水雾粒子特性对呼吸性粉尘降尘效率影响研究

为有效去除工业生产中的呼吸性粉尘,提高水雾粒子对呼吸性粉尘的捕捉效率,基于三相流理论建立了高速气流中单颗粒雾-尘碰撞耦合数值模型。研究高速气流中单颗粒雾-尘碰撞耦合过程,分析雾-尘粒径比及相对速度对尘粒表面线积分润湿度的影响。结果表明,对于不同粒径等级的呼吸性粉尘,达到最佳润湿度对应的雾-尘粒径比不同,k(PM1)=15、k(PM2.5)=2和k(PM5)=1。在高速气流中雾-尘相对运动状态不同时,粉尘颗粒的最佳润湿度随雾-尘相对速度U增大而增大。搭建仿真试验模型,研究不同情况下水雾粒子的捕尘效率。结果表明,超音速雾化喷嘴对呼吸性粉尘的降尘效率为95.95%,单流体喷嘴降尘效率为82.98%。结合现场试验对比分析,验证雾-尘粒径比及相对速度对尘粒表面线积分润湿度的影响规律。结果表明,越符合粉尘粒子被捕捉的最佳粒径比的喷嘴的降尘效率越高,提高尘雾粒子碰撞速度可以提高对粉尘粒子的捕捉效率,为治理呼吸性粉尘及清洁化工业生产提供理论依据。

活性磁化水改善无烟煤煤尘润湿性能的研究

为了提高活性磁化水抑制无烟煤尘的性能,分别测定了4种表面活性剂溶液的表面张力,进而选取最佳浓度表面活性剂溶液.测定了不同磁化参数下的最佳浓度表面活性剂溶液的表面张力,以确定最优磁化参数.同时分别测定矿井静压水、最佳浓度表面活性剂溶液、最佳活性磁化水与无烟煤的接触角.结果表明,质量分数0.10%尘克C&C溶液可使矿井静压水的表面张力下降43.83%.质量分数0.10%尘克C&C溶液的优磁化强度为300 mT,磁化时间为50 s.相较于矿井静压水,质量分数0.10%尘克C&C活性磁化水接触角减小了79.11%,表面张力减小了47.04%,铺展功及浸湿功分别提升了97.35%、87.01%,极大提升了溶液的铺展能力和浸湿能力.现场应用试验结果表明,使用质量分数0.10%尘克C&C活性磁化水作为采煤工作面的喷雾降水,降尘效率提高了37.53%.

气幕均匀性影响因素及其隔尘效果研究

近年来,空气幕作为一种有效隔绝易于扩散粉尘的装置,被频繁地用于矿山、隧道施工过程中产尘较多的场所,而均匀的气幕会带来更佳的隔尘效果。运用Fluent数值模拟结合相似实验的方法分析了气幕直径和气幕内部风道结构变化对气幕均匀性的影响,并将设计后可以均匀供风的气幕安装在实际施工隧道模型中模拟分析其隔尘效果。结果表明:直径增加,供风装置内气流轴向惯性力降低,有充足的时间改变流出方向,气幕装置轴向静压更加均匀,形成气幕更加均匀,但直径的变化对气幕均匀性的影响不是线性变化的,即存在一个临界直径使直径继续增加对均匀性的改善效果不明显,并且气幕临近直径的范围会随供风装置长度的增加而增加;在长度1 m、临界直径180 mm的气幕装置基础上,依据风道设计原理安装计算出的弧高为149.9 mm的楔形扇面阻体后,气幕装置内部平均压力梯度从38.4 Pa/m降低到19.3 Pa/m,出口风速均匀度从87.6%提高到93.2%,气幕均匀性显著提升;安装气幕后,隔尘区域内回弹的含尘气流被阻隔,区域内风流变得混乱复杂、涡流增加,粉尘停留时间增加,相对较大的粉尘颗粒有更长的时间沉降。整个隔尘区域粉尘浓度明显升高,气幕隔尘效果显著。

附壁旋流风幕集尘系统数值模拟与试验研究

大型设备工作时产生的粉尘浓度过高、粉尘扩散等问题,会影响工作人员的身体健康,甚至可能造成“粉尘爆炸”等安全问题。基于此现状提出了一种新型风幕集尘系统并介绍了其构造及应用。为了使系统的集尘效果更好,采用计算流体力学FLUENT软件进行数值模拟分析并对风幕集尘系统的工作参数进行了试验研究,得到最佳的设备工作参数及风幕的集尘效率。结果表明:(1)附壁旋流集尘风幕系统可形成稳定的螺旋风流场,大部分粉尘可以控制在风幕内侧,达到良好的集尘效果;(2)附壁旋流风幕集尘系统的射流腔条缝口的喷射角度对风幕形成效果影响最明显,风幕闭合性会随着射流腔工作角度变化而变化;(3)当射流腔条缝口角度为45°、风幕入口速度为15~25 m/s时,风幕的闭合性最好;(4)风幕的入口速度过大或过小都会使风幕的集尘效果下降;(5)吸尘盘的负压区域与风幕交界处会产生微弱湍流,但对风幕整体闭合性影响较小;(6)模拟与试验结果吻合,验证了新型附壁旋流集尘风幕技术的有效性。

