CN104359826A - 煤堆风损和雨损的模拟试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤堆的风损和雨损的模拟试验装置和方法。该模拟试验装置包括风洞管道、风机、风门、导流板、样品托盘、喷淋装置、雨水收集器及滤网。该煤堆的风损和雨损模拟试验装置和方法能够实现分别进行静态扬尘及雨水冲刷试验，静态扬尘试验时，关闭雨水模拟喷嘴，调整风门控制风速并调整导流板控制风向；模拟淋雨试验时，关闭风机和风门，开启喷淋装置，调节喷淋装置的工作模式获得不同大小的雨水，以进行不同雨量的模拟试验。

Description

煤堆风损和雨损的模拟试验装置及方法

技术领域

本发明涉及电站煤堆存储领域，尤其是涉及一种煤堆的风损和雨损的模拟试验装置及方法。

背景技术

中国是世界上少数以煤炭为主要能源的国家之一。近年来随着国民经济的持续较快发展，化工、冶金、电力等行业的发展导致了对煤炭的需求逐年递增。煤炭是不可再生的矿产资源，在利用中存在许多问题，例如，在煤仓堆放过程中，会受到风力与机械力的作用，发生扬尘，造成煤炭资源巨大的浪费，有时甚至由于粉尘含量过高，引起火灾事故，由此引发的爆炸又会造成严重的人员伤亡，对安全生产带来极大危害。特别是露天储煤场煤灰随风扩散迁移传播，会直接污染大气，恶化区域生态环境。此外，沿海或降雨量较大的地区，雨水会对露天煤堆进行冲刷，不仅导致煤炭资源的浪费，并且雨水会携带煤粉污染储煤场附近的水资源，造成地表生态的破坏与污染。

为了减少煤堆因自然风力以及雨水冲刷造成损失，通过研究常用煤种在不同天气变化(不同风力以及不同降雨量)过程中的煤损特性，构建煤堆风损雨损机理模型，确定风力吹携以及雨量冲刷对煤堆以及环境的影响规律，进而指导煤仓堆煤过程，对减缓堆煤过程中的煤量损耗具有重要的意义。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够适用于煤堆静场扬尘特性试验以及雨水冲刷煤损特性试验的煤堆的风损和雨损的模拟试验装置及方法。

一种煤堆的风损和雨损的模拟试验装置，包括风洞管道、风机、风门、导流板、样品托盘、喷淋装置、雨水收集器及滤网；所述风机设在所述风洞管道的一端用于向所述风洞管道内鼓风；所述风门、所述导流板及所述样品托盘依次设在所述风洞管道内；所述样品托盘用于盛放待测样品，且所述样品托盘的四周设有导流沟，所述雨水收集器与所述导流沟连通；所述喷淋装置具有雨水模拟喷嘴，所述雨水模拟喷嘴设在所述风洞管道内且位于所述样品托盘之上；所述滤网设在所述风洞管道的另一端且封住该端；所述风机产生的风经由所述风门调整风速和所述导流板调整风向后吹至所述待测样品表面并最终吹至所述滤网；所述喷淋装置经由所述雨水模拟喷嘴对所述待测样品进行模拟淋雨试验，模拟雨水淋到所述待测样品表面后经由所述导流沟流入所述雨水收集器。

在其中一个实施例中，所述模拟试验装置还包括用于实时测量风速的风速测量仪，所述风速测量仪设在所述风洞管道内，位于所述导流板及所述样品托盘之间且靠近所述样品托盘设置。

在其中一个实施例中，所述模拟试验装置还包括围绕所述样品托盘四周设置的可拆卸式的防风板，所述防风板与所述风洞管道的轴向垂直设置且所述防风板的高度可调。

在其中一个实施例中，所述模拟试验装置还包括设在所述风洞管道内用于检测起尘浓度值的TSP测量仪，所述TSP测量仪设在所述样品托盘附近。

在其中一个实施例中，所述风洞管道在设有所述滤网的一端的开口尺寸逐渐增大。

在其中一个实施例中，所述风洞管道的截面尺寸不小于0.8m×0.8m；所述风机为额定负荷；所述风门的风速调整范围为0～30m/s；所述雨水模拟喷嘴喷出的模拟雨水的流量不小于0.4m³/h，且所述喷淋装置具有小雨、中雨、大雨、暴雨及特大暴雨五种工作模式，分别模拟小雨、中雨、大雨、暴雨及特大暴雨的模拟淋雨试验。

