新型除尘与定时冲洗装置降尘的研究应用

董祥武　侯玉亭　曹升玲　吕飞　赵志刚

【摘 要】通过研究粉尘颗粒捕集规律和纤维层除尘机理，研究和设计适合回风巷的捕尘装置布置形式，利用大巷自动洒尘控制装置，定时对捕尘装置进行冲洗，共同配合降尘。

【关键词】粉尘颗粒捕集规律；纤维层除尘机理；降尘

Research and Application of the Dust Control of Dry Type Dust Removal and Time Washing Device of Dense Fiber Layer

DONG Xiang-wu HOU Yu-ting CAO Sheng-ling LV Fei ZHAO Zhi-gang

（Coal Preparation Plant of Nantun Mine， Yanzhou Mining Group Corporation Ltd.， Zoucheng Shandong 273500， China）

【Abstract】By the dust particle trapping rules and fiber layer dust removal mechanism， research and design for the return airway of catching dust device layout， using large lane automatic sprinkling dust control device， timing of catching dust device flushing， together with the dust.

【Key words】Dust particle trapping law； Fiber layer dust removal mechanism； Fallen dust

目前，我国的尘肺主要发生在矿山企业中。矿井综合防尘工作历来是矿井安全管理中的重点和难点，而积尘是煤矿存在的一个重大安全事故隐患。回风巷是容易产生积尘的地点，经常沉积煤尘。现阶段在用降尘设施普遍是金属框架结构挡尘帘与全断面喷雾配合使用。该方式需要长时间开启喷雾，由于巷道断面大，金属框架式的挡尘帘使用过程中会形成较大通风阻力，且大断面金属挡尘帘制作成本高，安装工程量大，易顺坏。用水量比较大，需要完善的排水系统，对巷道底板的破坏作用比较显著。

1 粉尘颗粒捕集规律研究

粉尘颗粒捕集是通过各种物理方法依靠一种或多种作用从含尘气流中将固体颗粒物给分离出来，其机理就是，将含尘气体引入具有一种或几种力作用的除尘器，使颗粒相对其运载气流产生一定的位移，并从气流中分离出来，最后沉降到捕集表面上。颗粒的粒径大小和种类不同，所受的作用力不同，颗粒的动力学行为亦不同。颗粒捕集过程中所要考虑的作用力有外力、流体阻力和颗粒间的相互作用力。

1.1 流体阻力导致的颗粒捕集

在不可压缩的连续流体中，做稳定运动的颗粒必然受到流体阻力的作用，主要包括由于颗粒的不规则形状导致的压力差而产生的形状阻力和颗粒与其周围的流体之间的摩擦阻力。阻力的方向总是和速度向量方向相反，其大小由下式确定：FD=■CdApρu2

1.2 惯性沉降

通常认为，气流中的颗粒随着气流一起运动，很少或不产生滑动。但是，若有一静止的或缓慢运动的障碍物处于气流中是，则成为一个靶子，使气体产生绕流，使某些颗粒沉降到上面。颗粒能否沉降到靶上取决于颗粒的质量和相对于靶的运动速度和位置。其主要的捕尘机制为惯性碰撞和栏截作用。

1.3 扩散沉降

对于很小的颗粒，由于布朗扩散作用，使小颗粒受到气体分子的无规则的撞击，使它们像气体分子一样做无规则运动，便会发生颗粒从浓度高的区域向浓度低的区域的扩散。

2 过滤纤维的选择

2.1 P84

聚酰亚胺即P84。P84纤维具有不规则的叶片状截面，比一般圆形截面增加了80%的表面积，叶片状的横截面使P84纤维具有两大优点。一是，纤维的表面积大，因而具有较强的阻尘与捕尘能力，大大提高了过滤效率。二是，不规则的纤维截面因其内应力大小不同，分布不均匀，使纤维自然卷曲，导致纤维之间具有较强的抱合力和缠结力。而圆形截面的纤维（如玻璃纤维）不能自然弯曲，呈棒状，纤维之间的抱合力与缠结力几乎为零。P84价格在400元/Kg左右，价格不菲。

