本发明涉及一种矿用纳米纤维膜湿式过滤除尘器，属空气过滤领域。
背景技术：
尽管煤矿机械设备的大型化给煤矿企业带来了显著的经济效益，但也带来了新的困扰和问题，其中超细粒径、超高浓度的粉尘严重威胁着工人的身心健康及安全生产。大型煤矿机械产生的粉尘浓度可以大于1000mg/m3，其中粒径小于2.5μm的粉尘可以占到20％以上。
现有煤矿使用的除尘方式主要包括喷雾除尘、泡沫除尘、湿式除尘器和干式除尘器除尘。喷雾除尘和泡沫除尘属于开放式除尘方式，粉尘在开阔的空间中被水滴或泡沫捕集，设备体积小、移动灵活。但是在开阔空间中粉尘的运动容易受到风流的影响，水滴或泡沫与粉尘的接触概率低且不稳定，呈现除尘效率低、效率波动大等问题。湿式除尘器和干式除尘器除尘属于受控区域的粉尘治理技术，具有较高和较稳定的除尘效率，但是存在体积大，在井下有限空间安装内尺寸受限等问题。相比于干式除尘器，在相同处理能力的情况下，湿式除尘器的体积可以仅为干式除尘器体积的1/3，在煤矿井下具有很广泛的应用前景。
现已有关于湿式除尘治理煤矿粉尘设备，山西鼎锐锋机械制造有限责任公司发明了“一种矿用湿式除尘器”(专利号：cn105126521a)，该除尘器直接将水喷到风机叶轮表面，并在叶轮离心力作用下，在叶轮表面形成水膜，捕集粉尘颗粒，但由于水膜表面张力作用，及叶轮在整个圆周分布不连续，导致该除尘器的除尘效率低下。cft股份公司发明了“带有需要降低的能量需求的紧凑式除雾器的湿式洗涤器”(专利号：cn201280017276)，该除尘器的主要过滤部件是由多层不锈钢钢丝或钢包织物叠成波浪状过滤层，具有体积小的特点。该除尘器过滤网孔隙率较大，粉尘容易进入滤网内部，长时间运行或高粘度粉尘容易导致滤网堵塞。除此之外，现有除尘设备处理的是巷道回风，风流中存在一定浓度的瓦斯，当巷道回风流经风机时，对于风机的安全运行存在一定的安全隐患。
因此，针对过滤式湿式除尘器滤网容易堵塞、巷道回风中含有甲烷容易引起安全事故等问题，提出了一种矿用纳米纤维膜湿式过滤除尘器。该除尘器采用超疏水处理后的纳米纤维膜作为过滤膜，利用纳米纤维膜的纳米级孔径实现粉尘的表面过滤，在解决了湿式过滤除尘器滤网容易堵塞问题的同时提高了过滤效率。同时，经过纳米纤维膜消除粉尘后的回风空气，能减少对甲烷吸附剂的污染，保证甲烷吸附剂的活性及吸附力。甲烷吸附剂能有效消除甲烷在流经抽出式通风机时的安全隐患及减少排放至大气中的甲烷。
技术实现要素：
本发明针对现有湿式过滤除尘器滤网容易堵塞的问题，提出了一种基于纳米纤维膜的湿式过滤除尘器。该除尘器采用经过表面超疏水改性后的纳米纤维膜作为主要的过滤元件，利用纳米纤维膜的纳米级孔径将粉尘截留在纳米纤维膜表面，利用雾状水珠高效凝聚纳米纤维膜表面的粉尘，并对纳米纤维膜进行洗涤，实现湿式过滤除尘器的表面过滤功能，解决过滤层堵塞问题，提高除尘器运行稳定性。同时，在纳米纤维膜后设置具有纳米孔洞的甲烷吸附组件进行甲烷吸附，对经过粉尘预处理后的回风风流进行甲烷吸附，消除甲烷对轴流风机安全运行的隐患。
本发明提出的技术方案是，一种矿用纳米纤维膜湿式过滤除尘器，主要包括除尘器壳体、喷雾组件、过滤组件、甲烷吸附装置、轴流风机、支撑腿、压力调节阀、压力表、水压均布腔和污水槽。在除尘器壳体内沿入口至出口方向依次安装有喷雾组件、过滤组件、甲烷吸附装置和轴流风机。喷雾组件与除尘器壳体的底板固定，并通过螺纹依次连接水压均布腔、压力表和压力调节阀。除尘器壳体与轴流风机通过螺栓进行连接。
