基于磁化水的喷雾降尘实验研究

孙 星

(阳泉煤业集团有限责任公司 五矿，山西 阳泉 045000)

多年来，粉尘问题一直困扰着许多与粉尘直接接触的行业，它不仅影响的人员数量大，而且对人体健康伤害严重，其中最严重的是尘肺病。在目前的防尘工作中，现有的喷雾降尘的确起到了一定的作用，但是降尘效果很不理想，需要进一步提高降尘效率。由此，提出了磁化水雾降尘技术，是在已有的喷雾降尘基础上进行改进的湿式降尘方法，具有结构简单、易维护、运行费用低、使用效果好等特点。

1 磁化水降尘机理及分析

1.1 磁化水的特性

自来水经磁场的处理后，它的理化特性会发生变化，如水的硬度会提高，然后再变软；水的导电率和粘度也都会降低；开始改变水的结构，而且会使水的复杂长键转化成短键，使水的氢键发生弯曲，使水的化学键夹角发生改变等。最主要的是与降尘机理有关的主要因素润湿性、粘度及渗透能力、表面张力和水结构都会发生暂时的变化。

1) 表面张力。25 ℃时水的表面张力约为71.18 mN/m，这时进行喷雾的话，它不容易破碎，雾化的水雾粒径比较大。大量的研究表明：水经磁化处理后，在一定程度上能够减小水的表面张力[1-3]，找到一个让水的表面张力为最小值的磁场强度，使其水雾效果最好。

2) 粘度。影响喷雾效果的一个主要因素是水的粘度，体现在粘度小的水喷出的雾粒小，雾粒分布均匀；粘度大的水喷出的雾粒大，雾粒分布不均匀。经过多次实验研究，结果发现在磁化处理后水的粘度系数将会逐渐下降[4-5]。

3) 润湿性。润湿性反映的是水对粉尘的浸润性能，就是通过粉尘在水中的润湿所需时间进行比较[6]。对于同一种液体来说，不同粉尘的润湿速度是不同的，一般情况下，粉尘完全沉降的时间短，就说明该液体的润湿性比较好；粉尘完全沉降的时间较长，就说明该液体的润湿性比较差。

1.2 磁化水对雾化性能的影响

水在通过磁场后，它的粘度、表面张力等特性参数会降低，这些水的特性改变改善了水的雾化性能，磁水的雾化效果越好，则水雾与尘粒接触的几率就会越大，接触的机会越多，它的捕尘效果就越好，相对而言就是除尘效率越高[7]。

1.3 磁化水降尘机理

在普通的水中添加表面活性剂形成溶液，经过磁化管路将表面活性剂溶液进行磁化，最后经提高压力后输送到工作场所进行降尘。因表面活性剂能够降低溶液的表面张力[8]，而磁化后的溶液能够减小液滴的接触角，两者都能使溶液的捕尘能力提高，从而提高降尘效果[9]，同时将该装置进行智能化设计，可根据粉尘浓度实现自动调节表面活性剂与水的配比，从而更稳定和高效地进行除尘。

2 对比实验及结果分析

2.1 实验流程

用常水和磁化水两种水分别进行降尘实验，分析降尘效率。设定实验水流量分别为10 L/min、15 L/min、20 L/min、喷水降尘的时间为70 s、所用的粉尘为煤粉、粉尘浓度为10 mg/m3。

实验仪器：智能磁化细水雾降尘装置，激光粉尘检测仪，产尘器和扬尘器，空气压缩机。

实验步骤：取一定量的煤粉，放入产尘器漏斗中让其自由下落，打开扬尘器往实验室里吹粉尘，用粉尘检测仪检测实验室里的粉尘达到设定浓度时，减少产尘的量，以维持粉尘浓度的稳定，打开水箱阀门，智能磁化细水雾降尘装置的喷头开始喷水，产生水雾，记录数据，则到停止实验。将实验的常水换成磁化水后，重复上述步骤。实验完毕。

2.2 常水与磁化水喷雾降尘效果实验分析

实验所得磁化水与常水降尘效果对比曲线，见图1。

图1 常水与磁化水降尘效果对比

由图1可以看出：除个别点以外，两条曲线的整体趋势先是快速下降，再是缓慢下降并逐渐趋于稳定。这是由于粉尘浓度在逐渐减少，意味着粉尘不断减少，水分子捕获到粉尘的概率也在减少；当粉尘浓度少到一定时，水分子会捕获不到粉尘，或者说捕获到的粉尘非常少，几乎可以忽略。

在相同的水流量情况下，磁化水的实时浓度曲线要比常水的实时浓度曲线低，说明磁化水的除尘效果要比常水的除尘效果好，由公式(1)计算除尘效率。

(1)

式中：η为除尘效率；c1为初始粉尘浓度；c2为采用降尘措施后的粉尘浓度。

常水的除尘效率为：

磁化水的除尘效率为：

在除尘效率上，磁化水比常水的除尘效率高87.2-73.3=13.9%，因此，磁化水雾能够有效提高除尘效率。

2.3 不同水流量对除尘效率的影响

不同水流量磁化水降尘的实验结果如图2所示。

图2 不同水流量降尘对比

从图2可以看出，在其他实验条件都相同的情况下，随着水流量的加大，降尘的效果明显。原因是随着水流量的增大，流经喷头的水流速度也随之增大，雾化后的雾滴也会增多，这就加大了水滴与粉尘接触的机率，从而使得降尘效果也更明显。

由公式(1)分别计算出：磁化水流量为10 L/min时，最后的粉尘浓度为2.05 mg/m3，除尘效率是79.5%；磁化水流量为15 L/min时，最后的粉尘浓度为1.74 mg/m3，除尘效率是82.6%；磁化水流量为20 L/min时，最后的粉尘浓度为1.28 mg/m3，除尘效率是87.2%。这说明：磁化水雾在一定的流量范围内，随着水流量的加大，除尘效率将会得到一定的提高。

2.4 磁化水对不同种类粉尘的降尘效果分析

为了得出磁化水对不同粉尘的降尘效果，分别选用两种不同的粉尘来进行除尘效率的实验分析，所用的粉尘为煤粉和岩粉，实验所得的数据曲线见图3。

图3 煤粉与岩粉降尘效果对比

从图3可以看出，在其他实验条件相同的情况下，当采取磁化水雾进行降尘时，粉尘实时浓度明显下降，说明磁化水雾对以上两种粉尘都具有明显的除尘效果。

由公式(1)分别可以算出：煤粉的除尘效率为87.2%，岩粉的除尘效率为95%。这说明：磁化水雾对岩粉的除尘效果要比煤粉的除尘效果好，同时对于不同的粉尘有着不同的除尘效果。

3 结 语

通过实验的方法得出了磁化水雾的除尘效率要比常水高，而且在一定的水流量范围内可以通过增大水流量的方法来提高除尘效率，同时，粉尘不同除尘效果不同。