矿用湿式多通道轴向离心除尘装置的研究

摘要

随着煤矿开采机械化水平的不断提高，煤矿粉尘问题越来越突出，掘进工作面、采煤工作面大量的粉尘严重危害了工人的身体健康，影响了煤矿的安全生产。煤矿粉尘治理是一个重要的课题。
　　实践表明，采用除尘器与通风机相结合就地除尘能获得很好的除尘效果。根据我国煤矿生产的实际，设计了一种矿用湿式多通道轴向离心除尘装置，该除尘装置由三部分构成：风机、旋流除尘段和折流板脱水段。本文主要研究旋流除尘段的结构参数，风机和折流板脱水器的优化。旋流除尘段的结构参数包括旋流除尘段的长度 L、外壳半径 R、内芯体半径 r、螺旋通道个数 n和单个螺旋通道的轴向长度 a5个参数。由于掘进工作面空间的限制，旋流除尘段的长度宜 L≤1.5m，外壳半径 r≤0.4m。
　　通过理论计算，研究了旋流除尘段的结构参数对旋流除尘段除尘效率和压力损失的影响。结果表明：（1）随着螺旋通道个数 n的增加（其他结构参数保持不变），旋流除尘段的除尘效率减小，其压力损失也减小。（2）随着内芯体半径 r的增加（其他结构参数保持不变），旋流除尘段的除尘效率增加，其压力损失也增加。（3）随着单个螺旋通道轴向长度 a的增加（其他结构参数保持不变），旋流除尘段的除尘效率减小，其压力损失也减小。
　　根据工程实际，旋流除尘段的处理风量取为400m3/min。
　　螺旋通道的个数 n取为1个、2个、3个、4个四种情况，内芯体半径 r取为0.06m、0.08m、0.1m、0.12m、0.14m，单个螺旋通道的轴向长度 a任意变化，一共设计了66个不同的旋流除尘段模型。采用 FLUENT软件中的 DPM模型和 Realizable k–e湍流模型对66个不同的旋流除尘段模型进行数值计算，得到了旋流除尘段除尘效率和压力损失与旋流除尘段结构参数的变化规律，选出了旋流除尘段的最佳模型。针对最佳模型，采用数值模拟的方法得出了最佳的喷雾液滴直径。
　　旋流除尘段除尘效率和压力损失与旋流除尘段结构参数的变化规律如下：（1）当只有内芯体半径变化时，随着内芯体半径 r从0.06m增大到0.14m，旋流除尘段的全尘除尘效率和呼吸性粉尘除尘效率均逐渐增大，旋流除尘段的压力损失也逐渐增大。与理论计算一致。（2）当只有单个螺旋通道的轴向长度 a变化时，随着单个螺旋通道的轴向长度 a的不断增大，旋流除尘段的全尘除尘效率和呼吸性粉尘除尘效率均逐渐减小，旋流除尘段的压力损失也逐渐减小。与理论计算一致。（3）当只有螺旋通道个数 n变化时，随着螺旋通道个数的增加，旋流除尘段模型的全尘除尘效率与呼吸性粉尘除尘效率都逐渐减小，旋流除尘段模型的压力损失也逐渐减小。与理论计算一致。（4）旋流除尘段的最佳模型为：外壳半径为0.4m，旋流除尘段长度为1.5m，螺旋通道个数取为4，内芯体半径 r为0.1m，单个螺旋通道的轴向长度为0.1m＜a＜0.28m。本文把单个螺旋通道的轴向长度 a取为0.22m。对于最佳旋流除尘段模型，喷嘴喷出的最佳液滴直径范围是10～20μm。
　　矿用湿式多通道轴向离心除尘装置的折流板脱水段，选择 P形折流板。根据风量和压力损失选择风机为 FBD№6.0/2×15通风机。
　　通过理论计算和数值模拟的方法，本文设计了一种新型矿用湿式多通道轴向离心除尘装置，对该除尘装置的三个组成部分都有详尽的参数。矿用湿式多通道轴向离心除尘装置为我国矿井除尘装备的开发提供参考和指导作用。

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第一章 绪 论

1.1 问题的提出及其背景

1.2 研究的意义

1.3 煤矿井下除尘器技术现状

1.4 论文的主要研究内容

1.5 研究方法

第二章 矿用湿式多通道轴向离心除尘理论分析

2.1 矿用湿式多通道轴向离心除尘装置的结构及除尘原理

2.2 除尘装置旋流除尘段的理论分析

2.3 本章小结

第三章 旋流除尘段数值模拟及结果分析

3.1 数值模拟计算模型的选择

3.2 几何模型的建立及边界条件的设置

3.3 旋流除尘段数值模拟结果及其分析

3.4 本章小结

第四章 旋流除尘段的优化

4.1 旋流除尘段的最佳尺寸

4.2 最佳喷雾液滴粒径

4.3 本章小结

第五章 矿用湿式多通道轴向离心除尘装置结构

5.1 旋流除尘段的性能参数

5.2 折板脱水器的选择

5.3 风机的选择

5.4 水槽内液面高度的确定

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间的学术成果