本发明一种矿用纳米纤维膜湿式过滤除尘器，其中过滤组件包含纳米纤维膜层、基底层和土工格状外框。纳米纤维膜采用疏水性材料制备，采用具有微米尺度突起的模板热压和真空等离子体表面疏水改性等处理。基底层采用无纺布或纺织布填充，加强纳米纤维膜的强度，防止纳米纤维膜被破坏。土工格状外框对纳米纤维膜和基底层进行整体支撑并提高过滤组件的刚度，防止过滤组件变形，土工格状外框可以采用金属材质，也可以采用高强度塑料。
本发明一种矿用纳米纤维膜湿式过滤除尘器，其中喷雾组件有喷雾杆和喷头组成，喷头采用低压喷头，其喷出的雾滴粒径在1μm～10μm之间，喷雾杆内径呈阶梯性变化，保证每一个喷头的喷出压力和流量一致。喷雾组件喷出的水雾能够全面覆盖过滤组件，对被纳米纤维挡住的粉尘进行聚集，形成含尘水滴，并在重力作用流入污水槽中。
本发明一种矿用纳米纤维膜湿式过滤除尘器，其喷雾组件安装平面和过滤组件安装平面平行，与粉尘入流风向的夹角为45°～90°。为保证喷头喷出的水雾需要对过滤组件实现全覆盖，根据过滤组件的面积，沿过滤组件宽度方向安装多组喷雾组件。
本发明一种矿用纳米纤维膜湿式过滤除尘器，其甲烷吸附装置采用具有纳米级孔洞的活性碳及活性碳与石墨烯的复合多孔材料。纳米级孔洞的活性碳可以有效吸附风流中的甲烷，并且除尘器前段的除尘处理可以有效提高甲烷吸附剂的活性和持久性。
本发明一种矿用纳米纤维膜湿式过滤除尘器，利用纳米纤维膜孔径小、孔隙率高的特点，实现了湿式过滤除尘的表面过滤技术，解决了传统湿式过滤除尘器滤网容易堵塞的问题，同时具有过滤效率高、过流通量大的优点。具有微纳米孔洞的甲烷吸附装置可以高效吸附经过除尘脱水处理后的风流中的甲烷，消除传统抽出式除尘器风流中甲烷对风机安全运行的隐患。
附图说明
图1是本发明一种矿用纳米纤维膜湿式过滤除尘器总体结构示意图；
图2是图1所示的喷雾组件示意图；
图3是图1所示的过滤组件示意图。
图中：1-除尘器壳体，2-喷雾组件，3-过滤组件，4-甲烷吸附组件，5-轴流风机，6-支撑腿，7-控制阀，8-压力表，9-水压均布腔，10-污水槽，2.1-喷雾杆，2.2-喷头，3.1-土工格外框，3.2-纳米纤维膜，3.3-基底层。
具体实施方式
本发明提出了一种矿用纳米纤维膜湿式过滤除尘器，如图1所示，包括除尘器壳体1、喷雾组件2、过滤组件3、甲烷吸附装置4、轴流风机5、支撑腿6、压力调节阀7、压力表8、水压均布腔9和污水槽10。除尘器壳体1内，沿入口至出口方向，依次安装有喷雾组件2、过滤组件3、甲烷吸附装置4和轴流风机5。喷雾组件2与除尘器壳体1的底板固定，并通过螺纹依次连接水压均布腔6、压力表8和压力调节阀7。除尘器壳体1和轴流风机5固定在支撑腿6上。
喷雾组件2由喷雾杆2.1和安装在喷雾杆2.1上的喷头2.2组成，如图2所示。
过滤组件3由土工格状外框3.1包覆纳米纤维膜3.2和基底层3.3，如图3所示。纳米纤维膜层3.2和基底层3.3采用粘合剂黏合。
如图1所示，除尘过程如下：调节压力调节阀7，通过观察压力表8，保证高压给水压力满足要求。高压给水通过水压均布腔9等压力送入各个喷雾杆2.1，然后从喷头2.2以雾状形态喷出。开启轴流风机5，在负压的作用下，环境中的含尘空气进入除尘器壳体1。含尘空气首先与喷头2.2喷出的雾状水珠结合，粒径较大的粉尘被水珠捕获，凝聚以后在重力的作用下落入污水槽10内。小粒径粉尘和未被捕集的粉尘随风流运动到过滤组件3的表面，被纳米纤维膜3.2微小孔径阻隔在纳米纤维膜3.2的表面，然后被喷头2.2喷出的水雾捕获，沿纳米纤维膜3.2流入污水槽10，或直接滴入污水槽10内。净化的空气通过基底层3.3流出过滤组件3，然后进入甲烷吸附装置4中，空气中的甲烷被纳米级孔洞的甲烷吸附剂吸收。最后，空气通过轴流风机5流入大气环境中。