超音速同轴气动雾化降尘技术

在煤矿开采过程中伴随大量的呼吸性粉尘产生,严重危害工人健康。喷雾技术作为应用最为广泛的降尘技术,具高效、清洁等优点,但现有的喷雾技术对呼吸性粉尘的捕获能力不强,雾化效率低。为解决该问题,研发了超音速同轴气动雾化技术。通过实验和数值模拟的方法对该技术的雾化特性进行了研究,并基于自行设计的降尘实验平台对比了超音速汲水虹吸气动雾化降尘技术与超音速同轴气动雾化降尘技术的降尘特性。同时通过2种技术的隔尘对比实验揭示了粉尘在超音速动力微雾幕作用下的沿程沉降机理。结果表明:在不同气动压力下,超音速同轴雾化降尘装置所采用的同轴探针注水方式大幅降低了探针结构对超音速流场能量的损耗,显著提高了雾化效率,产生了大量11μm以下、空间分布均匀的高速雾滴群,与虹吸雾化装置相比,粒径减小了12%~50%,在喷雾流场中形成了大范围高速细雾区域。雾滴场与粉尘场的耦合效果,可以由粉尘的瞬时分散度表征,并由雾滴场特性的分布特征决定。不同时刻,各个粒径区间的分级降尘效率的变化趋势不同,在不同压力下对总的降尘效率的贡献不同。超音速同轴雾化技术产生的大范围高速细雾易于捕集呼吸性粉尘,PM0~PM2.5的分级效率在75%以上,最高可达90%。压力的增大使高速细雾范围增大,有利于对微细颗粒的捕集。含尘气流在有限空间运移过程中粉尘在超音速动力微雾幕作用下的沿程沉降过程可划分为雾滴捕尘区、凝并沉降区、蒸发逃逸区。在不同区域雾滴与粉尘不同的行为与浓度分布,是受到喷雾气流及气载风流曳力运移,高速微雾碰撞捕捉、雾滴凝并沉降、雾滴蒸发失重作用的结果。

超音速气动喷雾技术噪声特性及致噪机理研究

超音速气动喷雾降尘是一种新型的微米级雾滴高效捕尘技术,在呼吸性粉尘治理方面效果良好,但造成的严重噪声污染不可忽视。为探究其噪声特性及致噪机理,研究采用试验的方法,利用YSD130噪声分析仪对超音速同轴雾化降尘装置噪声展开测定,通过对比不同工况下声源处气流噪声与喷雾噪声,分析其在不同压力、水流量下的频谱特性及变化规律。研究显示:超音速动力喷雾噪声以高频噪声为主,随着频率的增加,声压级增加,其噪声均值为110.1 dB,会造成人的听力系统受损。不完全的雾化会导致低频段(<500 Hz)的声压级增加,长期接触易引发神经衰弱、失眠、头疼等症状;更高效的雾化会导致中高频段(≥500 Hz)的声压级增加,长期暴露于该环境易引发声带疲劳、声带炎症等症状。在相同水流量下,随着压力的增大,超音速气动喷雾噪声的声压级呈先增大后减小的趋势。在相同压力下,随着水流量的增加,不同频段的声压级呈先增大后减小的趋势。气流能量降低和层间相对速度下降是噪声强度降低的主要原因。水流量为60 mL/min,气动压力为0.4 MPa时,噪声各项参数最大。研究结果丰富了气动喷雾噪声理论,可为超音速气动喷雾装置结构优化、噪声防治技术装备的研发提供理论支持。

难浸润无烟煤分子模型构建

为了高效治理天地王坡难浸润煤尘污染问题,通过实验精准分析天地王坡煤矿粉尘成分及结构表征。通过元素分析、傅里叶变换红外光谱测试、X射线光电子能谱测试、固体核磁共振碳谱测试等实验方法确定了煤样的元素含量、表面官能团参数、芳香结构组成和脂肪结构的分布等情况,构建和优化了无烟煤分子结构模型。研究结果表明:天地王坡无烟煤分子化学结构式为C1_(91)H_(124)O_(14)N_(2)S_(1),总分子量为2700。经过几何优化、退火驰豫,得到无烟煤分子的能量最低三维结构模型。本研究为煤分子模型构建提供依据,天地王坡无烟煤尘治理提供指导。

