阴离子表面活性剂SDBS强化喷雾降尘试验研究

为有效治理煤尘对生产环境的污染,以润湿性差的焦煤为试验材料,研究阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate, SDBS)对粉尘润湿性及喷雾降尘的影响。通过研究不同质量分数的SDBS溶液表面张力、接触角、反渗透、喷嘴雾滴粒径及降尘效率,展开SDBS强化喷雾降尘试验研究。基于自行设计的喷雾降尘试验平台,采用常用的X形旋流压力喷嘴展开喷雾降尘试验研究。研究结果显示:溶液SDBS质量分数由0逐渐增加至0.005 00%时,溶液表面张力逐渐减小至28.8 mN/m,此后继续增大SDBS质量分数,表面张力减小幅度小于1 mN/m;溶液SDBS质量分数由0逐渐增加至0.500 00%,接触角由75.44°下降至16.71°且呈不断减小的变化规律;煤尘反渗透吸湿量随SDBS质量分数增加呈不断增大的趋势,质量分数为0.500 00%时煤尘吸湿量的增幅最大;随着SDBS质量分数逐渐增加,喷嘴雾滴粒径先减小后增大,降尘效率先增加后降低,且极值点质量分数均为0.005 00%。SDBS最佳喷雾降尘质量分数为0.005 00%。研究结果可为喷雾降尘现场配制SDBS溶液提供理论依据。

隧道内埋地燃气管道泄漏数值模拟研究

利用FLUENT软件模拟研究,分析不同管道入口压力、泄漏孔尺寸和隧道风速等因素对隧道内燃气管道泄漏量和扩散范围的影响。结果表明:(1)管道入口压力、泄漏孔尺寸越大,泄漏孔附近甲烷浓度越高,甲烷泄漏量越大,进入隧道空气区域甲烷质量分数越高,甲烷扩散范围越广,泄漏危险区域越大。(2)隧道一侧设有风速时,泄漏的甲烷跟随风流流至隧道另一出口,泄漏孔附近甲烷呈非球状向周围土壤和隧道空间区域扩散;隧道内风速越大,风速入口方向上泄漏扩散的甲烷越少,被风吹至另一侧甲烷越多。

内混式空气雾化喷嘴雾化特性及降尘效率研究

为了掌握内混式空气雾化喷嘴喷雾特性及降尘性能,借助自主研发的喷雾降尘实验平台,对内混式空气雾化喷嘴与X旋流型压力喷嘴流量、雾化角、射程、雾滴体积分数、雾滴粒径、雾滴速度等喷雾特性参数及降尘效率进行了实测,并对实验结果作对比分析。结果表明:随着供水压力的增加,内混式空气雾化喷嘴水流量和气流量分别呈指数形式递增和递减,气液质量流量比不断下降;压力喷嘴水流量随着供水压力的增大而增大,水流量与供水压力的1/2次方成正比。随着供水压力的增加,2种喷嘴的雾化射程、雾滴体积分数及雾滴速度均增大。X旋流型压力喷嘴雾化角明显大于空气雾化喷嘴,其喷雾作用范围更宽;随着供水压力的不断提高,空气雾化喷嘴雾化角呈现先增大后减小的变化规律,而压力喷嘴则一直以较小的幅度不断减小。空气雾化喷嘴由于有压缩空气作为助力,在供水压力较低时能获得较为理想雾滴粒径,且随着供水压力的增大,雾滴粒径不断增大;普通压力喷嘴的雾化粒径随着供水压力的提高而减小,且需在较高的供水压力下才能获得理想的雾滴粒径。在相同的供水压力下,空气雾化喷嘴雾滴粒径和水流量均小于压力喷嘴,而雾滴体积分数、雾滴速度及降尘效率均高于压力喷雾。气水喷雾较压力喷雾具有明显的优势,获得相同的降尘效率,气水喷雾耗水量仅约为压力喷雾的一半。

出口直径对内混式空气雾化喷嘴雾化特性及降尘性能的影响

为了掌握喷嘴出口直径对气水喷雾降尘的影响,基于自行设计的气水喷雾降尘实验平台,对不同出口直径的空气雾化喷嘴流量、雾化特性及降尘性能进行了实测,并对实验结果作对比分析。研究结果表明:随着出口直径的增加,喷嘴耗水量几乎保持线性增长,而耗气量呈现指数增长的变化趋势;喷雾射程和雾滴体积分数均随着出口直径的增大不断增大,而雾化角先增大后减小;出口直径为2. 0 mm的喷嘴雾化质量最好,所形成的雾滴索太尔平均直径D[3,2]最小,且雾滴粒径呈现正态分布,雾滴尺寸较为集中;雾滴速度沿喷嘴轴线方向不断衰减,且喷嘴直径越大雾滴速度衰减越缓慢;随着喷嘴直径的增加,雾滴速度呈现先增大后减小的变化规律;全尘和呼吸性粉尘降尘效率随着喷嘴出口直径的增加均有所提高,但增幅较小;综合考虑喷嘴降尘性能、耗水量和耗气量等因素,在采掘作业场所进行气水喷雾降尘时,选择出口直径为2. 0～3. 0 mm的空气雾化喷嘴较为合适。

