或剪切作用，将液体雾化。主要包括气体辅助雾化喷嘴、气爆雾化喷嘴、气泡雾化喷嘴等。
（4）超声波或哨声雾化喷嘴：利用压电陶瓷或簧片峭产生的超声波或机械超声，然后利用超声的空化现象实现液体的雾化。这种类型包括超声雾化喷嘴、哨声雾化喷嘴等形式。
3.喷雾系统参数的合理匹配对雾化效果的影响
3.1喷雾压力对雾化效果的影响
喷雾压力是指当喷雾系统工作时，流经喷嘴处的水压。一般说来，水压增大，雾滴直径小，水雾密度和流量也增大，雾流与粉尘接触面积增加，降尘效果就更好。
虽然喷雾压力越高，降尘效果越好，但压力过高不仅导致喷雾泵在较高压力下工作，耗电多，不利于喷雾泵的使用寿命，同时也可能容易出现管路破损现象。而且压力增加到一定时，喷雾除尘效率提高非常困难。因此，在满足喷雾降尘效果较好的前提下，应尽可能限制喷雾系统的压力，降低系统的运行成本。
3.2喷雾流量对雾化效果的影响
喷雾流量是指单位时间内流过喷嘴的水量。一般情况下，随着喷雾流量的增加，除尘率相应提高，除尘效果越好。
3.3雾流中的雾粒粒度分布对除尘效率的影响
雾粒是直接用于降尘的最小单元，它通过与尘粒的碰撞截留达到降尘的目的。雾粒的粒度分布对于喷雾降尘来说，是一个很关键的指标，特别是对于尘粒分散度大的尘源。这是因为如果雾粒太小，则携带的能量不足以降落大的尘粒或容易汽化;若雾粒太大，则只能降落大的尘粒，而对微细粉尘甚至呼吸粉尘无法降落。综上所述，雾流中的雾粒粒度是影响喷雾降尘效果的一个重要因素。
另外，水压对雾粒粒度有很大的影响。
4.结语
分析水雾降尘效果的影响因素得出以下结论:
（1）水中杂质极易使喷嘴雾化效果降低。
（2）水质酸性或碱性过大都会加快各金属部件的腐蚀，可能阻塞管路或喷嘴，严重影响喷雾效果。
（3）水中加入湿润剂，增大水雾颗粒吸附粉尘颗粒能力。
（4）旋转式压力喷嘴，降尘效果最好。
（5）喷雾压力越高，降尘效果越好。
（6）随着喷雾流量的增加，除尘率相应提高，除尘效果越好。 [科]
【参考文献】
［１］谷孟平,田冬梅,姚建.煤矿湿润剂抑尘影响因素分析[J].现代矿业,2011(3).
［２］煤矿总工程师技术手册编委会.煤矿总工程师技术手册[M].北京:煤炭工业出版社,2010.
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