输煤皮带机尾粉尘气动射雾除尘探讨

邵刚超

（山西焦煤西山煤电东曲矿， 山西 古交 030200）

引言

现如今，社会生产的机械化程度不断加深，输煤过程中的粉尘产出量逐渐增多，由此形成的污染问题随之加剧。而粉尘不仅会引发煤尘爆炸、影响作业空间的能见度、加快机器损耗速度，还容易使现场工作人员患上尘肺病。所以，加强对粉尘治理的研究，具有必要性。

1 输煤皮带粉尘

如果依靠人力传送煤炭，不仅对劳动力有较大的需要，还会耗费诸多财力。在现代化的生产活动中，机械化模式已经深入各领域，使用皮带机进行煤炭输送，可保障基本效率。但因为输煤量较大，皮带机运行中煤炭会与皮带之间不断发生摩擦，由此产生粉尘，并直接分散到所处空间中。在输煤皮带机长期运行中，其机尾持续甩尘，使得附近的粉尘质量浓度不断提高，能达到400 mg/m3。而大量的粉尘，既降低了工作空间的环境质量，又对现场工作人员的身体造成严重损害[1]。

2 气动射雾除尘运行原理

2.1 工作原理

在此种除尘系统中，涉及两套管路，各自负责压力与压水，二者直接在喷嘴的位置连接。实际运行中，会把水体通过加压处理，达到0.1～0.2 MPa 的程度，下一步是为保障最终射雾的质量，需要水体运用过滤装置处理，确保其不携带任何杂质，最终由相应管路流出。而空气需加压到0.2～0.3 MPa，利用进一步净化处理，从对应管路喷出，直接把水流分散成水雾，并经过相连的雾化喷嘴射到工作场所中。而后在相对静态空气的撕裂中，完成二次破碎。在此类系统下，能短时间喷射出大量雾滴，各粒径不会超过10 μm，直接输送到粉尘区域。一个喷头能发出的雾长在3～10 m。基于粒子碰撞理论，和机尾粉尘颗粒尺寸接近的雾滴，能发挥出最佳的捕尘效果，粉尘在和雾滴接触后，发生碰撞及凝并，在自重的作用下，迅速发生沉积。对于尺寸较大的粉尘颗粒，利用微雾构成饱和湿空气环境，快速生产晶核，也能完成沉积。

2.2 多相流模型

根据颗粒群的运动情况，可借助对颗粒运动轨迹的分析，提炼出所在颗粒群大体上的运动规律。而单一颗粒运动状态，能结合牛顿第二定律确定其表达式，具体如下：

式中：mpi为单一颗粒的质量，kg；upi为颗粒相速度，m/s；FD为曳力，kg/s；ug为空气速度，m/s；FA为浮力，kg·m/s2；FB为重力，kg·m/s2；μ 为空气动力黏度，kg/（m·s）；ρpi为颗粒相密度，kg/m3；dpi为颗粒相直径，m；CD为曳力系数；Re 为颗粒的雷诺数；ρg为空气密度，kg/m3；Vpi为单一颗粒的体积，m3。

按照TAB 的破碎原理，粉尘的气动物化模型能归纳成：

式中：CF、CK均是无量纲数，根据相关试验结果，分别取1/3、8；ρp1为液滴的密度，kg/m3；k 为湍流动能，kg·m/s2；r 为液滴的半径，m；mp1为单一液滴的质量，kg；σ为液体的表面张力，kg·m/s2；dp1为液滴的直径，m。

3 皮带机尾粉尘污染与气动射雾除尘

3.1 粉尘污染

在实际分析中，需完成皮带机尾的建模处理，将皮带运行速度参数设定成2.5 m/s。通过颗粒运动的轨迹图，确定颗粒分布状态，结合输煤皮带机的工作特点，仿真模拟的颗粒尺寸范围在1～200 μm 之间。通过非稳态下的迭代运算，最终确定在第6 秒时，形成基本的平衡状态，机尾附近的粉尘质量浓度没有明显的改变。皮带处于载煤运输状态中，会有大量较细小的煤尘堆积在皮带上，从落料管开始至机头的转载点处，都属于载煤皮带，其表面会附着煤尘。而且在其机尾处的皮带，一般属于裸皮带。如果在其表面沉积过多的煤尘，则会在皮带机开始工作中，在有振动的区域，形成飞扬现象。直到机尾滚筒的位置，粉尘会受到其本身自重引起的惯性，以及机尾滚筒产生的离心力双重影响下，出现飞扬的情况。经过对输煤皮带机现场工作环境的分析，因为皮带的实际长度较大，如果直接通过人工在皮带通道地面上移动，进行煤尘清理，将全部集中在回程皮带处，会加重机尾区域的粉尘污染。根据粉尘运动轨迹的整体模拟能发现，输煤皮带机上的粉尘污染，主要出现在落料管与机尾部分，特别是后者附近。在不进行任何除尘防护手段的情况下，实际粉尘质量浓度能达到400 mg/m3左右。

