CN108412534B - 一种基于超声波雾化、凝聚的煤矿除尘装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于超声雾化、凝聚的煤矿除尘装置，包括由鼓风机、真空泵和连接管道形成的负压管路，所述负压管路上依次设置有旋风分离器、超声波雾化器、压力阀、凝聚室，所述旋风分离器与鼓风机连接，所述真空泵还与集尘器连接，其中凝聚室内设置有超声波振荡器，凝聚室出口处还设置有吸音海绵。该装置易于实施且效率较高，有效降低煤矿巷道空气中煤粉含量的目的，避免煤粉爆炸等恶性事故的发生，保证煤矿巷道开采过程的安全进行。

Description

一种基于超声波雾化、凝聚的煤矿除尘装置
技术领域
本发明涉及煤矿开采领域，特别涉及一种应用于煤矿巷道挖掘过程中的基于超声波雾化、凝聚的煤矿除尘装置。
背景技术
煤炭工业是我国国民经济的基础产业，以煤为主是我国能源安全的基本战略。煤炭工业支撑着国民经济的持续高速发展。但我国煤矿尚未实现对灾害事故的有效控制，就拿煤矿粉尘的危害为例，在煤矿开采过程中，如钻眼、爆破、掘进及采煤作业、顶板管理、煤的装载运输等各个环节，都会产生大量的粉尘。煤矿粉尘(以下简称煤粉)，一般指矿物开采或加工过程中产生的微细固体集合体，它或沉积于巷道四壁，或悬浮于巷道空间。随着开采强度的加大，煤粉问题日趋突出，煤粉爆炸等恶性事故仍频频发生。由粉尘在矿工肺部积聚而产生的尘肺病，目前仍不能彻底治愈；而作为煤矿五大灾害之一的煤粉爆炸，对矿井具有毁灭性的打击，对国家的财产和人民的生命安全构成了严重的威胁。
因此，在煤矿巷道的挖掘过程中，需要实施有效的降尘除尘措施，保证煤矿巷道挖掘及矿井作业过程的安全进行，实现煤炭工业安全发展，推动经济和社会的可持续健康发展。
发明内容
本发明就是针对现有技术的不足，提供了一种基于超声雾化、凝聚的煤矿除尘装置。有效降低煤矿巷道空气中煤粉含量的目的，避免煤粉爆炸等恶性事故的发生，保证煤矿巷道开采过程的安全进行。
为了实现上述目的，本发明所设计的一种基于超声雾化、凝聚的煤矿除尘装置，其特殊之处在于：包括由鼓风机、真空泵和连接管道形成的负压管路，所述负压管路上依次设置有旋风分离器、超声波雾化器、压力阀、凝聚室，所述旋风分离器与鼓风机连接，所述真空泵还与集尘器连接，所述凝聚室内部为筒状腔体结构，其一端设置有超声波振荡器，另一端设置有可调节的活塞端头，所述吸音海绵设置在活塞端头上。调节活塞头可以改变凝聚室的压场，使其可以适用于不同粒径的颗粒。吸音海绵是附着在活塞上的，吸收多余的声能，形成稳定压场。
进一步地，所述超声波雾化器与压力阀之间依次设置有粉尘浓度测量仪、压缩空气压力表。
进一步地，所述凝聚室与真空泵之间设置有涡流流量计。
更进一步地，所述凝聚室外还设置有冷循环系统和配套的温度传感器。
再进一步地，所述凝聚室由外层钢管、内层钢管及呈s型盘绕在内层钢管外壁上的塑料水管组成，所述塑料水管与冷却循环系统相连。
进一步地，所述超声波振荡器为磁盘式振荡
器，其工作频率为20kHz-24kHz。
进一步地，所述鼓风机风量为380～420m3/min。
进一步地，所述旋风分离器为沉降颗粒粒径大于10μm的旋风分离器。
进一步地，所述超声波雾化器为高频震荡器，其雾化过程粉尘湿度为65％-73％。
本发明的优点在于：
本发明创新性的提出一种基于超声雾化、凝聚的煤矿除尘装置，将超声波雾化、凝聚两种最先进的超声波除尘技术结合在一起，在雾化的基础上加上凝聚的应用，既能很好的达到除尘的效果又能满足煤矿作业的特殊环境，解决了长久以来煤粉爆炸的危害。
本发明创新性的提出了一种温度预警和抑制装置，当本装置周围的环境温度达到设定温度范围时，预警装置会自动注水进行降温处理，避免了装置工作可能带来温度升高隐患。
本发明提出的温度预警抑制装置，其冷却水管成s型缠绕在凝聚室内壁外侧，此设置方法能最大的增加散热面积，提高装置的工作效率。
本发明创新性的提出可调节活塞和吸引海绵的应用。可调节活塞通过改变凝聚室的面积，吸引海面吸收多余的声能，都能促进凝聚室形成稳定的声压场，提高除尘效率。
本发明将两项除尘技术结合的同时还增加了旋风分离器等前期除尘装置，可以处理的粉尘粒径范围大大增加，极大提高了本发明装置除尘范围和效率。
