新型矿用卧式湍流球填料过滤除尘风机的研发-上海联兵环保免费电话：400-600-5030

摘　要：针对现有各种结构的矿用除尘器在使用中存在的问题,研发了一种新型矿用湍流球填料过滤除尘风机,该除尘风机集多种除尘机理于一体,结构简单,体积小,具备4级除尘功能,全尘除尘效率 99. 5%,呼吸性除尘效率 95%,具有广泛的市场应用前景。
    关键词：湍流球填料;除尘风机;除尘效率
    0　前　言
    近年来,随着大型采掘机械的使用,煤矿的开采强度显著增大,矿井中的粉尘危害达到了前所未有的程度,机掘工作面粉尘浓度高达1000 mg/m3以上,有的高达2000 mg/m3,远远超过《煤矿安全规程》的规定,严重影响了职工的身体健康,据资料表明:我国现有煤矿尘肺病患者占全国职业病总人数的70%以上,且每年新增病例1万至1. 2万例,其发病率及病死率居高不下,近年因尘肺而死亡的人数一直高于瓦斯等安全事故的人数。全国每年尘肺病造成的直接经济损失高达80亿元,间接经济损失达300~400亿元。因此,降低采掘工作面的粉尘浓度,保护工人的身体健康和矿井的安全生产,已经受到社会各界的关注。
    自20世纪80年代开始,我国开始引进和自主开发应用于煤矿的井下除尘器。先后有四川、江苏、浙江等多家生产厂家,开发了各种结构和型式的除尘器应用于矿井通风除尘。较为成功的典型是湿式纤维栅除尘器,工作原理是使含尘气体经过由细小纤维丝缠绕的栅板,粉尘颗粒被纤维阻挡下来产生过滤作用,又因气体对纤维网产生的振动,使粘在纤维栅板上的粉尘掉落(所以也称湿式振弦捕尘器)。但这些除尘器都存在一些不足之处:
    (1)除尘效率较低,一般低于90%,有的甚至低于80%;对于呼吸性粉尘的除尘效率则更低,大都不超过50%。据文献[1]介绍,在协庄煤矿41112W综掘工作面应用中,进行煤层高压注水后,掘进机割煤时的粉尘浓度下降到106. 2 mg/m3。为此,安装了ZZJC-Ⅱ-A型湿式振弦除尘风机,该风机功率为11 kW,排风量达到126 m3/min,粉尘浓度由原来的106. 2mg/m3降到22. 1mg/m3,降尘率达到了79. 2%。其它结构形式的除尘器,效率则更低。
    (2)自动化程度低,操作工人的劳动强度大。
    过滤器的自清洁功能不是很有效,需要人工每隔一定时间,打开盖板,把过滤器取出来进行清理,然后重新装上去,据使用该设备的煤矿介绍,正常使用时, 1-3个月就要把栅板取下清洗一次。由于除尘器的工况条件很恶劣,清理维护困难。
    (3)工作稳定性、可靠性差。除尘器运行初期,效率和可靠性尚可,运行时间越长,效率显著降低,故障频繁。除了上述的过滤栅板堵塞、阻力增加、除尘器的吸捕效果显著降低的原因之外,还有矿用水质条件较差,容易使喷嘴堵塞,清洗和更换不及时等方面的原因。
    1　矿用卧式湍流球填料过滤除尘风机设计在煤矿生产过程中,对人体的危害主要是≤10μm的呼吸性粉尘。因为,人体肺部细胞对10μm以上粗粒径粉尘基本上能排出和在鼻腔阻滞,而5μm以下的呼吸性粉尘,不仅极易被吸入人体肺部,而且很难从肺部组织排出。如何有效的清除这部分粉尘,是衡量井下除尘器工作性能的一个重要指标。因此,选择一种合适的除尘方案对井下除尘器的设计尤为重要。在地面各工矿行业的使用过程中,应用静电、袋式过滤、旋风等干式除尘机理,水膜、填料过滤等湿式除尘机理的除尘器也得到了广泛的应用,并且其除尘效率都很理想。但是这些除尘器应用于井下除尘均存在着一定的限制。