管式水膜除尘器按供水方式的不同，分为上水箱式和压力式两种，图2-14所示为上水箱式。上水箱中的水经控制调节，沿一根细管流入较粗的管内，并形成溢流顺粗管外壁均匀自上而下流动，从而在管壁上形成良好的水膜。含尘气流在通过密布的管束时，由于流向不断改变，而使粉尘颗粒在惯性力作用下碰撞在管子外壁，从而被水膜捕集，之后随水膜经水封式排水沟排至沉淀池。
1-进水孔；2-上水箱；3-出水；4-排水口；5-钢管；6-铅丝导水线 图2-14 管式水膜除尘器 Figure 2-14 Pipe water film dust remover 2.2 自激式水幕除尘Self-excitation water curtain dust removal 2.2.1 自激式水幕除尘器
自激式水幕除尘器是湿式除尘器的一种，具有结构简单、重量轻、体积小、移动方便、适用广泛、除尘效率高等特点，非常适合作为煤矿井下除尘器使用。图2-15为徐州众凯机电设备制造有限公司正在研发的一种自激式水幕除尘器的结构示意图。
调节螺栓2可调节节流挡板3的高度，从而改变除尘器压损；导流板6主要用以引导气体和水雾的流动方向；有机玻璃盖板既可观察试验时除尘器内部状况又是进行试验或清洗工作前的注水口；通过观察窗5可清晰地看到主要除尘工作区域中液滴的运动轨迹或水幕状况；隔水栅7用以脱除净化气流中夹带的水滴水雾；引风机9为整个除尘系统提供动力。
1-进气口；2-调节螺栓；3-节流挡板；4-有机玻璃盖板；5-观察窗；6-导流板； 7-隔水栅；8-排气口；9-引风机；10-放水口；11-液面 图2-15 自激式水幕除尘器 Figure 2-15 Self-excitation water curtain dust remover 2.2.2自激式水幕除尘机理与除尘效率影响因素
自激式水幕除尘器的除尘过程如下：
引风机为整个系统提供动力，使进气口处形成负压环境，外界含尘气流被吸入除尘器中的进气室，在节流挡板的作用下，含尘气流的过流面积迅速减小，因此速度越来越大，并在流经节流挡板末端时达到最大，高速运动的气流在此处对液面形成强烈冲激，较大颗粒的粉尘由于惯性作用直接落入水中被捕获，其余粉尘继续随气流进入由节流挡板和导流板构成的混合室中，节流挡板末端处的液面由于受到气流强烈的冲激而分离出大量的液滴，液滴以较高速度向混合室中喷射并做类似抛物线运动，大量液滴不间断地完成这一动作，在混合室中便形成具有一定形状的水幕，液滴弥散于整个气流当中，对气流中的粉尘颗粒进行全面、高效的捕集，净化后的气流夹带了大量的小液滴，在通过隔水栅时，由于气流流向急剧改变，使得液滴脱离气流流线而被隔水栅收集，最后的净化气流经引风机出口排出。
含尘气流与液滴在混合室中的混合是整个除尘过程中最主要的一个阶段，对除尘器除尘效率起着决定性的作用。图2-16为混合室中流体流动状态示意图。
混合室中，捕集体主要以水滴的形式存在，此时的除尘机理主要考虑惯性碰撞和拦截作用。由2.1中给出的公式和关系曲线可知，在粉尘密度一定的情况下，单个水滴的除尘效率与水滴直径成反比，与粉尘颗粒直径和粉尘颗粒与水滴之间的相对速度成正比，而对于整个除尘系统来说，一要提高单个水滴的除尘效率，二要增加混合室中水滴的数量，这样便可使除尘器的总体除尘效率得到提高。另一方面，要提高整个除尘系统的除尘效率，一要增大粉尘颗粒与液滴之间的相对速度，二要使混合室中构成水幕的水滴直径尽量小，数量尽量多。
图2-16 混合室流体流动状态 Figure 2-16 Flow state in mixing chamber 混合室中水滴的产生是由于含尘气流对液面的冲激作用，在冲激过程中气流将惯性动能传递给水滴，使其脱离液面的束缚而随气流一同运动，产生的水滴直径越小、数量越多，说明气流传递的能量越多，因此，含尘气流本身所具有的惯性动能决定了激起水滴的大小和数量。
气流在节流挡板末端冲激水面时所具有的惯性动能可以看成以下两部分之和：一是气流由于进气口负压作用进入除尘器后本身所具有的能量，称之为初始惯性；二是由于挡板节流使气流过流面积急剧减小所引起的压力能到动能的转变，称之为惯性增量。在除尘器结构一定的情况下，气流的初始惯性是随除尘器处理风量正比变化的，而除尘器处理风量是由引风机和除尘装置共同决定的。除尘装置作为引风机的负载，只会因调节节流挡板或阀门而变化，对于除尘装置配好的引风机（型号确定），只能通过改变运行频率来条控股。引风机运行频率越高，处理风量就越大，气流的初始惯性就越大，反之越小。节流挡板高度的变化直接影响气流压力能转化为动能的多少，节流效果越明显，即节流挡板高度越低时，气流的惯性增量越大，反之高度越高，则惯性增量越小。
引风机运行频率与除尘效率之间的关系曲线如图2-17所示[28]。
图2-17中曲线是由同一自激式水幕除尘器试验模型在不同节流挡板高度下，依次调节引风机运行频率得到的数据绘制而成的，从图中可以看出，除尘效率随引风机运行频率的增加有先升高后稳定的趋势。
