干式打钻除尘装置设计与研究.docx

干式打钻除尘装置设计与研究【摘要】打钻是瓦斯抽采的前提。打钻常常使用湿式打钻方法但由于受到条件约束有时使用干式打钻因此需要安装除尘装置。本研究提出干式打钻除尘装置并通过研究分析验证了干式除尘装置的可行性。【关键词】钻孔；干式打钻；除尘装置；数值模拟1、除尘装置结构与原理瓦斯抽采是当前在煤矿治理瓦斯灾害的重要方法。瓦斯抽采要以钻孔为前提打钻常常使用湿式打钻方法但由于受到条件约束有时使用干式打钻因此需要安装除尘装置。本研究提出干式除尘装置-滤布式重力沉降室除尘装置。图1所示为滤布式重力沉降室原理图滤布式重力沉降室在孔口安装一个箱体箱体可以是柔性箱体也可以是带网孔的刚性箱体。如果是柔性箱体那么柔性箱体由抗静电除尘布制作；如果是带网孔的刚性箱体那么箱体内衬垫抗静电除尘布。抗静电除尘布有很强的透气性箱体下部有一个开放的煤渣下落口煤渣下落口与抗静电布筒连接布筒可以卷边使布筒的长度具有可调性布筒的下出口直接与巷道底板接触。钻孔时将煤岩渣和矿尘混合物排出。混合物进入沉降室一方面较大颗粒的煤渣由于自身重力作用向下沉降较小的煤尘受到气流的作用向四周扩散气流绕过滤布纤维向外排出煤尘与滤布纤维碰撞被捕获。另外为便于某些使用高压风流排渣打钻所以在滤布式重力沉降室上部设置一个小出口可以将高压风流引至其他水雾除尘装置进行处理。滤布式重力沉降室是利用滤布出风不出尘的功能进行除尘。图2所示为滤布式重力沉降室装配图2、颗粒单元除尘机理滤布式重力沉降室滤布除尘机理可看作为颗粒除尘机理其机理是：含尘气体进入除尘装置后矿尘通过与水滴和过滤球之间的某些作用被消除。我们把水滴和过滤球看作球形颗粒单元其除尘原理相似。含尘气体经过球形颗粒单元时由于气体绕流作用气体会改变方向绕过颗粒单元向前流动而矿尘由于惯性、截留、布朗运动以及重力等作用不能或难以偏离原来的运动方向从而撞在球形颗粒单元上被捕集如图3所示为球形颗粒单元的除尘原理图。图3颗粒单元除尘机理3、滤布式重力沉降室除尘装置模拟分析煤尘在滤布式沉降室内部进行分离通过FLUENT软件模拟分析沉降室内部流体流动情况。FLUENT是一个模拟流体运动的软件网格具有灵活性可以支持多种网格可以随意使用使用不同网格来划分复杂的区域可以模拟梯度较大的流场它具有不同的计算模型采用离散数值方法可以求解较复杂的流体流动。FLUENT处理多相流体的模型有Euler模型、Mixture模型、和VOF模型Euler模型可以模拟多相流动。本研究属于气固两相流体因此采用Euler模型。气固两相流常采用k-e方程进行计算。3.1模型建立图4模型图建立模型如图4所示。3.2模型说明①为便于分析将钻杆忽略并把沉降室轴向外端口和底部设计封闭；②在建模时把流道空间以外的部分认为是理想的绝热墙不考虑热交换以及与壁面的能量交换；③在使用GAMBIT建模时因为考虑过滤布的建模困难所以利用GAMBIT里的多空介质模型进行建模把过滤布认为是均匀多孔介质并简化滤布；④含尘气流在沉降室内属于气固两相流流速较低视为不可压缩流；⑤边界条件：上端出口表压为大气压另外煤尘颗粒直径设为0.02mm密度为1400体积分数为5%风速4m/s。⑥因此在使用fluent模拟时采用湍流模型设置各个参数该模拟采用Euler模型、k-e方程进行模拟。3.3模拟结果分析图5、图6模拟得到煤尘的速度矢量图和速度云图验证了滤布式沉降室的流体运动过程并由此可知：（1）煤尘颗粒进入滤布式沉降室后大部分煤尘会往下沉降部分煤尘处于悬浮状态。（下转）（上接）（2）较大直径的煤尘进入滤布式沉降室后在自身重力的作用下克服了气体的升力作用会往下降落部分小直径质量轻的煤尘克服不了上升力作用会在往上飘出或处于悬浮状态。以上模拟验证了沉降室的流体运动过程验证了大部分粉尘会往下降落部分粉尘处于悬浮状态或下降只有小部分会从上出口飘出。4、滤布式重力沉降室工业性试验本滤布式重力沉降室曾在山西阳煤集团多个矿井进行了工业性试验取得了较好的效果后经引用至贵州安强煤矿进行工业性试验。试验通过使用CCX1000型直读式测尘仪测试含尘气流进入滤布式重力沉降室的前后矿尘浓度比较得到以下数据。从表1中可以看到含尘气流未经过滤布式重力沉降室前的矿尘平均浓度为370mg/m3经过滤布式重力沉降室后的平均浓度为23.1mg/m3除尘率约为93.7%。测试结果说明了安装滤布式重力沉降室