基于调整局部滤袋渗透率的袋式除尘器流量分配方法

矿山开采、矿石破碎等过程产生大量粉尘,袋式除尘器是去除含尘气流中颗粒物的有效设备。袋式除尘器在运行中存在滤袋过滤风量分配不均问题,现有增加导流板的方式增加了结构的复杂性。为解决中箱体下进风袋式除尘器滤袋质量流量分配不均的问题,提出一种基于调整部分滤袋渗透率的滤袋质量流量均匀分配方法。首先,选择Realizable k-ε双方程模型进行模型袋式除尘器流场的数值模拟,通过数值模拟结果与模型实验的结果对比验证了模拟方法的正确性;然后建立安装160条滤袋的中箱体下进风除尘器几何模型,利用数值模拟方法分析了0.5~1.2 m/min过滤风速下除尘器内流场特征、滤袋的质量流量分配规律和均匀性;最后以1 m/min过滤风速下滤袋质量流量分配不均问题为例,设计了减小质量流量大的出口侧滤袋渗透率的方法;并根据达西公式和滤料阻力计算公式,给出了渗透率与滤料厚度、纤维直径和填充率之间的关系。结果表明:本研究模型下,过滤风速增高会使滤袋质量流量分配更不均匀,除尘器出口侧滤袋的质量流量逐渐增大;将流量偏大区域的8~10列滤袋的渗透率由2.0×10^(−11) m^(2)减小到1.7×10^(−11) m^(2),可使滤袋质量流量分布均方根偏差由0.158降低到0.099,且除尘器初始阻力的增长仅为6.1%,方法具有可行性。在滤料制作过程中可进行滤料渗透率的调整,故通过调整局部滤袋渗透率使滤袋质量流量分布均匀的方法可行。

面向火电厂煤粉尘浓度的预测评估算法的研究

火力发电的主要能源来自煤炭,而由于燃煤发电过程中产生的煤尘扩散是引起火电厂粉尘爆炸风险和尘肺职业病的主要根源之一,因此必须进行实时有效的检测和控制。当前粉尘检测方法仅使用单一的粉尘质量浓度指标来评估粉尘污染整体状况,缺乏对多种复合因素影响的考量,依靠单一阈值设定进行报警,易出现误报、漏报等现象,以及忽略粉尘爆炸这一重要事故场景,不能建立粉尘污染全面客观的评价方法。研究建立了一种粉尘质量浓度预测模型,基于金豺优化算法对极限学习机的最优初始权重进行寻优,再使用极限学习机对样本数据进行训练学习,提高神经网络模型的精度,可较为准确地预测30 min以内任意时间间隔的粉尘质量浓度,并将现场数据及模拟仿真数据与建立的粉尘质量浓度预测模型进行对比分析。结果显示:建立的粉尘质量浓度预测模型准确度良好,与现场数据及模拟仿真数据对比误差分别为0.72%和2.1%,可加强对火电厂粉尘环境进行预测预警,从而及时采取合理的粉尘控制策略,确保火电厂的生产安全并降低粉尘对作业人员的职业危害。

旋风滤布除尘器的除尘性能研究

为了解决传统旋风除尘器对颗粒捕集效率差、袋式除尘器使用寿命短等问题,将传统旋风除尘与滤布除尘有效结合,形成一种优势互补的一体式旋风滤布除尘装置。采用数值模拟和试验相结合的方法,探究在不同出口压力的条件下,旋风滤布除尘器的除尘效率及压力损失情况。利用Fluent软件对旋风滤布除尘器的除尘性能进行模拟,模拟采用雷诺应力模型(Reynolds Stress Model, RSM)和多相流模型(Discrete Phase Model, DPM)。通过搭建试验平台,测试除尘装置的除尘性能,验证数值模拟的可靠性与正确性。结果表明:旋风滤布除尘器的除尘效率相对于旋风除尘有明显的提高,旋风滤布除尘器的除尘效率与出口负压呈正相关,旋风滤布除尘总效率随出口负压的增加而逐渐增加,且旋风滤布除尘器除尘效率的最小值都高于旋风除尘部分除尘效率的最大值;旋风滤布除尘器的压力损失随出口负压的增加而线性增大,压力损失增大使得除尘器损耗的功率也增多,且压力损失的上升速度快于除尘效率的提升速度;在旋风滤布除尘器中,负压增大后,旋风除尘捕获大粒径颗粒,逃逸到滤布部分的颗粒粒径都较小,降低了滤布被大颗粒划破的风险,提高了滤袋的使用寿命。

