4 喷雾除尘系统设计
D0?4Q?? （4-4）
式中：Q——管道流量
?0——流速，当静水供水压力时，?0=1.2~2.0m/s；动压时?0=0.7~1.0m/s； 取?0=1.0m/s，由公式4-4可得： D0?4Q??0?122mm
规格统一，取D0?125mm，则实际流速为：
?0?4Q?0.95m/s 2?D04.4.2 水管道材料的选择
目前使用的管道主要有三大类：第一类是金属管，如内搪塑料的热镀铸铁管、铜管、不锈钢管等；第二类是塑复金属管，如塑复钢管，铝塑复合管等；第三类是塑料管，如PP-R（交联聚 丙烯高密度网状工程塑料）。
（1）金属管
镀锌管，应用于供水管道，易安装易维修更换，结构简单，价格低，被广泛应用到各类供水管道。但是因为长期与水接触，使用几年后，管内产生大量锈垢，故在饮用水管中渐渐被其他类材料替代。
铜管，具有耐腐蚀、消菌等优点，是水管中的上等品，铜管接口的方式有卡套和焊接两种。卡套长时间存在老化漏水的问题，所以安装铜管的用户大部分采用焊接式，焊接就是接口处通过氧焊接到一起，这样就能够跟PP-R水管一样，永不渗漏。铜管的一个缺点是导热快，所以有名的铜管厂商生产的热水管外面都覆有防止热量散发的塑料和发泡剂。铜管的另一个缺点是价格昂贵，所以在饮用水管道中有应用，在工业供水中很少用。
不锈钢管，属于非常贵的水管，施工困难，很少被采用，性能与铜管类似。 （2）塑复金属管
铝塑复合管，是市面上较为流行的一种管材，其质轻、耐用而且施工方便，其可弯曲性更适合在家装中使用。主要缺点是在用作热水管使用时，由于长期的热胀冷缩可能会造成卡套式连接错位以致造成渗漏。目前在市场上销售的铝塑复合管品种众多，质量、价格差异很大。
（3）塑料管
UPVC管，实际上就是一种塑料管，接口处一般用胶粘接，UPVC管的抗冻和耐热能力都不好。所以冷热水管都很少用，PVC管适用于电线管道和排污管道，近年内科技界发现，能使PVC变得更为柔软的化学添加剂酞，对人体内肾、肝、睾丸影响甚大，会导致癌症、肾损坏，破坏人体功能再造系统，影响发育。其应用就受到了限制。
PPR管，作为一种新型的水管材料，它既可以用作冷管，也可以用作热水管，由于其无毒、质轻、耐压、耐腐蚀，正在成为一种推广的材料。也适用于热水管道，甚至纯净饮用水
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4 喷雾除尘系统设计
管道。PPR管的接口采用热熔技术，管子之间完全融合到了一起，所以一旦安装打压测试通过，不会象铝塑管一样存在时间长了老化漏水现象，而且PPR管不会结垢。PPR水管的主要缺陷是：耐高温性，耐压性稍差些，长期工作温度不能超过70℃；每段长度有限，且不能弯曲施工，如果管道铺设距离长或者转角处多，在施工中就要用到大量接头；管材便宜但配件价格相对较高。
综合各种材料的优缺点以及经济性问题考虑，选择普通的镀锌铁管作为喷雾除尘系统的供水管道。
4.4.3 水管道布置原则
在设计布置管道时，应注意如下事项：
（1）合理选择管道直径，管道直径大，在相同流量下、液流速度小，阻力损失小，但价格高，管道直径小，会导致阻力损失急剧增大，使所选泵的扬程增加，配带功率增加，成本和运行费用都增加。因此应从技术和经济的角度综合考虑；
（2）排出管及其管接头应考虑所能承受的最大压力；
（3）管道布置应尽可能布置成直管，尽量减小管道中的附件和尽量缩小管道长度，必须转弯的时候，弯头的弯曲半径应该是管道直径的3～5倍，角度尽可能大于90℃；
（4）水泵的排出侧必须装设阀门（球阀或截止阀等）和逆止阀。阀门用来调节泵的工况点，逆止阀在液体倒流时可防止泵反转，并使泵避免水锤的打击。（当液体倒流时，会产生巨大的反向压力，使泵损坏）。
4.5 阻力损失计算