活性水压力作用下煤体裂隙演化规律及渗流特征

为了探究煤层注水过程中活性水溶液对煤体裂隙演化规律的影响,利用CT三维重建技术构建煤体微观渗流损伤模型,定量分析孔裂隙网络的连通性及形态学拓扑结构,并选用十二烷基苯磺酸钠、乳化剂OP-10、仲烷基磺酸钠以及十二烷基硫酸钠这4种表面活性剂作为研究对象进行煤体渗流损伤模拟。研究结果表明:连通孔隙多由大孔组成,孔隙当量半径集中在20~40μm,占比为88.6%,其配位数服从高斯分布,占比为68.56%;孤立孔隙中当量半径不超过10μm的孔占比为94.8%,数量随孔隙体积增大而逐渐减少,且体积不超过1000μm3的孔占孤立孔隙的69.74%。随着水压的上升,4种表面活性剂作用下煤样损伤单元数与渗流场分布范围、孔隙率与渗透率、声发射数目与能量总体都呈上升趋势,局部会因渗流运动渗流场与裂隙结构应力场之间的临界反应出现波动,且活性水溶液的密度及动力黏度制约临界反应的作用强度与范围;当水压为5 MPa左右时,动力黏度使煤样渗透率呈现不同演化趋势;当水压为11 MPa时,不同表面活性剂作用下煤样孔隙率接近,且均较原始孔隙率提升约6.63倍;当水压为9~11 MPa时,煤样声发射数目和能量与动力黏度呈反比。因此,在利用活性水溶液改善煤层注水效果时,除了合理控制水压外,还应将其动力黏度限制在较小范围内。

煤中侧链官能团与水分子间的量子化学模拟

煤中侧链官能团是影响煤分子亲疏水性的重要因素。为了揭示煤分子中侧链官能团与水分子的作用机理,基于密度泛函理论计算了24种煤分子侧链官能团和水分子之间的非共价键力。结果表明:侧链官能团与水分子主要通过氢键力作用,伴随范德华力,几乎没有排斥力;含氧官能团与水分子形成的总氢键能最弱为-10.91 kJ/mol,最强为-71.03 kJ/mol,其中小部分含氧官能团可以与2个及2个以上水分子结合;含氮官能团与水分子形成的总氢键能为-30.70~-6.44 k J/mol;含硫官能团与水分子形成的总氢键能稳定在-12.00 kJ/mol左右。侧链官能团亲水能力由强到弱依次为:羧基、羟基、碳基键、醛基、醚键及氨基、极性键。研究成果为表面活性剂或抑尘剂通过定向增强官能团亲水性,提高煤体亲水性,从而增强降尘效果提供了一种新思路。

微米活性液滴场致荷电效果及煤尘润湿性能研究

水雾荷电与溶液活性处理作为2种增效降尘手段,独立使用时均表现出良好的降尘效果。为探究二者联合使用对微细粉尘的沉降效果,选取十二烷基硫酸钠表面活性剂配置活性溶液,利用紫铜芒刺环形电极进行电晕荷电,在微米尺度液滴场致荷电的背景下,探究了微米活性液滴的荷电效果及其对无烟煤的润湿性。结果表明:活性溶液相较于纯水对电场的响应更为敏感;水雾荷电与溶液活性处理对于增强液滴破碎、减小液滴粒径及增强溶液润湿性能表现出协同效应;微米荷电活性水雾相较于普通水雾对无烟煤尘的捕集效率更高,对全尘、呼吸性粉尘的沉降效率分别高达91.77%、90.45%。

磁化活性水对烟煤润湿性能研究

为改善普通水雾对难浸润煤尘的治理效果,提出了磁化活性水雾降尘技术,以烟煤为研究对象,通过表面张力、接触角、煤尘沉降时间及雾滴粒径测量实验对单体表面活性剂进行优选,得到最佳复配比例,并对最佳复配表面活性剂溶液进行磁化性能测试,最后利用模拟巷道平台进行不同水质的动态降尘测试。实验结果表明:阴离子活性剂快T、非离子表面活性剂AEO-9显现了较强的湿润性能。2种单体活性剂复配使煤尘沉降时间及接触角进一步降低,最佳体积配比为3∶3。进一步对复配溶液进行磁化处理后,复配溶液的表面张力、接触角再一次降低,最佳磁感应强度、磁化时间分别为4000 Gs和50 min。磁化复配活性喷雾降尘技术的降尘效率最高,磁化喷雾技术全尘及呼尘降尘效率分别达87%以上和80%以上,较非磁化技术分别提高31.1%和30.6%。对于消除井下煤尘危害,保护井下作业人员的生命安全,保障煤矿安全生产具有重要意义。

输煤皮带机尾粉尘污染及气动射雾除尘

为对选煤厂输运皮带机尾粉尘污染进行控制,对皮带机尾粉尘颗粒运动及机尾处作业空间粉尘质量浓度扩散进行相关的数值仿真.利用气-尘-液多相流理论,对粉尘颗粒运动进行数值分析,得出皮带机尾处粉尘污染规律,实测数据验证了数值模型的正确性.提出针对机尾粉尘逸散特性的气动射雾除尘方案,确定了除尘技术参数.研究结果表明:粘附在机尾表面的浮尘是机尾的发尘源,滚筒离心力和风流剪切力是尘源飞扬的动因;对机尾皮带进行封闭是除尘的前提条件,在密封罩内设置气动射雾使得封闭罩内形成雾池,粉尘在过饱和湿空气状态下被迅速捕捉沉降.