口罩多层材料过滤施工扬尘机理的研究

尘肺病是所有职业病患者中人数最多的一种职业病,受到了国家卫生健康委员会的高度重视。作为预防尘肺病的最后一道防线,口罩的过滤机理成为研究热点。针对口罩的多层材料对施工扬尘的过滤机理,研究首先基于51单片机进行了模拟呼吸试验,并将其与建筑工人真实佩戴口罩的场景作对比,验证其可靠性。其次,利用研制的模拟呼吸装置收集了在施工扬尘环境中不同佩戴时间的一次性使用口罩。最后,使用扫描电子显微镜对收集到的口罩样本进行微观层面污染物的观察,并计算了口罩污染率。研究显示:一次性使用口罩在佩戴8 h后污染率明显上升,因此一次性使用口罩最长佩戴时间不宜超过8 h。鼻翼处内层的污染率高达0.212%,脸颊处内层的污染率高达0.216%,下颌处内层的污染率高达0.174%。在口罩同一部位,对比不同层的污染率发现,口罩内层的污染率最高,其次是口罩外层,最低的是口罩中层。口罩内层污染率最高的原因有3条:(1)模拟呼吸装置与真实人脸的边界条件差距较大,施工扬尘会从通风管和口罩接触的空隙钻进来。(2)国内的一次性使用口罩大多是参照国外设计资料生产,不符合中国人的面部特征,很多施工扬尘直接通过口罩侧边进入了口罩内部。(3)施工扬尘的粒径集中于2~4μm,在口罩外层就被拦截。研究结果对施工扬尘的环境中一次性使用口罩的多层材料选用具有参考意义。同时,研制的模拟呼吸装置为今后实验室研究尘肺病防治提供了一种新的试验手段。

PVDF纳米纤维膜对工业除尘滤料的性能强化

为了利用聚偏氟乙烯(PVDF)纤维膜的细直径和热/压电性提升过滤效率,用静电纺丝方法制备了PVDF纤维膜,通过SEM和XRD表征了PVDF纤维膜形貌和β晶相转化,并将PVDF纤维膜附着在PPS滤料上制备成PPS/PVDF复合滤料,对其过滤效率及压差特性进行了评估.结果表明:PVDF纤维膜无串珠结构,纤维直径分布在270~780 nm,中值427.3 nm,晶型结构以β晶相为主.随着风速升高,PPS/PVDF纤维膜复合滤料过滤效率下降更小,证明PVDF纤维膜的压电效应对微细粒子过滤效率有改善作用.随着温度的提高,PVDF纤维膜呈现热电性,复合滤料的过滤效率上升,当温度升高到70℃,其对小粒径0.3μm粒子过滤效率提升幅度最大为28.37%.

表面活性剂复配对1/3焦煤润湿性能的影响研究

以1/3焦煤为研究对象,选取5种表面活性剂,通过接触角、表面张力和沉降实验,研究表面活性剂及其复配溶液对煤尘润湿性能的影响;通过红外光谱实验,分析复配溶液对煤表面官能团的影响。结果发现当表面活性剂的浓度达到CMC后,继续增加表面活性剂的浓度,表面活性剂的表面张力、接触角和煤尘的沉降速度呈现不同的变化规律,分析认为表面活性剂分子吸附状态发生变化是导致这种现象发生的原因;0.4wt%APG0810+0.4wt%JFC-E的等质量复配溶液,对1/3焦煤有着显著的协同润湿效应。煤尘沉降速度达到了45.45mg/s。煤样经0.4wt%APG0810+0.4wt%JFC-E的复配溶液浸泡处理后,含氧官能团和亲水官能团的比例升高,分别达到了50.24%和83.65%。由此推断,复配后表面活性剂分子在煤尘上有更高的吸附密度。

