CN110529172B - 一种适于大直径回风井的除雾降尘系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适于大直径回风井的除雾降尘系统，采用的电离降尘除雾系统包括自上而下竖向垂直布置在回风井(11)的井筒圆心位置的中心阴极电晕线(4)及沿回风井(11)壁面一周布置的绝缘陶瓷砖(7)、沿绝缘陶瓷砖(7)壁面一周布置的阳极粉尘水雾捕集极板(6)，在中心阴极电晕线(4)与阳极粉尘水雾捕集极板(6)之间沿径向等间距环形交替布置中间阳极粉尘水雾捕集极板(6’)、中间阴极电晕线(4’)；喷淋冲洗系统是由外环形供水管(9)、外环喷头(8)、内环形供水管(9’)、内环喷头(8’)构成。本发明集回风井除雾和降尘功能为一体，结构简单，既能有效捕集回风井外排污风的粉尘和白色“烟”状水蒸气，达到污染物零排放，节约能耗。

Description

一种适于大直径回风井的除雾降尘系统
技术领域
本发明属于地下矿山回风井除尘、除雾技术领域，具体涉及一种地下矿山回风井外排污风降尘、高湿空气冷凝水除湿系统，特别适用于直径大于4m的大直径回风井除雾降尘。
背景技术
地下矿山回风井承担着排出井下高温高湿含尘污风的作用，污风通过回风井排出地表后随着温度和压力的急剧释放，空气快速达到饱和状态后“吐水”冷凝形成浓密的白雾，回风井污风速度高，可以在井口上方形成数十米形似“烟囱”的浓雾，视觉影响范围超过几公里，让周边居民产生不安心里。同时，大量粉尘也一同外排至大气中，造成了严重的环境污染。
随着公众环保意识的提升，人们对于自身周边污染源的关注不断增强。矿山周边居民向环保部门投诉、去矿山企业维权事件时有发生，回风井外排污风既破坏了环境，又损害了企业的经济效益和社会形象。
根据相关文献检索，发明专利《地下矿山回风井高温饱和风流除湿装置及方法》(CN201710144136.3)介绍了一种地下矿山回风井高温饱和风流冷凝结露、避免在井口产生“白色烟雾”现象的除湿装置及方法。但经过进一步分析，该方案存在以下缺点：
1)在地表设置风道形成除湿区，除湿区安装过滤网，在井口形成了较大通风系统局部阻力，通风能耗增加10％以上；
2)过滤网除湿效率低，白色浓雾可以减弱，但难以完全去除；
3)回风井风速高(10～15m/s)，湿式降尘效率偏低，外排粉尘浓度仍然较高。
发明内容
本发明的目的，就是针对现有地下矿山回风井外排污风粉尘浓度高，饱和空气形成井口白色浓雾现象，以及现有技术方案存在着增加通风系统能耗、降尘除湿效率低、除雾效果差等技术问题，而提供一种结构简单、管理方便、降尘除雾效率高且不增加通风系统阻力的适于大直径回风井的除雾降尘系统，用于深井高温高湿地下矿山和高粉尘浓度地下矿山，可以消除高湿空气外排至地表后遇冷产生的白色浓雾，降低回风井外排污风的粉尘浓度，又不增加通风系统阻力。
为实现本发明的上述目的，本发明一种适于大直径回风井的除雾降尘系统采用以下技术方案：
本发明一种适于大直径回风井的除雾降尘系统，所述的回风井的直径大于4m。本发明是由直流高压发生系统、静电控制系统、电离降尘除雾系统和喷淋冲洗系统组合构成：所述的直流高压发生系统包含整流器，整流器与矿区外部电源通过电缆连接后设置在回风井外侧的工业场地内；所述的静电控制系统包括变压器与电源控制开关；所述的电离降尘除雾系统包括自上而下竖向垂直布置在回风井的井筒圆心位置的中心阴极电晕线及沿回风井壁面一周布置的绝缘陶瓷砖、沿绝缘陶瓷砖壁面一周布置的阳极粉尘水雾捕集极板，在中心阴极电晕线与阳极粉尘水雾捕集极板之间沿径向等间距环形交替布置中间阳极粉尘水雾捕集极板、中间阴极电晕线；变压器与电源控制开关的一端与整流器相连，另一端与中心阴极电晕线、中间阴极电晕线连接；系统供电后在中心阴极电晕线和中间阳极粉尘水雾捕集极板、中间阴极电晕线与中间阳极粉尘水雾捕集极板、中间阴极电晕线与阳极粉尘水雾捕集极板之间形成强大的电场，使空气分子被电离，瞬间产生大量的电子和正、负离子，带电离子与空气中的粉尘和水蒸气相互混合使其带有电荷，带点的离子在电场力的作用下作定向运动，粉尘和水蒸气最终富集在阳极粉尘水雾捕集极板、中间阳极粉尘水雾捕集极板上。