2.2 PTFE

聚四氟乙烯简称PTFE，是全氟化直链高聚物，由四氟乙烯单体（TFF）聚合制得。PTFF棕色纤维即用PTFF乳液纺丝法所得，PTFF白色纤维即用乳液聚合成固体树脂，再加工所得。即使在含尘浓度较大的情况下，表面也只粘附少量的灰尘，清灰性能较好。PTFE覆膜滤料可以解决许多过滤材料无法克服的问题，具有相应优势：过滤效率高，其滤袋更换时间久、使用寿命长，清灰容易，运行费用低，特别是应用在处理含油含水等特殊烟气的工艺上。但PTFE纤维售价在520元/Kg。

2.3 玻璃纤维

玻璃纤维强度高、伸缩率小，它的抗拉强度比其他各种天然、合成纤维都要高，优良的耐腐蚀性能，能耐大部分酸（氢氟酸除外）的腐蚀。玻璃纤维表面光滑，过滤阻力小，有利于粉尘剥离。它不燃烧、不变形。经过不同表面处理剂处理的玻璃纤维，具有柔软、顺滑、疏水、抗结露和收缩率低等优点。玻璃纤维具有突出的尺寸稳定性，拉伸断裂强度高，耐腐蚀性强，表面光滑，憎水透气，容易清灰，化学稳定性好。玻璃纤维滤材的主要缺点是耐折性和耐磨性差，必须经过表面化学处理才能提高使用寿命，达到实用化。

2.4 玄武岩纤维（Basalt F ibre简称 BF）

连续玄武岩纤维的主要成分为Sio2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、FeO、Na2O、K2O等氧化物，属于硅铝酸盐系纤维。Sio2是连续玄武岩纤维最主要的成分，称为网络形成物，保证纤维的化学稳定性和优异的力学性能。与玻璃纤维相比，连续玄武岩纤维中含有特殊的MgO、Na2O、K2O等成分，这正是连续玄武岩纤维相比玻璃纤维具有较好的耐水和耐腐蚀特性的原因。玄武岩纤维由于原料易取价廉，相对价格比较便宜，售价在38元/Kg，性价比高。

3 研究和设计适合现场的捕尘装置布置形式

3.1 纤维过滤介质组织结构特性的影响

（1）表面纤维直径的影响：纤维直径越小，即纤维细度越小，则同种纤维比表面积增大，拦截效应和扩散效应均增强，表面过滤效应增强，过滤效率增大。

（2）孔隙率：纤维孔隙率增大，惯性效应和拦截效应均增大，总效率提高。但要指出此时运行阻力的增加率比过滤效率的提高率要大的多，所以通过提高纤维的填充率来提高过滤效率要慎重。

3.2 研究和设计适合现场的捕尘装置布置形式

为增加捕尘装置与含尘空气的接触面积，提高降尘效果，根据巷道断面，布置两种捕尘装置配合应用。其中一种是由皮（塑料）带与塑料棒组成，另一种是由钢丝拧压尼龙纤维丝。两种挡尘帘联合布置，每隔两米一道，共布置五道，在覆盖全断面的同时也让捕尘装置布满了巷道，使其达到最好的捕尘效果。

3.3 设计定时冲洗装置配合应用

为保障螺旋刷排干式除尘持续发挥作用，需要对捕尘装置进行定时冲洗。利用大巷自动洒尘控制装置，将控制系统设置在距离最近的进回风联络巷中，定时对捕尘装置进行冲洗。在捕尘装置上风侧安设全断面净化水幕，喷雾采用的新式陶瓷喷嘴，在稳定风流（巷道风速能够达到2.4m/s）的作用下，净化水幕水雾作用在捕尘装置上，每天在检修班开启两个小时，即可对捕尘装置清洗干净。对水幕下方底板使用混凝土进行了固化，并设置专门排水沟，全断面净化水幕产生的污水通过水沟流到专门设置的排水管路中，减少对底板的破坏和对支护的影响。

4 实际应用效果

该装置安装到南屯煤矿九采区回风巷。相对过去使用的金属网捕尘帘，材料成本降低60%，水的消耗降低90%，同时达到理想的降尘效果，降尘率可达到90%以上。回风巷内环境得到改善，减少了职工患职业病的危害；积尘得到有效控制，节约了人力物力，也取得较好的安全效益。

【参考文献】

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[责任编辑：汤静]