新型高分子抑尘剂的性能实验研究

为了进一步改善抑尘剂抑尘性能,自主研发了新型高分子抑尘剂。以阜新发电厂末煤为实验原型,对8组小煤堆在自然条件下进行抑尘性能实验。研究其表面固化效果、耐水冲蚀性、抗风蚀性、流动性等主要性能,得出其在不同条件下的最佳浓度配比。实验结果表明：新型抑尘剂具有良好的抑尘功能,其耐水冲蚀性和抗风蚀性随抑尘剂浓度增加而增强。在多雨地区,抑尘剂溶液最佳浓度是3%,浓度大于3%时抑尘剂耐水冲蚀性随浓度增加效果不明显;在干燥多风地区,当煤堆储存在30天以内时,抑尘剂溶液最佳浓度范围为1%～3%,储存30～50天时,最佳浓度范围为3%～4%,储存在50天以上时,最佳浓度为5%。抑尘剂溶液流动性随浓度增加而降低,高浓度抑尘剂喷洒时不易实现均匀喷洒,浓度超过3%的抑尘剂喷洒时需提前用低浓度溶液进行预湿润。

基于数值模拟的高压微雾除尘原理及其技术参数确定

为了揭示微雾捕尘机理,介绍了高压微雾除尘系统的构成及其工作原理,通过多相流模拟技术,结合现场实例,阐述了典型尘源点的发尘机理以及除尘系统技术参数确定方法.结果表明:除尘系统的水压、流量、以及密封罩的长度等主要技术参数的选择取决于粉尘颗粒在雾腔内有效沉积长度.这为粉尘污染控制技术提供了理论指导.

露天矿爆破扬尘规律及水炮泥配比优化

为简单有效解决露天矿台阶爆破产生的粉尘污染问题,解决目前大多数露天矿台阶爆破水炮泥使用效率不够理想的现状,研究爆破扬尘机理和水炮泥-固体炮泥最佳配比.以抚顺露天矿台阶爆破为工程背景,运用气固两相流及爆炸力学理论,采用Fluent软件数值模拟与现场测试相结合的方法,实现对爆破扬尘污染的实时模拟.研究结果表明:冲击运动阶段及蘑菇云形成阶段,爆生气体急速膨胀,大量的粉尘在爆破冲击动能的作用下,冲入开放的大气空间,随后扩散阶段,粉尘在无风条件下运移速度很低.粒径60~100μm的粉尘沉降缓慢,粒径在40μm以下粉尘由于受风流扰动强烈,自然沉降困难.推导出水炮泥-固体炮泥配比公式,既满足爆破效果的要求,又达到良好的降尘效果.

选煤厂毛煤仓仓顶粉尘析出机理与控制技术

为了对毛煤仓仓顶粉尘污染提出有效治理措施,需要掌握毛煤仓仓顶落煤过程粉尘析出机理、逸散规律。以准能公司选煤厂毛煤仓仓顶为例,对准能公司选煤厂仓顶的生产工艺系统和尘源进行了分析。采用大型流体计算软件FLUENT和自编程序相结合的方式,通过数值分析的方法,论证了选煤厂毛煤仓仓顶粉尘发生机理、逸散规律。研究发现,毛煤仓仓顶粉尘污染主要是由皮带牵引风流、落料诱导风流和空气冲击波风流造成的。基于该研究结论,提出了选煤厂毛煤仓仓顶粉尘控制和治理措施,为选煤厂的粉尘治理提供了理论和实践指导依据。

选煤厂转运点除尘方案模拟优化设计

为了对选煤厂皮带转运点粉尘污染提出有效治理措施,需要对除尘设计方案进行优化设计。以准能公司选煤厂为例,对其生产工艺系统和转运点污染机理进行了分析。基于此,提出了两种可行的转运点粉尘治理方案。采用气固两相流理论和数值模拟相结合的方法,分析了两种除尘方式的控尘机理,比较了两种除尘方式的除尘效果。结果表明:单独设置导料槽的除尘方式无法消除转运点落料产生的正压,因而不能抑制转运点处的粉尘逸出;若配合适当型号的除尘器,可在转运点处产生合理负压,可有效地控制转运点处的粉尘逸出。根据该研究结论,选择了优化除尘方案,为选煤厂的粉尘治理提供了理论和实践指导依据。

