细水雾在低浓度瓦斯输送管道中沉降规律的研究

 摘要：低浓度瓦斯输送细水雾安全保护系统是一项新兴技术。然而细水雾在低浓度瓦斯输送管道中受到附加质量力、拖拽阻力和热泳力等作用而沉降,使得细水雾的浓度降低而直接影响低浓度瓦斯的安全输送。本研究通过对细水雾颗粒沉降运动轨迹的理论分析得到细水雾颗粒在瓦斯流场中的力平衡方程,并从试验中得到在距喷嘴0.25m处细水雾的沉降速率明显大于其它位置,当瓦斯流场速度大于1m/s时,细水雾颗粒沉降速率随着输送距离的增加逐渐降低;对既定测试位置,细水雾沉降速率随着瓦斯流场速度的增大先降低后升高。其研究结果对低浓度瓦斯细水雾安全输送保护系统的设计及工程应用有一定的参考价值。     

低浓度瓦斯输送管道内喷嘴安装角度研究

通过建立瓦斯流场和细水雾流场叠加的数学模型,在拉格朗日框架下,从细水雾流场在瓦斯输送管道内的均布长度(单喷嘴喷射时细水雾流场均匀布满管道的长度)和混合流场的压降情况两个方面,对不同的喷嘴安装角度进行研究。研究表明,喷嘴0°安装时,细水雾的均布长度和混合流场的压降均优于喷嘴180°安装。所得研究成果为认识混合流场的流动特性,解决输送管道内喷嘴与喷嘴之间的安装距离及喷嘴的安装角度等问题提供了一定的理论依据。     

φ700 mm管道细水雾抑制瓦斯爆炸试验研究

为了预防瓦斯在输送和排放管道中的爆炸,在φ700 mm管道进行了细水雾抑制瓦斯爆炸试验。结果表明:在一定水流量和水雾带长度条件下,细水雾能够抑制管道内瓦斯爆炸,抑制瓦斯爆炸距离最短为41.5 m、最长为63.7 m;抑制瓦斯爆炸的最佳喷嘴水流量为5.03 L/min,水雾带长度为33 m;抑制瓦斯爆炸水流量越大,抑制瓦斯爆炸后爆炸压力最大值越小,但喷嘴水流量达到6.19 L/min后,水流量的增加对抑制瓦斯爆炸后爆炸压力最大值影响不明显;细水雾抑制瓦斯爆炸系统安装于管道10~50 m时抑制瓦斯爆炸比较理想。     

瓦斯-细水雾输送管道内喷嘴不同布置方式对压降的影响

低浓度瓦斯输送细水雾安全保护系统是一项新兴技术。喷嘴的不同布置方式会对低浓度瓦斯在管道输送过程中的压力降产生一定的影响。以气-液两相流动的均流模型为前提,根据稳定一维流动的基本方程建立水平圆管中气-液两相流动的压降计算关系式;通过数值模拟瓦斯-细水雾混合流体在水平管道中的流动,得出输送管道内喷嘴布置方式与压降的关系。其结果可为动力设备的选型以及安全经济运行提供必要的依据。     

细水雾抑制管道瓦斯爆炸的实验研究

在搭建细水雾抑制管道瓦斯爆炸的小尺寸实验平台和阐明瓦斯爆炸传播机理的基础上,研究细水雾抑制管道瓦斯爆炸的有效性,并对其进行定性、定量分析。研究发现：在水雾足量的情况下,细水雾能有效抑制管道瓦斯爆炸的传播速度、降低火焰温度,并能改变火焰图像特性;瓦斯浓度较高或雾通量不足时,细水雾将通过助燃促进瓦斯爆炸的产生。     

瓦斯-细水雾输送管道90°弯管处压降研究

随着研究的不断深入,低浓度瓦斯-细水雾两相流体管道安全输送技术在煤矿中开始应用。为了弄清瓦斯气体管道输送时局部管件处的压力损失情况,对瓦斯-细水雾输送管道90°弯管处压降情况进行数值模拟和试验研究。结果表明:90°弯管处两相流体的压降随速度的增加而增大;随管径的增大而减小;随弯径比的增大而先减小后增大,最佳弯径比为2.8~3.2。90°弯管处的压降试验验证了数值模拟的结果。     

低浓度瓦斯发电系统瓦斯配送技术的应用

阐述了低浓度瓦斯细水雾输送技术的必要性、工作原理、工艺流程及主要部件等技术特点.通过研究应用低浓度瓦斯细水雾输送技术,将低浓度瓦斯作为清洁能源进行综合利用,减少了大气污染,提高了亭南煤业公司瓦斯利用水平及经济效益,达到了环保节能的目的.     