所述的喷淋冲洗系统是由外环形供水管及间隔设置在外环环形供水管上的外环喷头、内环形供水管及间隔设置在内环形供水管上的内环喷头构成，外环形供水管、内环形供水管与矿山供水系统相互连接，由球阀控制，根据阳极粉尘水雾捕集极板、中间阳极粉尘水雾捕集极板上粉尘的富集程度定期开水进行喷淋，冲洗被捕集的粉尘。变压器与电源控制开关调节中心阴极电晕线与中间阳极粉尘水雾捕集极板、中间阳极粉尘水雾捕集极板与中间阴极电晕线、中间阴极电晕线与阳极粉尘水雾捕集极板之间的电压，进而调节回风井内的电场强度，电压强度可根据回风井井筒内粉尘浓度和湿空气雾化情况确定。
所述阳极粉尘水雾捕集极板、中间阳极粉尘水雾捕集极板可采用不锈钢板或碳素钢板卷制成圆筒状。
为了确保电晕线垂直固定、不摆动，在中心阴极电晕线上部的回风井井口处从中心向四周设置井口电晕线固定刚性拉杆，在中心阴极电晕线下部设置拉直铅锤，并从铅锤上部向回风井四周设置回风井内部电晕线固定刚性拉杆，所述的井口电晕线固定刚性拉杆、回风井内部电晕线固定刚性拉杆皆为十字交叉设置，十字交叉点与中心阴极电晕线交接，以确保中心阴极电晕线垂直布置且不受回风风场影响摆动；所述的中间阳极粉尘水雾捕集极板安装在井口电晕线固定刚性拉杆、回风井内部电晕线固定刚性拉杆之间，内环形供水管固定并环绕在中间阳极粉尘水雾捕集极板上，所述的外环形供水管固定并安装在井口电晕线固定刚性拉杆上，中间阴极电晕线等间距间隔吊装在外环形供水管上。
所述的内环形供水管沿圆周方向均匀布置9～18个内环喷头为宜，外环形供水管上沿圆周方向均匀布置12～24个外环喷头为佳；内环喷头与中间阳极粉尘水雾捕集极板相交30～60°向下喷水，以冲洗中间阳极粉尘水雾捕集极板内表面上被捕集的粉尘；相邻的外环喷头交替与竖向相交30～60°、300～330°向下喷水，以分别冲洗中间阳极粉尘水雾捕集极板外表面、阳极粉尘水雾捕集极板内表面上被捕集的粉尘。
所述的中心阴极电晕线、中间阳极粉尘水雾捕集极板、中间阴极电晕线、阳极粉尘水雾捕集极板的上、下端平齐，阳极粉尘水雾捕集极板的长度为L2；阳极粉尘水雾捕集极板上端距离回风井井口需预留足够的长度L1；带有荷电的粉尘和水蒸气颗粒的质量为m，带电量为q，质量为m、带电量为q的粉尘和水蒸气颗粒从内部直径为D 的回风井(11)以速度v0上排进入电压为U的电场中，颗粒在进入电场后其运动为竖向匀速直线运动，水平方向以初速度为零匀加速直线运动的类平抛运动，其附着在阳极粉尘水雾捕集极板、中间阳极粉尘水雾捕集极板上其沿竖向运动的距离y按照以下公式计算：
Figure BDA0002193291380000041
为保证带有荷电的粉尘和水蒸气颗粒能够完全附着在阳极粉尘水雾捕集极板、中间阳极粉尘水雾捕集极板上，则应保证L1具有足够的长度，且L2＞y，取L1＝(1.3～1.7)y，L2＝(1.8～2.3)y。
实验室研究和工业试验验证表明，本发明一种适于大直径回风井的除雾降尘系统采用以上技术方案后，具有以下积极效果：
(1)高压静电捕尘效率达到95％以上，实现粉尘零排放，除湿效率高，基本消除回风井外排“烟囱”状浓雾；
(2)取消了现有技术方案中回风井井口构筑物，克服了现有技术增加通风系统井口局部阻力的缺点，降低通风系统能耗10％以上；
(3)设备结构简单，后期运行管理和维护方便，现场不占用工业场地，建设成本低。
附图说明
图1是本发明一种适于大直径回风井的除雾降尘系统结构布置示意图；
图2是图1的俯视图。