本发明通过使用流量计等装置组成粉尘密度和流量监测装置，可以实时观察本装置最佳的除尘参数，比如鼓风机的风速、粉尘密度、最佳处理粒径等。
附图说明
图1为本发明系统示意图。
图2为超声凝聚室截面图。
图3为本发明装置工作的过程流程图。
图中：鼓风机101、旋风分离器102、超声波雾化器103、粉尘浓度测量仪104、压缩空气压力表105、压力阀106、超声波振荡器107、凝聚室108、温度传感器109、吸音海绵110、可调节活塞111、涡流流量计112、真空泵113、集尘器114、冷却循环系统115、外层钢管201、塑料水管202、内层钢管203。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
图中所示的基于超声雾化、凝聚的煤矿除尘装置，包括由鼓风机101、真空泵113和连接管道形成的负压管路，负压管路上依次设置有旋风分离器102、超声波雾化器103、压力阀106、凝聚室108，旋风分离器102与鼓风机101连接，真空泵113还与集尘器114连接，其中，凝聚室108内设置有超声波振荡器107，凝聚室108出口处还设置有吸音海绵110。吸音海绵110对穿过粉尘气体的残余声波进行吸收，使腔内形成行波，防止声波反射后干扰凝聚室中稳定声压场的形成。真空泵与鼓风机同时工作使得管路内形成负压，粉尘随气流进入管路。
超声波雾化器103与压力阀106之间依次设置有粉尘浓度测量仪104(GB/T1226-2001)和压缩空气压力表105(Q/320211DGH01-2003)。凝聚室108与真空泵113之间设置有涡流流量计112。粉尘浓度测量仪104、压缩空气压力表105、压力阀106和涡流流量112计组成的监测调控装置。
凝聚室108为筒状腔体，超声波振荡器107设置在筒状腔体一端，筒状腔体另一端为可调节的活塞端头111，吸音海绵110连接在活塞端头111上。工人可根据涡流流量计、压缩空气压力表、粉尘浓度测量仪反馈的结果对活塞进行调节，通过改变凝聚室腔体大小，进而改变超声波在腔内的被吸收率。
根据煤粉浓度及凝聚室中煤粉停留时间，鼓风机101风量选用380～420m3/min。优选风量为400m3/min。以保证将煤粉及时吸送进本装置进行降尘处理。
旋风分离器102为沉降颗粒粒径大于10μm的旋风分离器。旋风分离器将所吸入的粉尘中粒径大于10μm的颗粒沉降在灰斗中，并从出粉口落入收集袋。旋转下降的外旋气流，在下降过程中不断流向分离器中心，形成向心的径向气流，这部分气流构成旋转向上的内旋流。内、外旋流的旋转方向不同。被分离出的粒径小于10μm的粉尘颗粒从出风口进入凝聚室。
超声波雾化器103雾化过程粉尘湿度为65％-73％。超声波雾化器利用电子高频震荡器(振荡频率约为1.7MHz)，通过陶瓷雾化片的高频谐振将液态水分子结构打散，产生水雾。此外，雾化过程中将释放大量的负离子，与空气中漂浮的粉尘产生静电式反应，使粉尘颗粒的粒径增大。雾化过程粉尘气体的最佳湿度为65％-73％。此湿度下，粉尘气体的浓度可降至12g/m3-17g/m3，远低于粉尘爆炸的极限浓度(35g/m3)。
优选地，超声波振荡器107为磁盘式振荡器，其工作频率为20kHz-24kHz。该装置在凝聚室中产生频率稳定的超声波，使粉尘气体处于固定的声压级范围。在该超声波的作用下，粒径小于1μm的粉尘颗粒将凝聚成团，使粉尘颗粒变大。粉尘颗粒在凝聚室停留的时间约为4s，在此时间内绝大部分的粉尘颗粒尺寸将增大至6μm-10μm，自然沉降后被集尘器收集。
优选地，虽然在实验时未发现凝聚室温度有大幅度的上升，但考虑到其长期作业性，本发明中，凝聚室由外层钢管201、内层钢管202及盘绕在内层钢管202外壁上的塑料水管203组成。其中内外层钢管的壁厚约为3cm，内层钢管直径为50cm，外层钢管直径为62cm，塑料水管203的直径为5cm，塑料水管203与冷却循环系统相连。内外钢管间塑料水管的间隙全部填充导热氮化铝粉204。凝聚室的外层钢管201外壁装有温度传感器205，对凝聚室温度进行实时监控，并将温度信息实时反馈至冷却循环系统。当其检测到外壁温度距最低着火温度还有13℃时，塑料水管202就会自动注入矿井高压水，进行降温处理，保证装置安全使用，当温差降至13℃时停止注水。
