智能高压微雾降尘系统及降尘方法
【专利摘要】本发明涉及一种智能高压微雾降尘系统及降尘方法。该系统包括主控板及与该主控板连接的粉尘浓度传感器、爆破冲击传感器、时间传感器、人工交互单元、高压微雾降尘单元；所述粉尘浓度传感器用于检测工作现场粉尘浓度，所述爆破冲击传感器用于检测空气冲击波，所述时间传感器进行计时，所述高压微雾降尘单元实现微雾的产生及喷雾除尘功能；所述高压微雾降尘单元包括沿水流流向依次连接的进水管、过滤器、高压泵、高压水管、微雾喷头，从进水管进入的中水经过过滤器过滤后，经高压泵增压增压，并经由高压水管输送到使用现场，再经微雾喷头产生纳米级的微雾，进行降尘作业。本发明自动化程度高，通过振动、粉尘及定时检测方式及高压微雾降尘单元的结合实现了现场的微雾降尘。
【专利说明】
智能高压微雾降尘系统及降尘方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种智能高压微雾降尘系统及降尘方法。
【背景技术】
[0002]能够较长时间以浮游状态存在于空气中的固体微粒叫做粉尘。飘尘系指大气中粒径小于ΙΟμπι的固体微粒，它能较长期地在大气中漂浮，有时也称为浮游粉尘。也被称为可吸入颗粒物，英文缩写为ΡΜ10。可吸入粉尘对人体健康的破坏性影响非常的大，飘逸在大气中的粉尘往往含有许多有毒成分，如铬，锰，镉，铅，汞，砷等。当人体吸入粉尘后，小于5μπι的微粒，极易深入肺部，引起中毒性肺炎或矽肺，有时还会引起肺癌。沉积在肺部的污染物一旦被溶解，就会直接侵入血液，引起血液中毒，未被溶解的污染物，也可能被细胞所吸收，导致细胞结构的破坏。同时炮烟Sx0Y、Nx0Y也可被人体直接吸收，不但破坏人体呼吸系统而且形成的酸性溶液容易腐蚀设备，造成设备寿命缩短。因此矿山企业对粉尘进行有效控制是非常必要也是必须达到的安全生产指标。《粉尘危害分级监察规定》，要求企业、事业单位应将m、IV级粉尘危害列为粉尘治理重点。各级劳动行政部门应将m、IV级粉尘危害列为职业卫生监察工作重点。经分级检测，粉尘危害达到IV级的，必须在一年内消除，否则，劳动行政部门有权责令停产。而且各地劳动行政部门和企业主管部门应将企业粉尘危害状况作为企业升级的重要参考指标，有Π级粉尘危害的，不应升入国家二级以上企业。
[0003]企业现有粉尘防治的喷淋技术措施未能起到较好的作用，其主要原因是现有雾滴的颗粒粒径是粉尘粒径几百甚至一千倍以上，雾滴数量远远小于粉尘颗粒的数量因此二者之间碰撞的几率非常小。从而不能导致粉尘自重增加从而沉降。而本系统中雾滴颗粒在微米级，其粒度和可吸入颗粒物的粒径是一致的，因此二者之间碰撞的几率很高，能大大提高了降尘效果。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种智能高压微雾降尘系统及降尘方法，该系统自动化程度高，通过振动、粉尘及定时检测方式及高压微雾降尘单元的结合实现了现场的微雾降尘。
[0005]为实现上述目的，本发明的技术方案是:一种智能高压微雾降尘系统，包括主控板及与该主控板连接的粉尘浓度传感器、爆破冲击传感器、时间传感器、人工交互单元、高压微雾降尘单元;所述粉尘浓度传感器用于检测工作现场粉尘浓度，所述爆破冲击传感器用于检测空气冲击波，所述时间传感器进行计时，所述高压微雾降尘单元实现微雾的产生及喷雾除尘功能。
[0006]在本发明一实施例中，所述高压微雾降尘单元包括沿水流流向依次连接的进水管、过滤器、高压栗、高压水管、微雾喷头，从进水管进入的中水经过过滤器过滤后，经高压栗增压增压，并经由高压水管输送到使用现场，再经微雾喷头产生纳米级的微雾，进行降尘作业。
[0007]在本发明一实施例中，所述高压栗经一三相电机连接至所述主控板。
[0008]在本发明一实施例中，还包括与所述主控板连接的水位传感器、喷嘴压力传感器，所述水位传感器用于检测为进水管供水的水箱的水位，所述喷嘴压力传感器用于检测高压水管的压力。
[0009]在本发明一实施例中，所述进水管处还设置有用于检测及显示进水压力的进水压力表，所述高压水管还设置有用于检测及显示出水压力的出水压力表。