一种煤堆的风损和雨损的模拟试验方法，使用上述任一实施例所述的模拟试验装置，所述模拟试验方法包括如下步骤：

在样品托盘上放置待测样品，并按照预设的比例形成与实物相似的形状，将样品托盘放置入风洞管道内；

进行风损模拟试验和/或雨损模拟试验，其中，所述风损模拟试验包括如下步骤：

关闭所述雨水模拟喷嘴，开启所述风机，调节所述风门及所述导流板至预设的风速和风向；

达到预设的试验时间后，关闭所述风机；

对所述滤网进行冲洗，收集冲洗液进行粒径分布特性分析，和/或称量所述样品托盘的质量，获得试验前后待测样品的风损量；

所述雨损模拟试验包括如下步骤：

关闭所述风机，开启所述雨水模拟喷嘴并调节所述淋雨装置至预设工作模式，对所述待测样品进行模拟淋雨试验，

达到预设的试验时间后，关闭所述雨水模拟喷嘴，记录所述雨水收集器的水深，记为h_i，i为第i次试验；

取部分搅拌均匀的所述雨水收集器中的样品溶液，体积记为V_i，过滤后得到湿样品，干燥后进行称重记为m_i；

计算待测样品的雨损量为α_i＝m_i*S*h_i/V_i，其中，S为所述雨水收集器的底面积。

在其中一个实施例中，所述模拟试验方法还包括在风损模拟试验时检测风洞管道内的起尘浓度值的步骤。

在其中一个实施例中，所述模拟试验方法还包括在雨损模拟试验时对所述雨水收集器中的样品溶液进行pH检测、水溶性阴离子和阳离子检测、样品溶液中粒子的体积分布和粒子数分布的检测和/或重金属含量检测的步骤。

在其中一个实施例中，所述煤堆的形状为圆锥台、圆柱或圆锥；所述煤堆的含水率为5％、10％或15％；所述煤堆的煤种为烟煤、无烟煤或褐煤；所述淋雨装置的预设工作模式为小雨、中雨、大雨、暴雨或特大暴雨。

上述煤堆的风损和雨损模拟试验装置和方法能够实现分别进行静态扬尘及雨水冲刷试验，静态扬尘试验时，关闭雨水模拟喷嘴，调整风门控制风速并调整导流板控制风向；模拟淋雨试验时，关闭风机和风门，开启喷淋装置，调节喷淋装置的工作模式获得不同大小的雨水，以进行不同雨量的模拟试验。

附图说明

图1为一实施方式的煤堆的风损和雨损的模拟试验装置结构示意图；

图2为样品托盘、导流沟及雨水收集器的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请结合图1和图2，一实施方式的煤堆的风损和雨损的模拟试验装置10包括风洞管道100、风机200、风门300、导流板400、样品托盘500、喷淋装置600、雨水收集器700及滤网800。

风动管道100的主体部呈长方体型，截面尺寸不小于0.8m×0.8m。本实施方式的风动管道100的一端开口呈喇叭形，便于降低风速和风压。且风洞管道100的侧壁设有透明密封的观察窗口110，便于操作人员实时观察风洞管道100内的试验状况。可理解，在其他实施方式中，风洞管道100的形状不限于此，如也可以为圆柱形等。

风机200设在风洞管道100的一端，用于向风洞管道100内鼓风。本实施方式的风机200的负荷额定，由支架210固定在风洞管道100的端部。

风门300、导流板400及样品托盘500依次设在风洞管道100内。风门300用于调整风速。本实施方式的风门300的风速调整范围为0～30m/s。

导流板400设在风门300的一侧用于调整风向。

样品托盘500用于盛放待测样品。样品托盘500的样品放置区能够容纳不小于100kg的待测样品，且待测样品自然堆放体积不超过该部分风洞管道100的体积的1/4。样品托盘500的四周设有导流沟510，用于将雨水导出。

喷淋装置600具有雨水模拟喷嘴610。雨水模拟喷嘴610设在风洞管道100内且位于样品托盘500之上。雨水模拟喷嘴610喷出的模拟雨水的流量不小于0.4m³/h。本实施方式的喷淋装置600具有小雨、中雨、大雨、暴雨及特大暴雨五种工作模式，分别模拟小雨、中雨、大雨、暴雨及特大暴雨的模拟淋雨试验，其中，所述小雨、中雨、大雨、暴雨及特大暴雨的标准符合国家气象台的相关规定。

雨水收集器700与导流沟连通，用于收集模拟雨水。

滤网800设在风洞管道100的喇叭形开口端且封住该端。滤网800采用高密度滤网，用于拦截并收集煤堆的扬尘，用于测量扬尘粒径分布所用。

风机200产生的风经由风门300调整风速和导流板400调整风向后吹至待测样品表面并最终吹至滤网800。

喷淋装置600经由雨水模拟喷嘴610对待测样品进行模拟淋雨试验，模拟雨水淋到待测样品表面后经由导流沟流入雨水收集器700。

此外，在本实施方式中，模拟试验装置10还包括用于实时测量风速的风速测量仪900。风速测量仪900设在风洞管道100内，位于导流板400及样品托盘500之间且靠近样品托盘500设置。风速测量仪900可以但不限于皮托管风速测量装置，可测量风机200出口和样品上方空气流速。

本实施方式的模拟试验装置10还包括围绕样品托盘500四周设置的可拆卸式的防风板(图未示)。防风板与风洞管道100的轴向垂直设置且防风板的高度可调。防风板可拆卸且高度可调，因此，该模拟试验装置10可模拟无防风墙和有防风墙的煤场风损特性，并且可模拟不同高度的防风墙的防风效果，只要同比例调节防风板的高度即可。

