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煤矿粉尘PM值监测智能喷雾装置研究

作者:奥工喷雾来源:奥工总经办 浏览次数: 日期:2013年7月24日 14:29

在煤矿的生产作业过程中,如机采、综采、炮采、回采、锚喷、装运、选煤等工序,均可产生大量的粉尘,随着大功率采掘机械及综采放顶煤开采工艺的广泛采用,煤尘产生量大幅度增加,煤尘浓度也随之升高,工人长期在高煤尘浓度的环境中作业,吸入呼吸性煤尘可引起尘肺,严重危害着煤矿工人的身体健康。许厂煤矿针对产尘量大的现状,采取了大量的防尘措施,效果却不是很理想,依据2006年《粉尘测定记录台帐》显示:全尘浓度与呼尘浓度经常超标的作业地点为:综采工作面与综掘工作面,具体工序为:采煤机割煤、移架,综掘机割煤;综采工作面粉尘浓度大约92~150mg/m3,综掘工作面产尘浓度大约76~168mg/m3。系统中的GCG500型粉尘浓度传感器是采用光散射原理直接测量总粉尘浓度,测定数据就地显示;同时输出与KJ76矿井安全监测系统相适应的频率信号,供监测系统进行地面监测;通过在监测系统中设置粉尘浓度报警值和断电值,当粉尘浓度超过设定值时,自动报警,这时控制箱控制电磁阀的打开与关闭,实现喷雾的自动控制,降低巷道内的粉尘浓度,改善工作环境,从而达到粉尘浓度的在线监测监控。

1.2.1 粉尘浓度传感器

   本项目使用的GCG500型粉尘浓度传感器,采用光散射原理直接测量总粉尘浓度,主要由光源、光电转换器、粉尘测量系统、抽气系统、粉尘过滤器和控制电路组成。该传感器固定安装在作业场所,测定数据就地显示,同时输出与矿井安全监测系统相适应的频率、电流信号(两种信号任选一种),供监测系统处理。特点:测量快速准确、灵敏度高、性能稳定、粉尘散射比例系数可设定、直接显示粉尘质量浓度。工作原理:含尘气流在薄膜泵的作用下,通过淘析型吸尘口进入光散射检测暗室,激光光源照射含尘气流,探测器探测粉尘的散射光强,散射角90℃,在粉尘性质一定的条件下,粉尘的散射光强度正比于粉尘浓度。

C=K·I(2)

式中 C———粉尘浓度,mg/m3;

    I———激光光强;

    K———光散射比例系数。

1.2.2 AOOPO喷雾系统

   智能喷雾降尘系统主要由AOOPO气水喷雾器、DFH20/7集控箱和连接水管和气管组成。该喷雾系统综合各种喷雾原理和喷雾装置的优点,结合气水混合雾化技术而设计的。气水喷雾器是由多个喷嘴组成的组合式喷雾装置,该种喷雾器是依据雾化降尘机理和气水混合雾化理论而设计的。为了适应不同巷道的断面情况,本项目设计的气水喷雾器由3个喷嘴组合而成,喷雾方向可以根据需要调节,喷嘴内采用特殊的气水混合雾化结构,通过调节气水比,使每个喷嘴的雾粒粒度分布可以根据尘源点的粉尘粒度分布情况进行调节,以达到最佳降尘效果。

   (1)集控箱。集控箱主要由电动球阀、手动阀和过滤器组成。电动球阀是由球体旋转而控制水路或气路开闭的电动阀门,它由数字逻辑控制电路、方向控制电路、电流采样控制电路和工作状态指示电路等组成。当粉尘浓度超过设定的限值时,传感器输出的控制信号被电动球阀接收,由电流采样控制电路检测球阀的工作位置,控制球阀的开启与关闭。电动球阀的工作状态由指示灯指示。集控箱上手动球阀的作用是调节供给喷雾系统的气水比,控制喷雾雾粒的粒度分布范围,提高喷雾的降尘效率。集控箱上的过滤器过滤供给喷嘴的水流,保护喷嘴不被堵塞。