微纳米气泡强化喷雾降尘试验研究

为增强雾滴捕获粉尘的性能,提高喷雾降尘效率,提出微纳米气泡强化喷雾降尘的方法。以微纳米气泡水和润湿性差的焦煤粉尘为研究对象,通过实验研究微纳米气泡水的基本特性及其对粉尘的吸附和润湿性能。基于自行设计的喷雾降尘实验平台,对比微纳米气泡水与自来水的喷雾降尘效率。实验结果表明:微米级的气泡能短暂存在于水中,而纳米级的气泡能长期存在于水中;微纳米气泡水比超纯水的Zeta电位高,带电荷的气泡能有效附着粉尘;微纳米气泡水比自来水的表面张力低5.5 mN/m,随着微米级的气泡逐渐破裂,微纳米气泡水的表面张力缓慢增大;微纳米气泡水比自来水对焦煤颗粒的接触角小4.58°,微纳米气泡增强了水润湿焦煤颗粒的性能;随接触时间增加,微纳米气泡水和自来水对焦煤颗粒的接触角均不断减小,且微纳米气泡水减小的速率更大;微纳米气泡水是非稳态体系,比自来水更易蒸发;微纳米气泡水相对于自来水作为喷雾介质,可提高喷雾周围的负氧离子浓度;随着X形旋流压力喷嘴供水压力逐渐增加,微纳米气泡水和自来水喷雾的雾滴粒径均减小;喷嘴供水压力相同,微纳米气泡水喷雾粒径比自来水喷雾粒径小,但雾滴粒径差距不大;随着供水压力增加,喷嘴降尘效率不断增大,且微纳米气泡水比自来水喷雾降尘效率大;微纳米气泡有助于粉尘的润湿和凝聚,更有利于捕获呼吸性粉尘。

综掘工作面双径向旋流屏蔽通风控尘机理

双径向旋流屏蔽通风是综掘工作面一种新型的通风控尘方式。为了获得该新型通风方式的控尘机理,以广西百色百矿集团某煤矿综掘工作面为原型,建立了综掘工作面双径向旋流屏蔽通风数值仿真模型。基于Fluent软件,采用Realizable k-ε湍流模型和DPM离散相模型相结合,对该种通风方式下的综掘工作面风流流场和粉尘质量浓度分布进行了数值仿真。结果表明:双径向旋流屏蔽通风可在工作面形成2道旋转风幕,即掘进机司机前方的1号风幕与转载点前方的2号风幕;1号风幕在吸风筒吸风作用下形成具有独特的伞形结构,可将掘进产尘屏蔽在掘进端头有限区域;2号风幕可将转载点处扬尘与掘进机司机区域分隔,保证司机区域不被转载点粉尘污染;综掘工作面双径向旋流屏蔽通风所产生的环形径向旋转射流能在巷道横断面形成稳定旋风,而且整个断面速度分布均匀,相较于传统的附壁风筒通风形成的径向风幕具有更高的强度和粉尘阻隔效率;双径向旋转风幕将综掘工作面的两大主要尘源(掘进机产尘和转载点扬尘)与掘进机司机区域有效隔离,阻止粉尘扩散至司机区域,为掘进司机提供一个良好的作业环境;吹吸流量比是影响该通风方式控尘效果的重要参数,司机处粉尘质量浓度随着吹吸流量比的增大呈现先降低后增大的变化趋势,并在吹吸流量比为1.5时达到最低值。