供水管道材料选择为普通镀锌管（??0.4mm，??0.036），管径为125mm，管道总长度为1200m，供水系统所用的各局部部件[6]如表4-1所示：
表4-1 系统局部部件参数
局部装置名称 90°肘管 三通 单向阀 进口 转子流量计 渐缩管（喷头处）
沿程阻力损失计算，由局部阻力损失计算公式：hf? le/d（或局部阻力系数ξ）30 10 75 200 300 ζ=0.5 个数m 5 3 2 1 1 4 ?lv2d02g?，可得：
0.036?1200?0.952hf????15.9m水柱
d02g0.125?2?9.8?lv227
4 喷雾除尘系统设计
v2?lev2局部阻力损失计算，局部阻力计算公式：hj??? ??2gd02g由表4-1可得：le?(30?5?10?3?75?2?200?300)d0?103.75m
v2?103.75?0.036?0.952 hj?(??i?)???0.5?4??1.5m水柱 ??d02g?0.1252?9.8??le总阻力损失计算：
H?hf?hj?(15.9?1.5)m水柱?17.4m水柱
水泵压力计算公式：
，h为喷头与P0?(H?h)??P，式中P为喷头压力，γ为水的重度（N/m3）
水泵位置的高度差，本次系统设计h=8m（即水泵位置比喷头低8m）。
由??9800N/m3，可得：
P0?(H?h)??P?[(17.4?8)?9800?7.5?106]Pa?7.75MPa
4.6 水泵的选型
4.6.1 水泵选取原则
所谓合理选泵，就是要综合考虑泵机组和泵站的投资和运行费用等综合性的技术经济指
标，使之符合经济、安全、适用的原则。具体来说，有以下几个方面：
（1）必须满足使用流量和扬程的要求，即要求泵的运行工次点（装置特性曲线与泵的性能曲线的交点）经常保持在高效区间运行，这样既省动力又不易损坏机件；
（2）所选择的水泵既要体积小、重量轻、造价便宜，又要具有良好的特性和较高的效率；
（3）具有良好的抗汽蚀性能，这样既能减小泵房的开挖深度，又不使水泵发生汽蚀，运行平稳、寿命长；
（4）按所选水泵建泵站，工程投资少，运行费用低。
4.6.2 水泵选型计算
选择系统所需水泵的基本数据如下：
（1）所用介质是水，重度为9800N/m3，粘度较小，无腐蚀性和毒性，不含固体颗粒，基本在常温下使用。
（2）所需流量Qs应该满足：Qs?Q?42m/h，取一定的余量，则取： Qs?1.2Q?50.4m/h
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334 喷雾除尘系统设计
（3）考虑管道压力损失、地理位置高度差和满足条件的喷头压力，水泵的压力PS应该满足：PS?P0?7.75MPa，取余量系数为1.2，则取
PS?1.2P0?9.3MPa （4）计算水泵扬程：HS?h?H?2?2??02g?45.8m
（5）管道系统数据在4.4中已详细说明。
根据以上参数以及水泵选取原则，查水泵产品目录，选取TSWA型卧式多级离心泵，具有效率高、运行噪声低、结构合理、使用寿命长等特点。可供输送80℃以下的清水或物理、化学性质类似于水的液体，广泛适用于工厂、矿山、建筑的给排水。选取的具体型号和参数如表4-2所示：
表4-2所选取的水泵型号和参数 型号 级数 流量Q（m3/h） 扬程（m） 配套电机型号功率 吸程（m） 汽蚀余量 转速（r/min） 单价（元） 全套（元）
100TSWA 3 69 46.8 Y160L-4 15KW 7 3.3 1450 7400 10800 4.7 供电选择
由水泵型号确定配套的电机型号为Y160L-4，功率为15KW，额定电压为380V，电压频率为50Hz。该型号电机是全封闭自冷式鼠笼型三相异步电动机，具有高效、节能、起动转矩高、噪声小、可靠性高、寿命长等优点。采用B级绝缘，外壳防护等级为IP44，冷却方式为IC411。