   (2)控制箱。KXJ1-127/36型控制箱用于煤矿(或其它矿山)井下控制电磁阀或电动球阀等,采用集成电路,选频放大,内装一套集成化的电路板,由振荡器及数字电路和继电器等组成。当传感器产生的信号输入到控制箱时,控制箱内的主控电路通过继电器控制防爆电磁阀打开或关闭。

   控制箱的主要技术参数:电源电127VAC/36VAC。

   控制距离≥5m。

   接入的127V或36V交流电源经变压器降至34V,34交流经整流变为直流,接入继电器的输入端,继电器输出端接电动球阀,分站控制控制继电器的通断,当粉尘浓度超限时,系统主机给分站信号,分站做出相应动作,通过控制电动球阀的通断控制QS喷雾系统。

1.3 系统在工作面的布置

粉尘浓度在线监测及智能喷雾降尘系统在工作面布置如图2所示,GCG500型粉尘浓度传感器安装在距工作面20~50m处,用绳索固定在巷道顶上,进气口迎着风流方向,并保持固定。AOOPO水幕安装在传感器的后面10m处,连接水路和气路,并分别安装好电动球阀,用信号电缆将粉尘传感器连接到监控系统,同时按要求连接好控制电缆。

针对现状,许厂煤矿急需采用新的防尘技术与装备对主要尘源加强控制,因此进行了煤矿粉尘在线监测和智能喷雾降尘系统技术研究,不仅对煤矿各尘源点的粉尘浓度进行实时监测,还可用于粉尘浓度传感器智能化控制控制喷雾,对加强煤矿劳动保护,提高全国煤矿粉尘防治技术和管理具有重要意义。该系统是依托许厂煤矿现有的KJ76安全监控系统,由GCG500型粉尘浓度传感器、KXJ1-127/36型控制箱、电动球阀和AOOPO气水喷雾器组成。根据许厂矿实际情况,分别在43044307综采工作面和4303综掘工作面布置一套该系统,对这些作业地点的尘浓度进行在线监测,并控制该地点的粉尘浓度不超过50mg/m3,当粉尘浓度超50mg/m3时,QS气水喷雾系统将自动启动,降低该作业地点的粉尘,一旦粉尘浓度低于10mg/m3时,停止喷雾。

1 智能喷雾降尘设计与组成

1.1 智能喷雾降尘设计依据由水雾降尘性能参数:雾粒分散度、雾粒运动速度、雾流几何形状与压力的关系,可知压力与雾体的降尘性能有很大的关系,压力越大雾粒越小,速度越快,雾流体积越大。根据截获的降尘机理和凝集扩散及其他机理得出粉尘直径和雾粒直径之间最佳的对应关系可依据下式:

d0=d1·ρv/(18η·μ)                   (1)

式中 d1———现场占比例最大的粉尘的直径;

     ρ———粉尘密度;

     v———气流速度;

     η———空气粘度系数;

     μ———水的粘度;

     d0———最佳的雾粒直径。

   粉尘呈对数正态分布,雾滴直径呈正态分布。如果测量出现场的粉尘直径,及粉尘密度,可由此公式确定最佳的雾粒直径。

   由降尘机理知雾粒直径是影响降尘效果的主要因素,水滴小在空气中分布的密度就大,与矿尘的接触机会就多,捕尘效果越好。但如果水滴直径太小,与尘粒接触,尘粒的重量增加不大,难以在空气中沉降下来,同时水分也被风流带走和蒸发,不利捕尘。根据经验及测定,初步确定最佳雾粒的直径在50~150μm之间。通过方案比较和实验室测试,本项目选择风水雾化喷嘴实现最佳捕尘雾粒粒径。

1.2 粉尘浓度在线监测及智能喷雾降尘系统组成

   粉尘浓度在线监测及智能喷雾降尘系统由矿井安全监测系统、GCG500型粉尘浓度传感器、控制箱、电动球阀组成。系统示意图如图1所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