本文选择对相应区域的粉尘质量浓度与气体流速实施测试，把测试数据和模拟信息进行对照，以此评估模型的准确性。针对皮带机尾处的情况，选择风流状态较稳定的区域，设置5 个测试点，与滚筒之间相距0.4m，围绕滚筒进行扇形分布，各相邻测试点相距0.5 m。通过比较实测和模拟信息，确定数字化模型的可用性。以某次试验为例，单就风流参数来看，各个测试点的数据表现分别是：1 号测点，实测风速是0.15 m/s，模拟值为0.16 m/s，风流质量浓度的实测值和模拟值分别为412 mg/m3和400 mg/m3；2 号测点，实测风速是0.17 m/s，模拟值为0.18 m/s，风流质量浓度的实测值和模拟值分别为405 mg/m3和398 mg/m3；3 号测点，实测风速是0.19 m/s，模拟值为0.18 m/s，风流质量浓度的实测值和模拟值分别为396 mg/m3和395 mg/m3；4 号测点，实测风速是0.21 m/s，模拟值为0.22 m/s，风流质量浓度的实测值和模拟值分别为385 mg/m3和387 mg/m3；5 号测点，实测风速是0.22 m/s，模拟值为0.23 m/s，风流质量浓度的实测值和模拟值分别为376 mg/m3和379 mg/m3。通过各点的数据比较来看，实测值和模拟值的误差不大，基本满足所需标准。

3.2 甩尘控制

把机尾处的裸皮带直接密封起来，在罩内实施气动射雾处理。基于多相流的非稳态模拟，设置射雾除尘的各项参数。雾化液滴规格需在10 μm 以内，实现在耗用最低射雾量的情况下，粉尘能迅速沉降。按照该要求标准，水压设置成0.1 MPa；气压参数设置成0.3 MPa；单个喷头的流量是0.6 L/min；封闭罩中的喷雾总量是0.36 L/min。由于射出的是超细雾，所以不必考虑作业温度偏低时，皮带结冰移位的问题。等到密闭罩中的粉尘质量浓度基本处于稳定状态后，可仿真模拟射雾除尘的过程。在罩中的空气达到饱和状态时，空间中会产生雾池，此时液滴和粉尘接触，会在后者表面快速凝集与渗透，起到控尘的效果[2]。

3.3 除尘效果

以某选煤厂为例，其年产量在1 500 万t。在除尘整改之前，其利用较普通的喷雾处理方法，皮带机尾的粉尘质量浓度处于23～160 mg/m3之间，并且具有呼吸性的粉尘部分，质量浓度也达到2～28 mg/m3。根据其生产活动情况，每日针对机尾除尘的管理，会消耗掉95 t 左右的水。而改用气动射雾除尘方法，其工作场所内的粉尘质量浓度被压缩到1.5～3.6 mg/m3，呼吸性的粉尘质量浓度仅有原本的1/10，一般被控制在0.2～1.3 mg/m3区间内。另外，用水量上也实现大幅度降低，日均用水量只有4.5 t。

由此来看，和普通喷雾除尘相比较，气动射雾除尘方法射出液滴的动能更强，而且捕尘效果更佳。在该类除尘系统中，液滴尺寸始终被控制在10 μm以内，保障射出超细的水雾，使得在单位时间内的喷出水量减少。其不仅提高了除尘的效果，还降低了除尘付出的代价。

4 结语

机尾产生粉尘污染的来源主要是附着于表面的浮尘，借助滚筒离心力与风流的双重作用，使浮尘飞扬起来。在应用气动射雾除尘中，应注意构建封闭环境，以保障捕尘效果。实际除尘时，可结合皮带长度及粉尘浓度等条件，合理调节射雾的流量与压力。