煤的湿润特性及新型湿润剂的实验研究

本文通过理论研究、实验分析、模拟应用相结合的方法,对煤的湿润特性及新型湿润剂的研制进行了全面、系统的研究。阐述了喷雾射流雾化机理和喷雾降尘机理,描绘了尘粒对水滴的绕流运动,分析了表面活性剂湿润煤尘的相关机理,指出防尘用水中添加表面活性剂,能够在液滴表面形成界面吸附层,降低液滴表面张力,增强雾化效果,提高液滴捕尘效率；同时表面张力的降低,减少了尘粒与液滴碰撞时的阻力,提高了液滴湿润尘粒的效果。 采集了山东省各主要矿区的典型煤样,通过大量实验测定了各煤样的水分、灰分等理化性质,利用DSA100接触角测量仪对各煤样的湿润性进行了测定,确定了各煤样被水湿润的难易程度,分析了煤样水分、灰分及煤化程度对煤尘湿润性的影响,将山东省各典型煤样按其湿润特性分为三类,最终认定山东省各煤样的湿润性较差(接触角超过55°),需要引入化学抑尘,并提出了针对不同煤样的湿润剂的研制要求。 阐述了新型湿润剂的研制方案,即通过煤尘沉降实验和保水性实验,选择合适的表面活性剂、增效剂以及保水剂,确定新型湿润剂的配方及用量。实验中测定了表面活性剂复配及无机盐反离子对表面活性剂溶液湿润性的增效作用,分析了整个实验过程的内在机理,结果表明阴离子表面活性剂中添加少量非离子、两性离子和阳离子表面活性剂均可以提高溶液的湿润性,而无机盐反离子的加入则能极大地提高阴离子表面活性剂溶液的湿润性。最终确定了4种针对不同煤样的新型湿润剂,并对新型湿润剂进行了生理毒性和经济性检验,认可了新型湿润剂的安全性和经济效益。 通过工作面喷雾降尘仿真模型对新型湿润剂进行了模拟应用,测定了4种湿润剂对不同煤样的降尘效率,得到了4种湿润剂的使用范围,在各自适用范围内,4种湿润剂的降尘率均达到了90%以上。结合湿润剂的经济性分析,使用新型湿润剂进行工作面喷雾降尘的成本仅占原煤总产值的不到0.3%,吨煤成本提高不过2元,新型湿润剂的经济效益显著。