2 喷雾降尘系统喷雾雾粒粒径范围及降尘效果

   喷雾降尘系统的雾粒粒径分布对系统的降尘效率影响极大,为此,在喷雾降尘系统组装完成后,在实验系统内用马尔文雾粒粒度测试仪器对几种气水比条件下的智能喷雾降尘系统喷雾雾粒粒径范围进行了测试,测试结果表明单个喷嘴的雾粒粒径可以从20~150μm可调,同一压力(1MPa)下不同气水比的雾粒粒度分布范围见表1。另外,对同一煤尘不同气水比的喷雾降尘效率测试:喷雾降尘系统通过测试窗口布置在风硐内,用测尘仪在喷雾幕前后进行粉尘浓度的测量,从而考查喷雾降尘系统的降尘效率,具体测试结果见表1。

  从表1测试结果可以看出,喷雾降尘系统的喷雾雾粒粒径越接近所要捕集尘颗粒粒径的中位径,降尘效率越高。

3 粉尘浓度超限时自动喷雾降尘的可靠性

   粉尘浓度在线监测与智能喷雾降尘系统在实验室进行了20d可靠性实验,从监视系统的监视情况看,没有产生一次误动作,进一步的可靠性考查还需要在现场应用中进行。智能喷雾降尘系统通过调节气水比可以使降尘效率大于30%,能够实现粉尘浓度的准确监测和粉尘浓度超限时的自动喷雾。

3.1 系统稳定性

粉尘在线监测监控系统稳定性试验选择在地面没有粉尘的状况下进行,首先将系统仪器设备在地面进行联机测试,通过分站与KJ76矿井安全监测系统相连,由系统主机自动记录数据,同时与粉尘超限自动喷雾装置相联结,经过3d的运行观测,粉尘浓度设限值设置到50mg/m3,将传感器粉尘浓度值调节到50mg/m3时,报警系统报警正常,同时电动球阀迅速打开,可实现自动喷雾,粉尘浓度值恢复到<50mg/m3时,电动球阀闭合停止喷雾。经过3d的观测,粉尘浓度在线监测系统运行正常,粉尘浓度传感器测试数据见表2。

 

 

 

 

 

  

 

3.2 水雾自动控制

   水雾自动控制是在实现粉尘浓度连续监测的基础上一大创新点,它能实现自动控制降尘装置,很大程度上满足了矿上对除尘方面的要求,在矿上取得了的一致好评。根据现场情况及前面测出的多组数据,在KJ76系统主机上设置启动喷雾浓度值为30mg/m3、关闭喷雾浓度值为10mg/m3,也就是说当粉尘传感器监测浓度超过30mg/m3时,电动球阀打开,开始喷雾,当监测到的粉尘浓度低于10mg/m3时,电动球阀关闭,停止喷雾。到井下观察并做好记录,记录曲线如图3。

 

 

 

 

 

 

 

 从图3中可以看出,用粉尘浓度传感器控制喷雾,动作灵敏、可靠,喷雾打开和关闭完全实现了智能化控制,减少了无效喷雾,大大节约了水资源。

3.3 喷雾效果测试

  用粉尘采样器分别测定水幕前后的粉尘浓度,测定QS喷雾系统的降尘效果,具体数据见表3。从

表3可以看出,该系统降尘效果明显。

4 结 论

(1)该降尘技术实现了粉尘在线监测和超限自图3 10月15-28日粉尘传感器监测曲线动喷雾两大功能,使喷雾与粉尘大小有机的结合起来,实现智能化喷雾,降低粉尘浓度,避免煤尘爆炸,预防矿工尘肺病,在国内属首创。

(2)通过设置智能系统的粉尘浓度报警值和上限控制值,控制防尘设施,在有效降低粉尘浓度的同时,实现了防尘设施的经济运行,另外也可进一步通过各类执行机构控制其它各种除尘设备,从而大大降低工人的劳动强度,节约人力、物力,防止水资源浪费,降低巷道内的粉尘沉积强度,降低作业环境的粉尘浓度,改善作业环境的工作条件。

(3)AOOPO喷雾系统采用气水喷雾器,大大提高了喷嘴的雾化效果,使雾粒粒度可以控制,可根据现场情况进行调节,系统并采用电动球阀代替现在常用的电磁阀,效果很好,解决了电磁阀易堵塞的问题。

 

所属类别: 喷雾设备应用

该资讯的关键词为:煤矿抑尘  PM监测  智能控制喷雾  智能系统  环境治理 

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