基于偏离度-FCE的袋式除尘系统实时定量风险评价

为保障袋式除尘系统运行安全,预防粉尘燃爆事故发生,提出一种基于偏离度-模糊综合评价(FCE)的袋式除尘系统实时定量风险评价模型。首先,基于工业物联网传感器采集的除尘器进出风口压差、除尘箱温度和锁气卸灰故障信号等指标的监测数据,引入偏离度实现监测指标的风险量化;其次,采用FCE法计算袋式除尘系统的风险状态,结合层次分析法(AHP)和变权理论对评价指标赋权,依据隶属函数和隶属度加权平均原则,量化基于偏离度的袋式除尘系统风险,获得系统风险评价结果;最后,运用某型号袋式除尘系统的监测数据验证模型。结果表明:当袋式除尘系统评价指标的监测值越趋近于报警阈值,且趋近于报警阈值的指标数量越多时,所处风险等级越高,评价结果与其实际运行情况具有相关一致性,验证了模型的有效性。

一种新型组合式喷雾降尘装置流场及雾化特性试验研究

喷雾降尘是工业粉尘治理的常规技术手段,传统喷雾降尘技术存在降尘效率低、耗水量大及无法实现远距离降尘等缺陷。通过提出一种新型组合式喷雾降尘装置,并基于自行设计的气水喷雾试验平台,对该新型装置气流场分布规律、雾化粒度的空间分布规律以及相关影响因素开展试验研究。结果显示:组合式喷雾降尘装置能够将喷雾吹送至较远的降尘区域,实现远距离降尘,且装置尾部可抽吸周围含尘气体,与雾滴一并喷出,达到二次降尘效果;随着供气压力的增加,组合式喷雾降尘装置的喷雾速度呈幂函数形式增大,随着与喷口处距离的增加,装置喷雾速度自出口沿下游呈指数函数形式衰减;负压随着供气压力的增大而增大,装置尾部产生的吸气量随供气压力的增加而不断增大;随着供气压力的增加,装置的射程不断增大,增大供水压力对装置射程的提升较小;雾滴粒径随着供气压力的增加呈先增大后减小的趋势,且沿轴线方向上的不同位置的雾滴粒径呈相同的变化规律;当供气压力一定时,装置的雾滴粒径随供水压力的增加而减小。综合考虑,组合式喷雾降尘装置在现场应用时,供气压力和供水压力分别为0.4 MPa和2.0 MPa时较为合理。

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。

有机硅表面活性剂对煤表面润湿性影响的分子模拟

为寻找对煤尘抑制具有良好效果的表面活性剂,以Wiser煤化学结构模型为附着基底,利用Materials Studio分子模拟软件建立水-表面活性剂-煤吸附体系,以研究有机硅表面活性剂在煤表面的润湿机制。分别以阴离子型碳氢表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate, SDBS)、非离子型碳氢表面活性剂烷基糖苷(Alkyl Polyglucoside, APG-0810)、MD′M型聚醚改性三硅氧烷表面活性剂、Si—C侧链型聚醚改性聚硅氧烷表面活性剂等4种润湿剂构建润湿体系,模拟烟煤-表面活性剂-水体系对水分子的吸附过程,深入分析吸附构型、空间分布,以及相互作用能、静电势、水分子均方位移等,进而研究煤表面润湿作用机理和界面行为。模拟结果显示:有机硅表面活性剂对煤表面的润湿性能明显优于碳氢表面活性剂;在范德华力作用下,硅氧烷链段可与烟煤稳定结合;聚醚链段具有亲水性以及良好的静电驱动作用,在煤表面形成对水分子的紧密吸附层;在润湿过程中,有机硅表面活性剂的聚醚长链吸附聚集更多水分子在煤表面,促进煤的润湿进程。研究结果为有机硅表面活性剂在煤尘控制的应用提供了理论依据。

不同特性粉尘对滤筒有效脉冲清灰压力的影响研究

为改善不同特性粉尘的清灰问题,选取3种不同黏性、不同粒径的粉尘,开展工业覆粉实验以探究除尘器的运行阻力和滤筒清灰效果的变化。研究结果表明:粉煤灰的最低清灰压力达到748 Pa,即可实现有效清灰;对于黏性粉尘,粉尘粒径对清灰的影响更显著,细粉尘对应的系统压降和粉尘残余体积量明显高于粗粉尘,中等黏性的MgO粉体最低有效清灰压力需要达到1 425 Pa,超细MgO则需要更高;高黏性的CMC-Na粉体对应的系统压降、压降平稳时间和粉尘残余体积量都明显高于其他粉体,其有效清灰压力需要至少达到1 657 Pa,除尘系统才能长时间运行。研究结果可为工业应用收集不同特性粉尘提供理论参考。