[0010]在本发明一实施例中，所述过滤器为过滤海绵，以除去进水管进水中的小颗粒杂质。
[0011]在本发明一实施例中，所述爆破冲击传感器为振动传感器或声波传感器，所述时间传感器为定时器。
[0012]在本发明一实施例中，所述人工交互单元包括液晶显示器及按键;所述液晶显示器为液晶触摸显示屏。
[0013]本发明还提供了一种基于上述所述智能高压微雾降尘系统的降尘方法，包括如下步骤，
S1:开启系统，通过人工交互单元进行系统参数的设置，包括对时间传感器计时的预定时间、粉尘浓度阈值；
S2:启动时间传感器开始计时，同时启动粉尘浓度传感器、爆破冲击传感器分别进行工作现场粉尘浓度、空气冲击波检测；
S3:若满足计时时间达到预定时间、粉尘浓度传感器检测到的工作现场粉尘浓度大于粉尘浓度阈值或爆破冲击传感器检测到空气冲击波的其中一个条件，则启动高压栗从水箱抽水，水流经过滤器、高压栗流至高压水管，并通过微雾喷头产生纳米级的微雾，进行降尘作业。
[0014]在本发明一实施例中，所述步骤S3之前还需通过水位传感器、喷嘴压力传感器实时检测的水箱的水位、高压水管的压力。
[0015]相较于现有技术，本发明具有以下有益效果:
1、自动化程度高，可以通过声波感应器、粉尘浓度感应器和定时装置多种方式进行控制系统；
2、喷雾速度快，覆盖面广，附着力好、可以形成相对密闭的空间，进一步减少粉尘颗粒的扩散；
3、水滴颗粒细小，达到微米级、与飘起的粉尘颗粒接触时，形成一种潮湿雾状体，能快速抑制降尘；
4、水滴颗粒细小、对物体有较强的穿透力和药液附着力、药剂利用率高、污染小;特别适合矿下抑尘剂及其他药剂的高效喷洒，有效地节约用水量和减少环境污染；
5、机身重量轻，结构更合理，占用空间更少；
6、使用周期长，一次安装，可长时间使用(维护周期为2到4个月)。
【附图说明】
[0016]图1为本发明系统原理框图。
[0017]图2是本发明电器控制电路图。
[0018]图3是本发明高压微雾降尘单元水流控制流程图。
[0019]图4是本发明高压微雾降尘单元水流流向示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
[0021]如图1-4所示，本发明的一种智能高压微雾降尘系统，包括主控板及与该主控板连接的粉尘浓度传感器、爆破冲击传感器、时间传感器、人工交互单元、高压微雾降尘单元;所述粉尘浓度传感器用于检测工作现场粉尘浓度，所述爆破冲击传感器用于检测空气冲击波，所述时间传感器进行计时，所述高压微雾降尘单元实现微雾的产生及喷雾除尘功能。所述高压微雾降尘单元包括沿水流流向依次连接的进水管、过滤器、高压栗、高压水管、微雾喷头，从进水管进入的中水经过过滤器过滤后，经高压栗增压增压，并经由高压水管输送到使用现场，再经微雾喷头产生纳米级的微雾，进行降尘作业。
[0022]所述高压栗经一三相电机连接至所述主控板。还包括与所述主控板连接的水位传感器、喷嘴压力传感器，所述水位传感器用于检测为进水管供水的水箱的水位，所述喷嘴压力传感器用于检测高压水管的压力。所述进水管处还设置有用于检测及显示进水压力的进水压力表，所述高压水管还设置有用于检测及显示出水压力的出水压力表。
[0023]所述过滤器为过滤海绵，以除去进水管进水中的小颗粒杂质。
[0024]所述爆破冲击传感器为振动传感器或声波传感器，所述时间传感器为定时器。
[0025]所述人工交互单元包括液晶显示器及按键;所述液晶显示器为液晶触摸显示屏。
[0026]本发明还提供了一种基于上述所述智能高压微雾降尘系统的降尘方法，包括如下步骤，
S1:开启系统，通过人工交互单元进行系统参数的设置，包括对时间传感器计时的预定时间、粉尘浓度阈值；
S2:启动时间传感器开始计时，同时启动粉尘浓度传感器、爆破冲击传感器分别进行工作现场粉尘浓度、空气冲击波检测；
S3:若满足计时时间达到预定时间、粉尘浓度传感器检测到的工作现场粉尘浓度大于粉尘浓度阈值或爆破冲击传感器检测到空气冲击波的其中一个条件，则启动高压栗从水箱抽水，水流经过滤器、高压栗流至高压水管，并通过微雾喷头产生纳米级的微雾，进行降尘作业。