射雾器参数对颗粒停留时间变化的研究

通过Fluent软件对射雾器模型进行数值分析,运用MATLAB软件处理数值结果,研究细水雾流速、风速、细水雾颗粒粒径大小及喷嘴的安装角度对细水雾颗粒在两相耦合区域里停留时间的影响。     

低浓度瓦斯发电技术的研究与应用

瓦斯发电机组针对煤矿瓦斯的特点,应用电控燃气混合器、细水雾输送等技术,解决了低浓度瓦斯发电及地面输送等难题。本文主要介绍了低浓度瓦斯发电机组的关键技术、工艺流程及效益分析等。实践证明,瓦斯发电项目可取得显著的经济、环境、社会效益,具有广阔的发展前景。     

新型清洁气体式主动抑爆装置研制及抑爆性能研究

为了保障瓦斯等易燃易爆气体输送及发电管道的安全性,提高主动抑爆装置抑爆效能,结合矿用管道主动喷粉抑爆装置,研制一款以清洁型灭火剂FM200为抑爆介质的自动抑爆装置,通过分析现有主动抑爆技术中常用的三种抑爆介质(干粉、细水雾、二氧化碳)与FM200的灭火特性,对比其在抑爆后对输送管道的影响,并通过抑爆性能试验,试验证明该抑爆装置能够在5ms内快速捕捉火焰信息,并在30ms内迅速喷洒抑爆介质,在抑爆器后3m外无爆炸火焰信息。     

防控采煤工作面瓦斯燃烧新技术实验研究

在分析井下瓦斯燃烧起因和特点的基础上,结合目前煤矿多发的瓦斯燃烧事故,建立超细水雾作用下采煤工作面瓦斯燃烧防控实验平台。在不同条件下进行系列超细水雾抑制瓦斯燃烧实验,以甲烷流量150 mL/min、其体积分数90%、超细水雾流量220 mL/min、水雾粒径5～30 μm为最佳实验工况进行水雾与瓦斯燃烧作用机理研究。结果表明：超细水雾与瓦斯火焰作用后,在火焰周围形成封闭水雾圈,瓦斯燃烧火焰出现被抑制-切割-再抑制-再切割的过程,使火焰由大变小,直至熄灭;与自由燃烧相比,火焰周围温度和氧气体积分数均出现不同程度的降低,整个熄灭过程仅用90 s。     

气液两相介质抑制管道甲烷爆炸协同增效作用

瓦斯抽采管道一旦泄漏或受到外部火源波及,极有可能引发爆炸事故。基于自行搭建的惰性气体-超细水雾惰化抑制可燃气体爆炸试验系统,研究了气液两相介质抑制9.5%甲烷/空气预混气爆炸的影响因素和协同作用规律,并分析了其抑爆协同增效的原因,提出气液两相介质抑爆存在相间耦合作用。实验结果表明:在CO2,N2,He和Ar四种惰性气体与超细水雾的共同作用下,气液两相介质对9.5%甲烷/空气预混气爆炸超压、火焰传播速度和最大火焰温度的抑制均表现出明显的协同增效作用。当4种惰性气体稀释体积分数达到14%、细水雾通入量8-4 mL(质量浓度694.4 g/m3)后,均能对9.5%甲烷/空气爆炸产生良好的抑制效果;控制参数继续增加,抑爆增效作用的增长幅度缩小;其中CO2与超细水雾下的协同抑爆效果最好,N2次之,He,Ar与超细水雾的协同抑爆水平相差不大,为清洁、高效惰化细水雾抑爆技术的应用提供了技术指导。     

引进真空负压技术 降低综放面煤尘

负压除尘系统采用的除尘理论非常先进,具有较高科技含量。除尘器从喷嘴喷出高压水雾,形成水雾活塞运动使腔体内产生真空,负压使水雾颗粒细化,雾化效果理想,改善了工人的作业环境,提高了安全生产的可靠性。     

