采煤机喷雾装置分析及降尘效果优化.pdf
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1、第5期(总第2 40 期)2023年10 月机械工程与自动化MECHANICAL ENGINEERING A U T O M A T I O NNo.5Oct.文章编号:16 7 2-6 413(2 0 2 3)0 5-0 18 9-0 2采煤机喷雾装置分析及降尘效果优化崔晨昭(太原煤炭气化(集团)有限责任公司,山西太原0 30 0 0 6)摘要:针对采煤机工作过程中的粉尘污染问题,采用喷雾装置以降低其粉尘排放。首先,进行了喷雾机理的分析;其次,选择了合适的喷嘴类型和排布方式以提高降尘效果;最后,对影响喷雾降尘效果的因素进行分析,并采取针对性的措施,最大限度地提高喷雾降尘效果,保障工人的健康和
2、安全。关键词:采煤机;喷雾装置;降尘中图分类号:TD421.6文献标识码:B时,喷嘴容易损坏,损坏后的喷嘴喷出的水雾形状变形,水压也会受影响。(2)喷雾安装在采煤机背部两端。将喷嘴安装在采煤机背部,喷嘴的高度和喷射角度都是固定的,因此0引言空气污染已经成为全球性的问题,采煤工业作为重要的工业产业之一,其产生的粉尘排放量一直备受关注。为了减少采煤过程中产生的粉尘,喷雾技术被广泛应用 1-3。然而,采煤机的特殊工况和复杂的环境条件,使得喷雾技术在实际应用中面临着许多挑战 4-6 。本文对采煤机喷雾技术进行深人分析,探讨喷雾机理、喷嘴的选择和排布以及影响降尘效果的因素,旨在为喷雾技术的进一步研究提供
3、参考。1喷雾机理分析压力水流经过雾化喷嘴时,由于喷嘴内部的喷芯会搅动水流,导致水流方向发散。当水流高速射出喷嘴后,在外界空气的阻力作用下被破碎成细小的水滴,形成水雾。采煤机喷雾机理如图1所示。水雾的形状与水压有着密切的关系,当水压较低时,水雾喷出后会形成明显的两个区域,在靠近喷嘴的区域雾粒的喷射速度较高,相比于空气阻力,重力的效果可以忽略不计,这一区域被称为有效作用区,如图1(a)所示。当雾粒离开喷嘴一段距离后,随着空气阻力的作用降低了雾粒的速度,重力的作用凸显出来,雾粒开始迅速向下运动,近似于自由落体运动,这一区域的降尘效果大打折扣,因此被称为衰减区。喷嘴有效作用区衰减区(a)水压较低图1采
4、煤机喷雾机理水压较高时,水雾离开喷嘴的速度较高,形成了一收稿日期:2 0 2 3-0 3-0 1;修订日期:2 0 2 3-0 6-2 6作者简介:崔晨昭(198 6-),男,山西运城人,助理工程师,本科,主要从事煤矿机电方面的工作。段圆锥段和圆柱段,如图1(b)所示。在圆锥段内,由于雾粒的速度很快形成了一股具有卷吸效果的气流,因此圆锥段也被称为卷吸区。卷吸区的雾粒能将含有粉尘的气流卷吸人圆锥区域,迫使其沉降。卷吸作用的强弱与水压呈线性关系,试验结果表明:当水压达到6MPa以上时就会出现卷吸作用;当水压达到10 MPa以上时卷吸作用就相当强烈,导致衰减区消失,取而代之的是一段圆柱段。2喷嘴的选
5、择和排布喷嘴是喷雾降尘系统中的最基本元件,对降尘效果的影响非常大。要想达到最佳降尘效率,雾滴的速度必须大于35m/s,直径要在50 m左右,而且浓度分布也要均匀。为了满足这些要求,喷嘴必须具有更大的旋流强度和不易堵塞的结构,并且要能在一定流量和压力下达到最佳雾化性能。在实际应用中,我们选择结构简单、实用性强的旋流式喷嘴。喷嘴的排布有3种方案选择,如图2 所示。(1)安装在采煤机摇臂上。这种排布方式的优点是,喷嘴随着滚筒的升高和落下改变喷雾方向,特别是当采煤机空载时,喷射出的水雾能够完全包裹尘源,理论上降尘效果应该是最佳的,但是经过实践验证,这种排布方式存在以下问题:采煤机开始割煤时滚筒带出的煤
6、炭容易堆积在喷嘴周围,严重时经常堵塞喷嘴,影响喷雾效果;当采煤机在工作面机头、机尾等位置喷嘴卷吸区圆锥段圆柱段(b)水压较高其降尘效果和覆盖范围由采煤机摇臂的工作高度决定。当摇臂低于采煤机背部喷嘴高度时,喷出的水雾有效降尘区域几乎不能覆盖尘源。试验表明:这种喷嘴排布方式与顺风和逆风有关,采煤机顺风前进时上190滚筒喷雾逆风,增加了水雾与粉尘的碰撞几率,降尘效果较好;当采煤机逆风前进时上滚筒喷雾顺风,降低了水雾与粉尘的碰撞几率,降尘效果较差。当采煤机摇臂升高到采煤机背部喷嘴的高度时,即使采用射程较远的喷嘴也无法完全覆盖摇臂以下部分和滚筒的最远端。但是采用这种排布方式的喷嘴不易损坏和被煤炭掩埋。(
7、3)喷雾安装在截割电机固定框外侧。这种排布方式的喷嘴安装位置偏上,使得其无法完全覆盖滚筒下半部尘源;喷嘴的安装位置靠近摇臂,因此摇臂会产生阻挡,致使滚筒上部的喷嘴无法完全覆盖滚筒上部,滚筒远端的喷嘴雾流平行于摇臂射出,无法到达煤壁,而且无法覆盖滚筒远端;安装在截割电机固定框外侧的喷嘴为同一型号,而粉尘范围的横断面为椭圆形,若喷头安装近了有效射程短,喷头安装远了水汽又较为分散。综上所述,将喷嘴安装在滚筒采煤机背部两端,距离煤岩体1.3m,主要作用是对截割过程中产生的煤炭粉尘进行喷雾使其沉降。为了达到降尘效果,并且使整个滚筒被雾流包裹住,喷射出的水雾横截面设计为环状。我们可以参照喷嘴雾化理论和几何
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