后处理工艺对抗静电滤料性能的影响

选择基布中嵌织导电纱线的基布导电型和面层中混入导电纤维的面层导电型2种典型抗静电滤料作为基材,进行聚四氟乙烯(PTFE)乳液浸渍处理和PTFE微孔膜覆膜处理,得到面密度和厚度均匀的复合滤料。再基于电阻率、静电压衰减时间及摩擦带电电压3项指标,从静电荷的消散及积聚2个角度,探究了后处理工艺对抗静电滤料性能的影响。试验结果表明:浸渍处理后,滤料抗静电性能提升,2种滤料的迎尘面表面电阻率和体积电阻率均降低且降幅小于1个数量级,基布导电型滤料和面层导电型滤料的迎尘面静电压半衰期分别由0.40 s、0.23 s缩短至0.38 s、0.20 s,摩擦时间为60 s时摩擦带电电压分别由1043 V、596 V减小至668 V、67 V。覆膜处理后,滤料抗静电性能下降,基布导电型滤料迎尘面表面电阻率升高且升幅为1个数量级、体积电阻率升高但升幅小于1个数量级,面层导电型滤料迎尘面表面电阻率和体积电阻率均升高且升幅为4个数量级,基布导电型滤料和面层导电型滤料迎尘面静电压半衰期分别由0.40 s、0.23 s延长至0.53 s、0.77 s,摩擦时间为60 s时摩擦带电电压分别由1043 V、596 V增大至1952 V、920 V。

搅拌站基坑扬尘治理设计分析

以某混凝土搅拌站投料场地下基坑扬尘的治理为例,分析混凝土搅拌站基坑扬尘的特点及投料地下基坑现状,阐述治理设计思路和方案。通过计算地下层两侧面收尘口面积、选取收尘管规格、设计选用排气管道、计算除尘风管管道阻力,完成地下料斗、皮带输送机、滤筒除尘器等除尘系统的选型。该方案在搅拌站的成功应用为其他搅拌站地下基坑环境治理提供了参考。

焦化企业粉尘来源与防治措施探讨

针对焦化企业因“以煤产焦”生产特性导致职工粉尘职业病危害的问题,通过分析焦炭生产过程中备煤阶段、炼焦阶段、干熄焦阶段的粉尘来源,介绍焦炭生产现场除尘治理地实践,以及防护用品发放及使用、粉尘危害防治与管理、防尘宣传和专题培训、职业健康监护与职业卫生档案管理4个方面的焦化企业粉尘防治管理实践进行探讨,通过以上方面在企业中的实践,使得焦化企业粉尘治理效果提高明显,为实现清洁生产,保护职工身体健康,为焦化企业的粉尘治理提供参考。

不同含氧官能团对煤润湿性影响的分子动力学模拟研究

为了探究不同含氧官能团对煤润湿性的影响规律,基于分子动力学(molecular dynamics,MD)理论,构建4个不同含氧官能团模拟系统(—COOH、—OH、—CO及—OCH 3),通过模拟接触角、分子相对体积分数、径向分布函数及相互作用能结果,详细分析含氧官能团对煤润湿性的影响规律。研究结果表明:模拟平衡后,在—COOH体系中水团簇的接触角为18.65°,相互作用能为-1049.19 kcal/mol,并形成371.64个氢键。在—OH体系中水团簇的接触角为25.37°,相互作用能为-563.83 kcal/mol,并形成178.03个氢键。在—CO体系中水团簇的接触角为30.10°,相互作用能为-444.25 kcal/mol,并形成58.34个氢键。在—OCH 3体系中水团簇的接触角为59.96°,相互作用能为-149.00 kcal/mol,并形成13.25个氢键。水团簇与不同含氧官能团体系的接触角越小,形成的氢键越多,相互作用能绝对值越大,对煤亲水性增强作用越好,这与分子相对体积分数和径向分布函数分析结果一致;不同含氧官能团对煤亲水性增强作用排序为—COOH>—OH>—CO>—OCH 3。研究结果可为研究煤表面润湿性及其应用提供相关参考。

煤矿全生命周期粉尘健康损害评价方法

为减小煤矿粉尘给从业人员带来的健康损害和经济损失,以生命周期评价(LCA)理论为基础,结合环境卫生学、病理学的相关内容研究损害和损失评价方法。首先对煤矿生命周期进行单元分解,然后收集各阶段粉尘的清单数据。将粉尘健康损害归入呼吸系统疾病类型指标。采用伤残调整寿命年(DALY)作为量化指标,构建粉尘与量化指标之间的评价模型,进行货币化分析,最终提出综合量化值的评价方法。结果表明,LCA理论可用于煤矿全生命周期粉尘健康损害评价,实现对煤矿全生命周期粉尘造成的健康损害程度的定量分析,为煤矿职业健康管理提供决策依据。