附图标记为：1-矿区外部电源；2-整流器；3-变压器与电源控制开关；4-中心阴极电晕线；4’-中间阴极电晕线；5-铅锤；6-阳极粉尘水雾捕集极板；6’-中间阳极粉尘水雾捕集极板；7-绝缘陶瓷砖； 8-外环喷头；8’–内环喷头；9—外环形供水管；9’-内环形供水管；10-井口电晕线固定刚性拉杆；10’-回风井内部电晕线固定刚性拉杆； 11-回风井。
具体实施方式
为更好地描述本发明，下面结合附图对本发明一种适于大直径回风井的除雾降尘系统作进一步详细说明。
由图1所示的本发明一种适于大直径回风井的除雾降尘系统结构布置示意图并结合图2看出，本发明一种适于大直径回风井的除雾降尘系统是由直流高压发生系统、静电控制系统、电离降尘除雾系统和喷淋冲洗系统组合构成。其中回风井11的直径大于4m。
所述的直流高压发生系统包含整流器2，整流器2与矿区外部电源1通过电缆连接后设置在回风井11外侧的工业场地内。
所述的静电控制系统包括变压器与电源控制开关3。
所述的电离降尘除雾系统包括自上而下竖向垂直布置在回风井 11的井筒圆心位置的中心阴极电晕线4及沿回风井11壁面一周布置的绝缘陶瓷砖7、沿绝缘陶瓷砖7壁面一周布置的阳极粉尘水雾捕集极板6，在中心阴极电晕线4与阳极粉尘水雾捕集极板6之间沿径向等间距环形交替布置中间阳极粉尘水雾捕集极板6’、中间阴极电晕线4’；变压器与电源控制开关3的一端与整流器2相连，另一端与中心阴极电晕线4、中间阴极电晕线4’连接。环形等间隔布置的中间阴极电晕线4’的数量为12～36个为佳。
所述的喷淋冲洗系统是由外环形供水管9及间隔设置在外环环形供水管9上的外环喷头8、内环形供水管9’及间隔设置在内环环形供水管9’上的内环喷头8’构成，外环形供水管9、内环环形供水管9’与矿山供水系统相互连接，由球阀控制。
变压器与电源控制开关3调节中心阴极电晕线4与中间阳极粉尘水雾捕集极板6’、中间阳极粉尘水雾捕集极板6’与中间阴极电晕线 4’、中间阴极电晕线4’与阳极粉尘水雾捕集极板6之间的电压，进而调节回风井11内的电场强度。
在中心阴极电晕线4上部的回风井11井口处从中心向四周设置井口电晕线固定刚性拉杆10，在中心阴极电晕线4下部设置拉直铅锤5，并从铅锤5上部向回风井11四周设置回风井内部电晕线固定刚性拉杆10’，所述的井口电晕线固定刚性拉杆10、回风井内部电晕线固定刚性拉杆10’皆为十字交叉设置，十字交叉点与中心阴极电晕线4交接，以确保中心阴极电晕线4垂直布置且不受回风风场影响摆动；所述的中间阳极粉尘水雾捕集极板6’安装在井口电晕线固定刚性拉杆10、回风井内部电晕线固定刚性拉杆10’之间，内环形供水管9’固定并环绕在中间阳极粉尘水雾捕集极板6’上，所述的外环形供水管9固定并安装在井口电晕线固定刚性拉杆10上，中间阴极电晕线4’等间距间隔吊装在外环形供水管9上。在每个中间阴极电晕线4’的下部也设置拉直铅锤5。
内环形供水管9’沿圆周方向均匀布置12个内环喷头8’，外环形供水管9上沿圆周方向均匀布置18个外环喷头8；内环喷头8’与中间阳极粉尘水雾捕集极板6’相交45°向下喷水，相邻的外环喷头8交替与竖向相交45°、315°向下喷水。根据阳极粉尘水雾捕集极板6中间阳极粉尘水雾捕集极板；6’上粉尘的富集程度定期开水进行喷淋，冲洗被捕集的粉尘。
设：中心阴极电晕线4、中间阳极粉尘水雾捕集极板6’、中间阴极电晕线4’、阳极粉尘水雾捕集极板6的上、下端平齐，阳极粉尘水雾捕集极板6的长度为L2；阳极粉尘水雾捕集极板6上端距离回风井11井口需预留足够的长度L1。
为保证带有荷电的粉尘和水蒸气颗粒能够完全附着在阳极粉尘水雾捕集极板6、中间阳极粉尘水雾捕集极板6’上，则应保证L1 具有足够的长度，且L2＞y，取L1＝1.5y，L2＝2y。

Claims (4)