电动机供电直接由矿区动力电压系统供给。电线长度约为500m。
4.8 蓄水池设计
考虑该矿的实际情况，水源情况，以及供水距离等条件，蓄水池设在距离颚破中碎工位1200m的地方，比破碎机卸料口（即喷头处）在垂直方向上低8m。为了满足供水要求，并且考虑经济性和实地条件，设计蓄水池的尺寸为：长10m，宽8m，深5m，其容量为400m3，可供水泵抽水至少8小时的供水量。蓄水池的水由矿区的工业用水直接供给。
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4 喷雾除尘系统设计
4.9 喷雾除尘效率计算
4.9.1 工作场所粉尘限值标准
根据北京建昌矿业有限责任公司提供的数据资料，该矿粉尘的游离二氧化硅含量在16.1%左右，属于矽尘（含游离二氧化硅10%—50%的粉尘）。依据国家标准GBZ 2.1-2007工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素的规定，该类粉尘的浓度要求：总尘浓度PC-TWA不得超过1mg/m3，呼吸性粉尘PC-TWA不得超过0.7mg/m3。其中PC-TWA是时间加权平均容许浓度（permissible concentration-time weighted average），以时间为权数规定的8h工作日、40h工作周的平均容许接触浓度。
4.9.2 除尘效率影响因素分析
喷雾降尘是将水雾化成微细雾滴，喷射于空气中与浮尘碰撞接触，尘粒被水捕捉而附于水滴上，从而加速其沉降，使之尽快变为落尘。影响喷雾降尘效率的因素主要有如下几个：
（1）粉尘与雾滴的相对速度 它们之间的相对速度越大，两者碰撞时动量大，凝聚效率就越高，同时，有利于克服液体表面张力而被湿润捕获。
（2）雾滴粒径 喷雾形成雾滴粒径的大小是影响降尘效率的重要因素，在水量相同情况下雾滴越细小，雾滴数量就越多，比表面积大，接触尘粒机会就多，产生碰撞、截留、扩散及凝聚效率也高；但雾滴直径过小，雾滴容易随气流一起运动，减小了粉尘与液体捕集体的相对速度，降低了碰撞效率，且在沉降过程中容易蒸射。
（3）粉尘的润湿性 润湿性好的粉尘，亲水粒子很容易通过液体捕集体，碰撞、截留、扩散效率高；润湿性差的粉尘与水接触碰撞时，能产生反弹形象，显然其碰撞、截留、扩散效率低，除尘效率低。
（4）耗水量 单位体积的含尘空气耗水量越大，在雾滴粒径相同的情况下，雾滴数量就多，接触尘粒机会就多，产生碰撞、截留、扩散及凝聚效率也高，除尘效率也越高。
（5）液体黏度及粉尘密度 液体黏度越大，液体越不易产生细小颗粒雾滴，除尘效率也越差；粉尘密度越大，产生碰撞效率也越高，粉尘越易沉降，除尘效率也越高。
（6）水雾作用范围与雾化效果 水雾作用范围是指喷嘴喷出的雾体所占据的空间，雾化角的大小对合理布置系统中喷嘴有着重要的影响。
（7）喷雾器安装位置 压力水从喷孔喷出后，随着离喷孔距离的增加，雾滴运动速度、单位体积的雾滴数量及雾体分布呈衰减态势，距离越远，雾粒越分散，雾滴运动速度和单位体积的雾滴数量越少，降尘效果越差，但雾体距喷雾出口太近，喷雾作用范围小，因此，喷雾器与产尘点的距离应根据现场实际确定。
（8）空气参与雾化作用的量 空气参与雾化的量越多，雾滴粒径越细，雾滴密度越大，雾滴分布越均匀，喷雾质量越好，降尘效果越显著。目前在工业锅炉，工业燃气轮机中广泛应用的气动喷嘴就是利用压缩空气来改善雾化质量。这种喷嘴需要供水和供气两套管路，结构相对复杂，但是对煤矿中呼吸性粉尘的沉降效果明显，已经在部分煤矿的综采工作面开始应用。
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