[0027]在本发明一实施例中，所述步骤S3之前还需通过水位传感器、喷嘴压力传感器实时检测的水箱的水位、高压水管的压力。
[0028]以下通过具体实施例讲述本发明技术方案。
[0029]智能高压微雾降尘系统，如图1所示，可以看出本发明的智能高压微雾降尘系统，有三种方式可以自动启动喷雾，无需人为干预:(I)有粉尘浓度传感器检测到工作现场粉尘浓度超标；(2 )爆破冲击传感器检测到冲击波；(3)定时时间到(矿山爆破时间基本是固定的)，启动喷雾。它们分别对应三种使用情况。同时该系统也可以设置为满足两个或者三个条件再启动喷雾，减少无关因素干扰，具体主要包括以下两个部分:
一、电器控制
电器部控制部分分采用传感器自动控制，具体见图2。结合图2，采用爆破振动，粉尘浓度和时间作为整个系统的启动触发符合实际需要。控制器使用220V电压作为电源，主电路使用380V电压。在控制面板，可以通过设置启动和结束时间，振动强度和粉尘浓度来实现该系统能够适应多种情况的喷雾除尘。在设计主要考虑了该系统能够实现无人值守的情况下，依然能安全稳定的工作，故采用的多种传感器作为触发系统启动工作的因素。三种传感器使用“或”型连接，只需要有一个条件满足，即可接通主电路。后期可根据需要再接入过压保护，防止发生因水管堵塞造成的电机烧毁的情况。工作流程如下:设定时间传感器启动或者结束时间，振动强度的临界值和粉尘浓度临界值，当有一个满足条件是，由主控制器控制启动主电路，启动380V电闸，系统开始喷雾。通过一定时间喷雾后，实际的条件不在满住时，即不在喷雾时间段内，没有超过振动临界值的振动和超标的粉尘，主控制器切断电源，停止喷雾。
[0030] 二、机械部分
机械部分设计如图3、4所示，由进水管，进水压力表，过滤器，高压栗，三相电机，高压水管高压压力表，微雾喷头组成。
[0031 ]在该部分主要是水运用。从进水管进入的中水经过过滤器过滤，除去小颗粒杂质，防止堵塞微雾喷头，经高压栗增压增加到8-10个大气压。由高压水管输送到使用现场，再经微雾喷头产生纳米级的微雾，进行降尘作业。
[0032]机械部分设计时考虑的主要问题:
1、产生纳米级的微雾数量要足够多，有效吸收；
2、对中水进行多次过滤，防止堵塞微雾喷头；
3、防止水进去电机等用电设备。
[0033]三、理论设计计算⑴
当雾滴与粉尘颗粒相遇时，粒径小的颗粒本身惯性作用小，这样它们可以改变运行方向随着气体流向绕过雾滴而不与其发生碰撞;而粒径大、密度大的粉尘颗粒本身惯性作用大，如此当遇到雾滴时不能随气体流向而改变自身运行方向，最终导致与雾滴发生碰撞而被捕捉。这种方式的捕尘效率与粉尘粒径大小成正比，与雾滴粒径大小成反比。孤立雾滴的捕尘效率由理论计算而得，是斯托克斯数K P和雷诺数Re的函数，其中当K P >0.2时，有捕尘效率:
拦截捕尘
假如尘粒的质量不被列入考虑的范围之内，那么尘粒将与气流拥有相同的流线轨迹，当尘粒半径大于水雾到气流流线的距离时，雾滴便会与尘粒接触将其捕捉拦截，这个过程即为拦截捕尘作用。拦截捕尘效率与粉尘的粒径大小成正比，与雾滴直径的大小成反比。粉尘颗粒的运动惯性以及气流的速度在拦截捕尘过程中不起作用。剖析拦截作用机理时假设尘粒没有质量而只具有几何尺寸，则尘粒的粒径大小与拦截捕尘效率成正比。
[0034]扩散捕尘
一般情况下，当含尘气流中的粉尘粒径较大时，尘粒可遵循惯性碰撞和拦截作用被捕捉。但当尘粒粒径很小尤其是当其小于0.1nm时，气流中的气体分子对尘粒产生了足够的冲击力，在碰撞之后使其作不规则的布朗运动。在作不规则布朗运动之中时那些距离雾滴非常近的尘粒便有可能与其相撞而被捕捉，此过程称为扩散捕尘。
[0035]粉尘的扩散效应随着其与雾滴碰撞概率的增加而逐步增强。碰撞概率的增加是伴随着粉尘的颗粒越小，流速越慢，温度也增加，尘粒的热运动便会加速而产生的。
[0036]重力捕尘
粉尘颗粒随气体运动时，雾滴会捕捉那些粒径大、密度大的尘粒，此过程称为重力捕尘。尘粒粒径的大小、密度和气体流速共同决定了重力作用的大小。重力捕尘的效率与尘粒的粒径及密度大小成正比，与空气流速成反比。