1.一种适于大直径回风井的除雾降尘系统，回风井(11)的直径大于4m；其特征在于它是由直流高压发生系统、静电控制系统、电离降尘除雾系统和喷淋冲洗系统组合构成：所述的直流高压发生系统包含整流器(2)，整流器(2)与矿区外部电源(1)通过电缆连接后设置在回风井(11)外侧的工业场地内；所述的静电控制系统包括变压器与电源控制开关(3)；所述的电离降尘除雾系统包括自上而下竖向垂直布置在回风井(11)的井筒圆心位置的中心阴极电晕线(4)及沿回风井(11)壁面一周布置的绝缘陶瓷砖(7)、沿绝缘陶瓷砖(7)壁面一周布置的阳极粉尘水雾捕集极板(6)，在中心阴极电晕线(4)与阳极粉尘水雾捕集极板(6)之间沿径向等间距环形交替布置中间阳极粉尘水雾捕集极板(6’)、中间阴极电晕线(4’)；变压器与电源控制开关(3)的一端与整流器(2)相连，另一端与中心阴极电晕线(4)、中间阴极电晕线(4’)连接；所述的喷淋冲洗系统是由外环形供水管(9)及间隔设置在外环形供水管(9)上的外环喷头(8)、内环形供水管(9’)及间隔设置在内环形供水管(9’)上的内环喷头(8’)构成，外环形供水管(9)、内环形供水管(9’)与矿山供水系统相互连接，由球阀控制；变压器与电源控制开关(3)调节中心阴极电晕线(4)与中间阳极粉尘水雾捕集极板(6’)、中间阳极粉尘水雾捕集极板(6’)与中间阴极电晕线(4’)、中间阴极电晕线(4’)与阳极粉尘水雾捕集极板(6)之间的电压，进而调节回风井(11)内的电场强度；中心阴极电晕线(4)、中间阳极粉尘水雾捕集极板(6’)、中间阴极电晕线(4’)、阳极粉尘水雾捕集极板(6)的上、下端平齐，阳极粉尘水雾捕集极板(6)的长度为L2；阳极粉尘水雾捕集极板(6)上端距离回风井(11)井口需预留足够的长度L1；带有荷电的粉尘和水蒸气颗粒的质量为m，带电量为q，质量为m、带电量为q的粉尘和水蒸气颗粒从内部直径为D的回风井(11)以速度v0上排进入电压为U的电场中，颗粒在进入电场后其运动为竖向匀速直线运动，水平方向以初速度为零匀加速直线运动的类平抛运动，其附着在阳极粉尘水雾捕集极板(6)、中间阳极粉尘水雾捕集极板(6’)上其沿竖向运动的距离y按照以下公式计算：
Figure FDA0002614953130000021
为保证带有荷电的粉尘和水蒸气颗粒能够完全附着在阳极粉尘水雾捕集极板(6)、中间阳极粉尘水雾捕集极板(6’)上，则应保证L1具有足够的长度，且L2＞y，取L1＝(1.3～1.7)y，L2＝(1.8～2.3)y。
2.如权利要求1所述的一种适于大直径回风井的除雾降尘系统，其特征在于：在中心阴极电晕线(4)上部的回风井(11)井口处从中心向四周设置井口电晕线固定刚性拉杆(10)，在中心阴极电晕线(4)下部设置铅锤(5)，并从铅锤(5)上部向回风井(11)四周设置回风井内部电晕线固定刚性拉杆(10’)，所述的井口电晕线固定刚性拉杆(10)、回风井内部电晕线固定刚性拉杆(10’)皆为十字交叉设置，十字交叉点与中心阴极电晕线(4)交接，以确保中心阴极电晕线(4)垂直布置且不受回风风场影响摆动；所述的中间阳极粉尘水雾捕集极板(6’)安装在井口电晕线固定刚性拉杆(10)、回风井内部电晕线固定刚性拉杆(10’)之间，内环形供水管(9’)固定并环绕在中间阳极粉尘水雾捕集极板(6’)上，所述的外环形供水管(9)固定并安装在井口电晕线固定刚性拉杆(10)上，中间阴极电晕线(4’)等间距间隔吊装在外环形供水管(9)上。
3.如权利要求2所述的一种适于大直径回风井的除雾降尘系统，其特征在于：在每个中间阴极电晕线(4’)的下部也设置铅锤(5)；内环形供水管(9’)沿圆周方向均匀布置9～18个内环喷头(8’)，外环形供水管(9)上沿圆周方向均匀布置12～24个外环喷头(8)；内环喷头(8’)与中间阳极粉尘水雾捕集极板(6’)相交30～60°向下喷水，相邻的外环喷头(8)交替与竖向相交30～60°、300～330°向下喷水。
4.如权利要求1、2或3所述的的适于大直径回风井的除雾降尘系统的设计方法，其特征在于：L1＝1.5y，L2＝2y。
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