布袋除尘器的除尘效率较高,但体积较大,矿井的空间安装不便;旋风除尘器的除尘效果很差;对细微粉尘的除尘效率更差;水膜除尘器的除尘效率不是很高,脱水效率又难保证,也不能应用于矿井除尘;填料过滤除尘器的除尘效率较高,但是阻力很高,填料的再生也不好处理。在资料[2]中,介绍了一种应用于脱硫和净化有害气体的湍球塔,对有机废气如SO2,HS等烟尘及呼吸性粉尘的过滤,能得到95%以上的过滤效率。对2μm的粉尘,除尘效率可达99%以上,更重要的是球体在湍流过程中,能得到较好的自清洁作用。而且,填料球的材料都是塑料或橡胶之类的产品,耐腐、耐酸的效果相当好,其过滤阻力也大大低于其它填料过滤器。其工作原理是:气流从塔体下面进入,经过填料层时,靠气流的作用使填料球从支承底板上浮起来,并不停的产生不规则的运动。在填料塔的上方设置喷水管对球不停的冲洗,使球产生自清洁作用。同时在球的外表产生一层水膜,当气流通过填料层时,粉尘与球表面的水膜接触并被粘附,气体得到净化。在矿井中,尘气中很大一部分是呼吸性粉尘,因此,研究采用湍流填料作为井下除尘的过滤装置具有重要意义。因矿井的高度空间非常有限,采用传统的立式湍流填料塔不便于安装,因而将湍流球填料过滤器设计成卧式结构,使气流从水平方向穿过填料层,为了实现卧式筒体内填料球的湍流运动,设计了一种在筒体轴线方向的搅拌装置(见图1)。

    2　矿用卧式湍流球填料过滤除尘风机工作原理
    矿用卧式湍流球填料过滤除尘风机,是一种结合多种除尘机理,进行多级除尘的新型产品。含尘气体经集流管进入,在风机叶轮前端有一个与电机同轴套装的甩水盘,甩水盘高速旋转时,因离心力的作用,经供水管轴向进入的水流会不停的雾化,在叶轮前端形成一道与筒体垂直的水雾幕,对气体中的粉尘起拦截阻隔作用,并把阻隔的细微粉尘随水雾的离心力甩向筒体内壁,这就是第一级水膜除尘。经过粗净化的气体,进入风机流道内,在运动中水雾与气体中的粉尘不断接触,使粉尘凝聚增重,惯性增大,气体经过风机流道后,筒体空间突然变大,凝聚的粉尘因惯性作用产生沉降,这就是第二级惯性除尘。未净化的细微粉尘随气流进入填料过滤器,在填料箱上方有带喷嘴的喷雾装置,不停的对填料球进行冲洗,也同时使填料球表面保持一层水膜,尘气经过湍流球填料层时,与球体上的水膜接触,粉尘被沾附在球面上,尘气得到净化,这就是第三级过滤除尘。经过填料室的气体,残留一定的水珠水雾,并有夹带少量微小粉尘,经脱水器的旋流叶片时,气体产生高速的旋转运动,水雾和尘粒因离心力的作用,会甩向筒体内壁与气体分离,这就是第四级旋风除尘。经净化的气体,脱水后从脱水器尾部排放在巷道内。填料室内的搅拌装置在减速装置驱动下不停的旋转,使球体产生不规则的湍流运动,在运动中,球体表面积聚的粉尘因碰撞、清洗等作用,会从球体表面剥落下来,掉入填料室下部,并与水形成混合物,从排水口排出。
    3　矿用卧式湍流球填料除尘风机的结构特点
    风机采用轴流式,装于过滤器前面。风机壳体是圆形的套筒式结构,内外筒之间的环形通道是流道。电机安装在内筒里面,内筒与外筒及流道之间采用密封材料完全隔离,电机的散热利用支撑内、外筒的棱形或圆形空心管的气体对流来保证。并且在内筒里把进风端和出风端两个区域完全分隔开。在风机的叶轮前面,安装有甩水盘装置或喷雾装置,甩水盘与叶轮同步旋转。甩水盘内的径向和轴向有若干个细小的水流通道,旋转时水因离心力被甩向筒壁,并形成细小的水雾幕。供水管道通过连接套装置不停的供水给甩水盘。