[0037]除尘机理的实际应用之中往往并不是由其中某一种机理单独起作用，而是多种机理的相互联合作用决定了除尘的效率，这样会使除尘效率相比单一的机理更高。但是，由于某一种粒径的粉尘会因不同的机理而被捕捉，不过其被捕捉的效率却只能计算一回，所以除尘的总效率并不能用不同相关机理所产生除尘效率的简单相加所表示。
[0038]综上所述，雾滴的粒径是影响除尘效率的关键因素。除尘效率与雾滴粒径成反比。但是在实际应用之中如果雾滴粒径过小时会使其蒸发及破裂过快，雾滴总数目过多，反而使除尘效率过低产生物极必反的效果。此外，通过国内外大量专家学者的实验和研究表明，当雾滴的运行速度为20~30m/s时雾化除尘的效果最佳。常规微雾除尘方法耗水量大，并且适用范围小，产生的水滴粒径过大，除尘效率低而且造成水资源的极大浪费，对呼吸性粉尘的作用效果尤其不显著。高压微雾降尘技术在国内近几年得到广泛应用发展，攻克了对小粒径粉尘作用效果差的难题。有实验表明，高压微雾降尘技术可以有效提高水的利用率，一般可节约50%-80%水。
[0039]以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
[0040]参考文献:
[I]全振.大唐胜利东二矿皮带驱动站高压微雾除尘系统试验研究[D].辽宁工程技术大学，2013.ο
【主权项】
1.一种智能高压微雾降尘系统，其特征在于:包括主控板及与该主控板连接的粉尘浓度传感器、爆破冲击传感器、时间传感器、人工交互单元、高压微雾降尘单元;所述粉尘浓度传感器用于检测工作现场粉尘浓度，所述爆破冲击传感器用于检测空气冲击波，所述时间传感器进行计时，所述高压微雾降尘单元实现微雾的产生及喷雾除尘功能。2.根据权利要求1所述的智能高压微雾降尘系统，其特征在于:所述高压微雾降尘单元包括沿水流流向依次连接的进水管、过滤器、高压栗、高压水管、微雾喷头，从进水管进入的中水经过过滤器过滤后，经高压栗增压增压，并经由高压水管输送到使用现场，再经微雾喷头产生纳米级的微雾，进行降尘作业。3.根据权利要求2所述的智能高压微雾降尘系统，其特征在于:所述高压栗经一三相电机连接至所述主控板。4.根据权利要求2所述的智能高压微雾降尘系统，其特征在于:还包括与所述主控板连接的水位传感器、喷嘴压力传感器，所述水位传感器用于检测为进水管供水的水箱的水位，所述喷嘴压力传感器用于检测高压水管的压力。5.根据权利要求2至4任意一项所述的智能高压微雾降尘系统，其特征在于:所述进水管处还设置有用于检测及显示进水压力的进水压力表，所述高压水管还设置有用于检测及显示出水压力的出水压力表。6.根据权利要求2至4任意一项所述的智能高压微雾降尘系统，其特征在于:所述过滤器为过滤海绵，以除去进水管进水中的小颗粒杂质。7.根据权利要求1所述的智能高压微雾降尘系统，其特征在于:所述爆破冲击传感器为振动传感器或声波传感器，所述时间传感器为定时器。8.根据权利要求1所述的智能高压微雾降尘系统，其特征在于:所述人工交互单元包括液晶显示器及按键;所述液晶显示器为液晶触摸显示屏。9.一种基于权利要求4所述智能高压微雾降尘系统的降尘方法，其特征在于:包括如下步骤， S1:开启系统，通过人工交互单元进行系统参数的设置，包括对时间传感器计时的预定时间、粉尘浓度阈值； S2:启动时间传感器开始计时，同时启动粉尘浓度传感器、爆破冲击传感器分别进行工作现场粉尘浓度、空气冲击波检测； S3:若满足计时时间达到预定时间、粉尘浓度传感器检测到的工作现场粉尘浓度大于粉尘浓度阈值或爆破冲击传感器检测到空气冲击波的其中一个条件，则启动高压栗从水箱抽水，水流经过滤器、高压栗流至高压水管，并通过微雾喷头产生纳米级的微雾，进行降尘作业。10.根据权利要求9所述的降尘方法，其特征在于:所述步骤S3之前还需通过水位传感器、喷嘴压力传感器实时检测的水箱的水位、高压水管的压力。
【文档编号】G05B19/042GK106039887SQ201610502313
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月1日
【发明人】胡维喜, 肖天阳, 姚华洋, 郑占忠, 封洋洋
【申请人】福州大学