细水雾在瓦斯输送管道中的沉降规律

为研究不同喷雾压力、不同气流速下水雾在管道内的沉降特性,搭建了管道喷雾实验台,采用粒子图像速度仪（PIV）对方形管道内的水雾运动特性进行了测量,分析了喷雾压力和气流速度对水雾沉降特性的影响规律。结果表明：当气流速度一定,喷雾压力从0.1 MPa增加到1.3 MPa时,水雾在喷嘴下游管长为1 m管道内的沉降量增加了96%,沉降的主要原因是碰壁沉降,而在1 m之后的管段内水雾沉降量减少了76%,沉降的主要原因是惯性沉降;当喷雾压力一定,气流速度从1.1 m/s增加到10.4 m/s时,水雾在管长为1 m管道内的沉降量降低了24%,在1 m之后的管道内沉降量减少了17%。     

水雾对钻孔瓦斯爆炸火焰的抑制效果研究

利用自行研制的钻孔瓦斯气体燃烧受限空间与水喷雾系统,对细水雾抑制瓦斯爆炸火焰的效果进行了实验研究。结果表明:水雾对气体爆炸火焰的抑制效果与雾通量、雾动量和雾滴粒径有关。雾滴粒径越小,灭火时间越短。喷雾压力越大,灭火效果也越强。其中喷头IV的灭火效果最佳,当压力为2.0 MPa,不到6 s就可以将火焰完全熄灭。     

微细水雾降尘除尘技术

针对煤矿开采过程中微细粉尘特别是呼吸性粉尘的特点,提出了微细水雾降尘除尘方法:通过对水雾喷头进行旋转产生微细雾幕,从而达到降尘除尘的效果。分析了微细水雾降尘除尘工作原理和捕尘机理,并对产生微细水雾的旋转喷头进行了简单的设计。结合旋转喷头特点将控尘区域划分成3部分,集中喷射区、控制区和临界逃逸区,通过3层控制从而能够达到比较理想的降尘除尘效果。     

金属矿山爆破微细粉尘云雾除尘机理及试验研究

为降低金属矿山爆破微细粉尘浓度,提出了巷道全断面云雾除尘技术,净化回风流中的粉尘。利用自行设计的雾化实验平台,分析了云雾喷嘴的雾化效果及气压、水压对雾化效果的影响,获得气流量、水流量随气压的变化规律,认为当气压为0.5 MPa,水压为0.2 MPa,水流量为35 L/h,气流量为2.65 m3/h时,云雾雾滴中值粒径D50最小,约6.0 μm。基于云雾喷嘴雾化特性及最佳工况条件,以云雾除尘主机和气水源处置为主体,研发了巷道全断面云雾除尘技术,并在梅山铁矿进行了现场试验。结果表明：爆破落矿后,经云雾除尘装置净化后,回风流中全尘、呼吸尘的降尘效率分别为96.89%、96.04%,表明云雾与粉尘粒径匹配效果好,可有效降低沿风流方向的微细粉尘浓度,提高降尘效率,取得较好经济效益和社会效益。     

超生雾化降尘研究及应用

为解决某矿破碎筛分车间粉尘污染问题,采用喷嘴雾化理论设计喷嘴雾化降尘实验,并根据实验结果在该矿破碎筛分车间应用了超声雾化降尘技术。实验及应用结果表明：超声雾化发生器的液体雾化装置,气体辅助雾化装置和雾束形成器的几何结构影响喷雾的雾化参数与流量特性,液体雾化器与气体辅助雾化装置影响液体初次破碎与雾化,雾束形成器影响雾滴的二次破碎与约束液束形态;超声雾化发生器的气液比与气液压力比存在幂函数关系,幂指数为-1.09;雾滴粒径越小,雾滴的降尘效率越高,当雾滴D50为23 μm时,雾滴的降尘效率在94%以上;在破碎筛分车间振动筛给料皮带和筛上皮带受料点布置超声雾化发生器,超声雾化发生器开启后,车间内粉尘浓度降低至586～10.54 mg/m3,降尘效率在71.38%以上。