以h=50mm曲线为例，风机运行在25~45Hz之间时，除尘效率随频率的增加而升高，且35Hz之前这种变化最明显；45~50Hz时，除尘效率趋于稳定。在25Hz时，由于气流所获得的初始惯性太小，在冲激液面时传递给液面的能量就太少，以致不能激起足量的水滴，因此随气流绕过节流挡板进入混合室的粉尘颗粒就不能被大量捕集，除尘效率也就不高；随着风机运行频率的增加，在40Hz之前，进入除尘器的气流所获得的初始惯性随之升高，在节流挡板末端冲激液面时传递给液面的能量也就升高了，越来越多的水
滴挣脱了液面的束缚而随气流进入混合室中，且水滴的直径也是越来越小，气流初始惯性的升高本身就直接导致在绕流节流挡板的过程中由于惯性作用落入水中的粉尘颗粒增多，再加上它使混合室中水滴数量增多、粒径减小，在混合室中由于惯性碰撞和拦截作用而被捕集的粉尘颗粒也相应增多，除尘效率必然有明显的增加；当频率继续升高至45Hz时，在这一阶段，气流冲激液面时由于惯性作用落入水中的粉尘颗粒继续增多，虽然随频率的升高混合室中水滴数量也继续增多，粒径继续减小，水幕状况越来越好，但由于气流中的粉尘颗粒随粒径的减小，捕集难度明显增大，混合室中除尘效率的增加变得不明显，导致整个除尘器除尘效率的增加也因此放缓；在频率由45Hz升高到50Hz的阶段中，气流冲激液面时落入水中的粉尘颗粒依旧继续增多，过大的冲激能量使得部分脱离液面的水滴直径过小，以致在捕集完粉尘后不能自由沉降到水中或被隔水栅脱除，而是随气流由除尘器出口排出，也就将原本捕集到的粉尘颗粒重新释放到环境中去，除尘器的除尘效率因此也就不再升高。
h=30mm曲线中，频率在25~35Hz时，除尘效率随频率的升高而升高；35~45Hz，除尘效率基本稳定在最高值；而45~50Hz，除尘效率有缓慢的下降趋势。前两个阶段的变化趋势跟h=50mm曲线的变化是一样的，原因也是一样的，这里不再赘述。45~50Hz这一阶段，随着气流初始惯性的增加，虽然气流冲激液面时由于惯性作用落入水中的颗粒增多，但过大的冲激能量使得被激起的水滴直径太小，雾化严重，携带着捕集到的粉尘颗粒随气流通过隔水栅到达除尘器出口的小液滴也就越来越多，正因如此，除尘效率就出现了一个缓慢下降的过程。
图2-17 除尘效率与引风机运行频率关系图 Figure 2-17 Relationship curve between dusting efficiency and operating frequency 对于图中的h=80mm，h=100mm两条曲线，在25~50Hz的频率范围内，除尘效率一直随频率的升高而升高，而没有出现h=50mm曲线中的稳定段，这是由于此时节流挡板高度太高，导致含尘气流通过节流挡板后所获得的惯性增量不大，即使引风机运行在
高频率下，也无法使混合室中水幕达到一个充分铺展的状态，因此也就达不到最高除尘效率。显然，此时如果能继续增加除尘器的处理风量，使得含尘气流的初始惯性继续增大，则必将会像其它曲线一样达到此挡板高度下的最大除尘效率。
节流挡板高度与除尘效率的关系曲线如图2-18所示[29]。
图2-18 除尘效率与节流挡板高度关系图 Figure 2-18 Relationship curve between dusting efficiency and baffle height 如前所述，节流挡板高度直接影响气流通过挡板后惯性增量的大小，高度越高，气流所获惯性增量越小，气流冲激液面时传递给液面的能量就越小，脱离液面的水滴也就越少，且粒径越大，混合室中水幕状况就越差，除尘效率也就越低；反之挡板高度越低，液面获得的能量越大，混合室中水幕状况也就越好，除尘效率相应升高；但挡板高度过低将会使得水滴粒径过小而携带粉尘随气流绕过隔水栅从出口排出，从而使除尘效率下降。因此，势必存在一最佳节流挡板高度hm，使某一频率下除尘器的除尘效率达到最高。
以图2-18中f=50Hz曲线为例，曲线整体呈先升高后降低的趋势，在h=50mm处达到最大值，也就是说引风机运行频率在50Hz时，其最佳节流挡板高度hm=50mm。此时降低挡板高度将导致除尘器出口出水严重，除尘效率因此降低；若增加挡板高度则气流绕过挡板后惯性增量减少，混合室中水幕状况变差而使除尘效率降低。对于频率 f=25，30Hz这两种情况，图2-18中只有下降段，这是由于这两种情况下气流的初始惯性太小，因此在此试验条件下未出现水滴粒径过小而致出口出水严重的情况，这两种频率下的应hm小于或等于30mm。
激起的水滴在混合室中脱离气流流线而碰撞到导流板上形成的水膜对粉尘颗粒也有捕集作用。水膜对粉尘的捕集作用非常复杂[30]，其捕集效率与粉尘粒径、粉尘浓度、粉尘的润湿性以及水膜的稳定性等因素有关。
粉尘粒径越大，则其在气流遇到导流板而发生流线偏转时脱离流线的程度就越大，因而撞上水膜而被捕获的几率就越大。此外，粉尘被液膜捕获，实际上是粉尘颗粒外壁的气固界面被液固界面代替，而粉尘颗粒冲破外层的气膜则是这一代替发生的前提条件，而粒径较小的尘粒由于被气膜包裹较紧而不易冲破，固难以被水膜捕获。