供气压力对流体型超声喷嘴雾化特性及降尘效率的影响

为了掌握供气压力对流体型超声雾化喷嘴雾化特性及降尘性能的影响,借助自主研发的煤矿井下喷雾降尘实验平台,对流体型超声雾化喷嘴流量、雾化特性及降尘性能进行了实测。实验所涉及的喷嘴雾化特性参数包括雾化角、射程、雾滴粒径等,降尘性能采用全尘降尘效率和呼吸性粉尘降尘效率进行评价。实验结果表明:随着供气压力的增大,喷嘴空气流量呈幂函数形式增大,而水流量呈指数函数形式下降,气液体积流量比不断增大;喷嘴雾化角和雾滴粒径随着供气压力的增大而逐渐缩小,而雾滴速度和射程则表现为随供气压力增大而逐渐增大的趋势;对于本次实验所选取的供水压力,供气压力由0.2 MPa增加至0.7 MPa,喷嘴空气流量约增加100 L/min,水流量约降低1.3 L/min,雾化角和雾滴粒径分别约减小75°和60μm,而雾滴速度和射程分别约增加7.5 m/s和210 cm。喷嘴全尘降尘效率和呼吸性粉尘降尘效率均随着供气压力的增大呈现先增加后减小的变化规律,并在某一个供气压力下获得最高值。供水压力p_(L)不同,获得最高降尘效率所对应的供气压力p_(air)亦不同,喷雾降尘效果较优的气水压力组合有1号(p_(L)=0.2 MPa,p_(air)=0.3 MPa),2号(p_(L)=0.3 MPa,p_(air)=0.4 MPa)和3号(p_(L)=0.4 MPa,p_(air)=0.5 MPa)。煤矿现场应采用以上气水压力组合,既可获得较为理想的雾滴粒径,同时能以较低的耗水量获得较高的降尘效率。

无机盐助剂改善SDBS溶液润湿性能的试验研究

为研究无机盐助剂对阴离子表面活性剂溶液润湿煤尘的影响,进行了表面张力、反渗透、保水性能和喷雾降尘4组试验,考察了6种无机盐助剂NaCl、CaCl_(2)、Na_(2)SO_(4)、Na_(2)CO_(3)、NaHCO_(3)和AlCl_(3)对阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate,SDBS)溶液性能的影响。结果表明:6种无机盐助剂在一定程度上均能够降低SDBS溶液的表面张力,且无机盐助剂对SDBS溶液表面张力的影响随SDBS浓度的增加而不断减小,无机盐助剂对SDBS溶液的影响从优到劣依次为CaCl_(2)、NaCl、Na_(2)SO_(4)、Na_(2)CO_(3)、NaHCO_(3)、AlCl_(3);无机盐助剂的添加对于煤尘吸湿量有影响,无机盐不同,对煤尘吸湿量的影响也不同,且以SDBS溶液质量分数为0.005%为例,添加NaCl、CaCl_(2)、Na_(2)SO_(4)改善煤尘吸湿量的效果较好;无机盐助剂Na_(2)CO_(3)和CaCl_(2)质量分数分别为0.4%和0.3%时具有较好的保水性能,能较好地减缓煤尘水分的蒸发;综合润湿性能和保水性,CaCl_(2)优于其他5种无机盐;在SDBS溶液中添加无机盐助剂质量分数为0.3%CaCl_(2)后,总体上来说,在同一供水压力下,喷雾降尘效率由高到低依次为添加无机盐助剂的SDBS溶液、纯SDBS溶液、清水。

综掘面长压短抽通风合理压抽比仿真及研究

为了确定合理压抽流量比β,采用长压短抽式通风对综掘面进行有效控尘,利用Fluent计算流体力学(CFD)软件,对不同压抽流量比β下综掘面风流流场及粉尘扩散分布进行讨论研究。结果表明:随着增大与掘进面之间的距离,粉尘浓度逐渐下降,到距离掘进面18,20m时,粉尘平均浓度只有20mg/m3。由此可见,长压短抽式通风能够有效对巷道进行降尘。当压抽流量比小于0.8时,能够较好地将粉尘控制在产尘面前端5m范围内,阻止粉尘向司机工作区域及其后方扩散;当压抽流量比控制在1.0~1.2之间时,控尘效果最佳。

供水压力对气水喷雾雾化特性及降尘效果的影响

为了掌握供水压力对气水喷雾雾化特性及降尘效果的影响,基于自主研发的气水喷雾降尘实验平台,对不同供水压力下的气水喷雾喷嘴流量、雾化特性参数及降尘效率进行了测定.结果表明:随着供水压力的增加,喷嘴耗气量以指数形式不断递减,而耗水量以指数形式递增;喷嘴雾化射程和雾滴体积浓度均随着供水压力的增加而增大,而雾化角先增大后减小;随着供水压力的增加,雾滴粒径呈现先增大后减小的变化规律,且供气压力越大所对应的拐点供水压力越高;随着供水压力的增加,气水喷雾对全尘和呼吸性粉尘的降尘效率均呈现先升高后降低的变化规律;气水喷雾对不同粒径粉尘的降尘效率存在差异,分级效率随着粉尘粒径的增加呈现先增大后减小的变化规律;气水喷雾分级效率存在一峰值,位于峰值粒径区域的粉尘保持较高的降尘效率,峰值粒径与雾滴粒径保持相同的变化趋势.在矿山采掘工作业场所进行气水喷雾降尘时,供水压力即不能过高也不能过低,为确保全尘和呼吸性粉尘的降尘效率,应选择接近且略高于供气压力的供水压力.