本发明中，粉尘随气流进入旋风分离器102，下降的外旋气流，在下降过程中不断向分离器的中心部分流入，形成向心的径向气流，构成旋转向上的内旋流。由于所受离心力大小的不同，粒径大于10μm的尘粒沉降在旋风分离器102下部的灰斗中，初步沉降过后的粉尘随气流由旋风分离器出口进入超声波雾化器103。
下一步，振荡频率为1.7MHz高频振荡器使雾化器103中的液体雾化，将粉尘气体的湿度维持在65％-73％，浓度降至12g/m3-17g/m3，远低于粉尘爆炸下极限浓度(35g/m3)。雾化后的气体经过粉尘浓度测量仪104、压缩空气压力表105。通过对粉尘气体进行实时监测，分析煤矿巷道内粉尘颗粒在本发明系统中去除效率最佳的频率。雾化后的气流进入凝聚室108，在频率为20kHz-24kHz的磁盘式换能器107的作用下，雾化后的颗粒进一步凝聚。其中，在凝聚室端部的吸音海绵110会吸收穿过粉尘气体的残余声波，使腔内形成行波，进而获得稳定的声压场。吸音海绵110另一端与可调节活塞111相连接，工人可通过调节活塞的位置，改变凝聚室108中粉尘气体的浓度，进而改变凝聚室108中的声波吸收率。
下一步，经过声波凝聚后的粉尘气体流经涡流流量计112，真空泵114及鼓风机101根据涡流流量计112反馈结果进行风速调节。经过声波凝聚后的粉尘随气流通过真空泵进入集尘器114进行收集。图2为超声凝聚室的截面图，其中201为凝聚室的外层钢管，塑料水管202呈s型盘绕在凝聚室内层钢管203外壁上。当温度传感器109检测到外层钢管201外壁温度距最低着火温度还有10℃时，塑料水管202就会自动注入矿井高压水，进行降温处理。
本发明装置基本原理为：旋风分离器102依据不同粒径粉尘颗粒具有不同离心力的原理，对大于10μm的粉尘颗粒进行沉降。利用悬浮颗粒在一定频率下的声压场中发生凝聚的原理对雾化后的粉尘颗粒进行凝聚，对凝聚后的粉尘颗粒进行收集处理，大大增加集尘器114的集尘效率。
以上所述对本发明的基本原理、主要特征及优点进行了详细说明。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述仅用于说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会进行各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明的要求保护范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种基于超声雾化、凝聚的煤矿除尘装置,其特征在于：包括由鼓风机、真空泵和连接管道形成的负压管路，所述负压管路上依次设置有旋风分离器、超声波雾化器、压力阀、凝聚室，所述旋风分离器与鼓风机连接，所述真空泵还与集尘器连接，所述凝聚室内部为筒状腔体结构，其一端设置有超声波振荡器，另一端设置有可调节的活塞端头，吸音海绵设置在活塞端头上；所述凝聚室外还设置有冷循环系统和配套的温度传感器；所述凝聚室由外层钢管、内层钢管及呈s型盘绕在内层钢管外壁上的塑料水管组成，所述塑料水管与冷却循环系统相连。
2.根据权利要求1所述的基于超声雾化、凝聚的煤矿除尘装置，其特征在于：所述超声波雾化器与压力阀之间依次设置有粉尘浓度测量仪、压缩空气压力表。
3.根据权利要求1所述的基于超声雾化、凝聚的煤矿除尘装置，其特征在于：所述凝聚室与真空泵之间设置有涡流流量计。
4.根据权利要求1所述的基于超声雾化、凝聚的煤矿除尘装置，其特征在于：所述超声波振荡器为磁盘式振荡器，其工作频率为20kHz-24kHz。
5.根据权利要求1所述的基于超声雾化、凝聚的煤矿除尘装置，其特征在于：所述鼓风机风量为380~420m3/min。
6.根据权利要求1所述的基于超声雾化、凝聚的煤矿除尘装置，其特征在于：所述旋风分离器为沉降颗粒粒径大于10μm的旋风分离器。
7.根据权利要求1所述的基于超声雾化、凝聚的煤矿除尘装置，其特征在于：所述超声波雾化器为高频震荡器，其雾化过程粉尘湿度为65%-73%。
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