毛煤仓下粉尘污染原因及处理

为了对毛煤仓仓下粉尘污染提出有效治理措施,需要掌握毛煤仓仓下落煤过程粉尘析出机理、逸散规律。以准能公司选煤厂毛煤仓仓下为例,对准能公司选煤厂仓下的生产工艺系统和尘源进行了分析。采用大型流体计算软件FLUENT和自编程序相结合的方式,通过数值分析的方法,论证了选煤厂毛煤仓仓下粉尘污染机理。研究发现,毛煤仓仓下粉尘污染主要是由皮带牵引风流、落料诱导风流和空气冲击波风流造成的。基于该研究结论,提出了选煤厂毛煤仓仓下粉尘控制和治理措施,为选煤厂仓下的粉尘治理提供了理论和实践指导依据。

气液两相喷雾荷质比影响因素实验和预测研究

为了提高荷电水雾对微细粉尘的捕集效果,围绕液滴荷质比这一影响粉尘捕集效率的主要因素开展针对性研究。分析水雾荷电过程的路径图,提取影响液滴荷质比的独立因素,并根据不同因素对荷质比影响的显著性设计正交实验,采用多因素回归分析的方法对实验数据进行处理。研究结果表明:在因素水平范围内,应用预测模型得出荷质比的最优值为441.66μc/kg,误差小于5%;荷质比与荷电电压、气相射流压力、电极间距呈正相关,与液相射流压力、电极环直径、喷嘴孔径呈负相关;实验结果得出的荷质比计算公式可以用来预测液滴的荷质比,为荷电效果的定量分析提供依据。

太阳池非对流层最佳厚度及最大效率数值模拟

本文对现有的太阳池辐射透射模型及稳态热效率模型进行了改进,改进的模型既考虑了池水浊度的影响又考虑了池内多重反射的影响,更接近实际情况。在改进的稳态热效率模型基础上,通过数值模拟的方法,对太阳池非对流层最佳厚度及其最大效率的相关影响因素作了较为详细的分析和讨论。认为太阳池非对流层最佳厚度及其最大效率取决于太阳池尺寸和结构、太阳辐射强度、储热层和上对流层的温差、太阳辐射在水中的透射率、池底反射率、水浊度、池水的物理特性以及池深度等综合因素,其中,△T/I0(储热层和上对流层的温差与水面太阳辐射强度的比值)是影响太阳池非对流层最佳厚度的主要因素,这为太阳池高效运行提供了理论指导。

浊度和池底反射率对太阳池热性能的影响

提出了同时考虑浊度和池底漫反射的太阳池辐射透射模型和热效率模型,计算分析了浊度和池底反射 率对太阳池热性能的综合影响。模拟计算表明,浊度一定时,热性能总是随着池底反射率的增大而降低。计算 还表明,存在一个临界池底反射率,当池底反射率小于临界值时,浊度的增大导致太阳池热性能的下降;当池 底反射率超过临界值时,一定范围内浊度的增加反而有利于太阳池热性能的提高;当池底反射率在临界值附近 时,浊度的变化对太阳池热性能的影响很小。通过模拟计算得出了典型情况下的临界池底反射率,在太阳池的 实际研究和设计中可供参考。

风幕集尘风机流场的作用机理研究

风幕集尘风机是一种新型的环保风机,由于其具有新颖特殊的流场结构,广泛适用于工矿企业中有毒有害气体及粉尘的治理。作者介绍了其构造,对风机的作用机理进行了分析,提出了短路流场理论。将环形紊流射流与汇流进行叠加,建立了风幕集尘风机流场的数学模型,为风幕集尘风机的应用奠定了理论基础。

空气辅助喷雾技术的Fluent数值模拟

为降低输煤系统中产生的小粒径粉尘质量浓度,采用空气辅助喷雾技术进行除尘.利用fluent软件建立数学模型,对空气辅助喷雾技术进行相关的数值仿真.利用多相流理论,对影响空气辅助喷雾的相关因素进行分析,得出其主要影响因素是空气速度.研究结果表明:空气相对液体的速度越大,则雾滴速度越大、喷雾角越大;空气相对液体的速度越大,则雾滴粒径越小、雾滴破碎越剧烈、液滴分布更均匀;雾滴破碎粒径与空气速度的1.14次方成反比.将确定的最佳技术参数应用于现场,降尘率达90%以上.

锚喷巷道通风阻力系数的计算式研究

通过对平煤集团大量的锚喷巷道的回归分析 ,建立了巷道壁面绝对粗糙度和巷道断面积对摩擦阻力系数影响程度的回归方程 ,并对回归方程作了显著性检验 ,最后对巷道粗糙程度和断面积对锚喷巷道摩擦阻力系数的影响程度进行了讨论和总结 ,对同类巷道摩擦阻力系数的选取具有实践指导意义。