    安装在风机后面的是湍流球填料过滤器。过滤器壳体是圆筒结构,筒体两端是多孔板结构,便于气流通过,筒体和多孔板组成填料室。填料采用空心的塑料或橡胶球。填料球通过搅拌器来实现湍流运动。搅拌器的支撑筒体连接在填料室后面,筒体也是圆形的套筒式,内外筒体间的环形通道是空气流道,减速机安装在内筒里面,内筒与流道之间也是完全密封的。电机的散热同样是通过支撑内外筒体的空心钢管实现气体对流来保证。支撑筒体后面是脱水器,脱水器结构形式是旋流叶片。
    该矿用卧式湍流球填料过滤除尘风机具有以下显著特点:
    (1)除尘效率高。除尘器采用多种形式的除尘机理,进行多级除尘。特别是湍流球填料过滤器,对2μm的呼吸性粉尘有极好的除尘效果。
    (2)针对矿用水质条件较差、容易造成喷嘴堵塞的实际情况,采用甩水盘结构对水进行雾化,完全解决了喷嘴堵塞的问题。,而且这种喷雾方式在整个流道里基本是均匀的。还有,因为是径向喷雾,相对于喷嘴的轴向喷雾,水雾与烟气中的粉尘接触机会增大,有利于粉尘增重和凝聚。
    (3)过滤器填料具有自清洁功能,能保证长期稳定的工作。填料球不同于其它过滤材料,强度高、自润滑性能好、不易碎、完全免维护,从而在根本上解决了维护工人对过滤器进行清洗的苦恼。
    (4)配套的风机结构作了大量改进。现有的井下除尘器,为便于电机的安装,风机壳体都是方型结构,气体的流道只是上下两个通道。结构不尽合理,通道面积很小,气流在风道里的速度很快,阻力很大。改进后的结构,环形的气流通道面积是原来结构的几倍,阻力降低很多,同时,尘气在流道内与水雾的接触机会也增多了,对提高除尘效果大有好处。电机的安装维护和散热效果也完全能保证。
    (5)填料室搅拌器的驱动装置,既与过滤器分离,又与过滤器有机的结合在一起,既保证了正常的驱动,又完全避免了流道内的水、雾、尘、气对电机的影响。
    (6)采用湍流球填料过滤器,不仅适用于井下除尘,更适用于冶金、建材、化工等行业,作为脱硫和除尘器用。
    (7)主要性能参数。通过近两年的研发,矿用湍流球填料除尘风机现已完成系列化设计,通过重庆煤科院等权威部门的测试,申报了煤安认证,正批量投放市场。其中的KCS-Ⅱ-225型的主要性能
    指标数据如下:
    处理风量: 180~260 m3/min;
    阻力损失:≤1500 Pa;
    全尘除尘效率:≥99. 5%;
    呼吸性粉尘除尘效率:≥95%;
    液气比: 0. 4 L/m3;
    整机功率: 19. 25 kW;
    搅拌转速: 10~15 r/min;
    工作噪声:≤85 dB(A);
    防爆电机电压: 380V/660V、660V/1140V (可选)。
    4　结　语
    矿用卧式湍流球填料除尘风机是在传统的填料塔的基础上设计的,并结合了多种除尘机理,与传统的结构完全不同,有一定的新颖性,经过测试,除尘效果相当满意,长期工作性能稳定,具有很好的实用性。该产品不仅可代替现有的各种产品广泛应用于矿井的除尘系统,还可应用于非矿山的其它除尘系统。且不仅可以应用于除尘系统,还可以应用于脱硫系统;不仅可以单机运行,还可以并联同时运行,适应于处理大风量的要求。
参考文献：
[1]李　伟,等.煤巷掘进工作面降尘研究[EB/OL]. 
[2]谭天佑.工业通风除尘技术[M].北京:中国建筑出版社,1984.作者简介:肖务里(1964-),男,大学本科,总工程师,从事矿用风机设计技术工作。

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