进一步，在本实施方式中，模拟试验装置10还包括设在风洞管道100内用于检测起尘浓度值的TSP测量仪。TSP测量仪设在样品托盘500附近。

本实施方式还涉及一种煤堆的风损和雨损的模拟试验方法，其使用上述模拟试验装置10。模拟试验方法包括如下步骤：

步骤S11：在样品托盘上放置待测样品，并按照预设的比例形成与实物相似的形状，将样品托盘放置入风洞管道内。

根据相似原理，选择电厂等煤堆的形状作为实验煤堆形状，如圆锥台状、圆柱状或圆锥状等，按照预设的比例，如1:350的比例建立一定质量的模型煤堆，如可以但不限于200kg左右的模型煤堆。选择的煤堆的含水率可以大不限于5％、10％或15％。煤堆的煤种可以但不限于如烟煤、无烟煤或褐煤等。试验时，可针对不同的煤堆形状、不同的煤堆含水率及不同的煤种分别进行试验，以全方位的模拟煤堆的风损或雨损。

步骤S12：进行风损模拟试验和/或雨损模拟试验。

其中，风损模拟试验包括如下步骤：

步骤S21：关闭雨水模拟喷嘴，开启风机，调节风门及导流板至预设的风速和风向。

在开启风机的同时或之后，可以开启TSP测量仪检测风洞管道内的起尘浓度值。

步骤S22：达到预设的试验时间后，关闭风机。

在一实施方式中，试验进行12小时后，关闭风机。

步骤S23：对滤网进行冲洗，收集冲洗液进行粒径分布特性分析，和/或称量样品托盘的质量，获得试验前后待测样品的风损量。

雨损模拟试验包括如下步骤：

步骤S31：关闭风机，开启雨水模拟喷嘴并调节淋雨装置至预设工作模式，对待测样品进行模拟淋雨试验。

淋雨装置的预设工作模式为小雨、中雨、大雨、暴雨或特大暴雨工作模式。

步骤S32：达到预设的试验时间后，关闭雨水模拟喷嘴，记录雨水收集器的水深，记为h_i，i为第i次试验。

在一实施方式中，在实验6～12小时后，关闭雨水模拟喷嘴，记录h_i。i为第i次试验，如对于小雨、中雨、大雨、暴雨及特大暴雨可分别为1、2、3、4及5。

步骤S33：取部分搅拌均匀的雨水收集器中的样品溶液，体积记为V_i，过滤后得到湿样品，干燥后进行称重记为m_i。

V_i如可以但不限于1000mL。

干燥过程中优选在95℃附近进行干燥，视样品的量，干燥的时间如可以16小时等。

步骤S34：计算待测样品的雨损量为α_i＝m_i*S*h_i/V_i，其中，S为雨水收集器的底面积。

进一步，在本实施方式中，该模拟试验方法还包括在雨损模拟试验时对雨水收集器中的样品溶液进行pH检测、水溶性阴离子和阳离子检测、样品溶液中粒子的体积分布和粒子数分布的检测和/或重金属含量检测的步骤。其中，例子的体积分布和粒子数分布的检测可以包括但不限于颗粒数、颗粒百分数、颗粒体积、颗粒体积百分数、颗粒表面积及颗粒表面积百分数等参数的统计和检测。

上述煤堆的风损和雨损模拟试验装置和方法能够实现分别进行静态扬尘及雨水冲刷试验，静态扬尘试验时，关闭雨水模拟喷嘴，调整风门控制风速并调整导流板控制风向；模拟淋雨试验时，关闭风机和风门，开启喷淋装置，调节喷淋装置的工作模式获得不同大小的雨水，以进行不同雨量的模拟试验。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种煤堆的风损和雨损的模拟试验装置，其特征在于，包括风洞管道、风机、风门、导流板、样品托盘、喷淋装置、雨水收集器及滤网；所述风机设在所述风洞管道的一端用于向所述风洞管道内鼓风；所述风门、所述导流板及所述样品托盘依次设在所述风洞管道内；所述样品托盘用于盛放待测样品，且所述样品托盘的四周设有导流沟，所述雨水收集器与所述导流沟连通；所述喷淋装置具有雨水模拟喷嘴，所述雨水模拟喷嘴设在所述风洞管道内且位于所述样品托盘之上；所述滤网设在所述风洞管道的另一端且封住该端；所述风机产生的风经由所述风门调整风速和所述导流板调整风向后吹至所述待测样品表面并最终吹至所述滤网；所述喷淋装置经由所述雨水模拟喷嘴对所述待测样品进行模拟淋雨试验，模拟雨水淋到所述待测样品表面后经由所述导流沟流入所述雨水收集器。

2.如权利要求1所述的煤堆的风损和雨损的模拟试验装置，其特征在于，还包括用于实时测量风速的风速测量仪，所述风速测量仪设在所述风洞管道内，位于所述导流板及所述样品托盘之间且靠近所述样品托盘设置。

3.如权利要求1所述的煤堆的风损和雨损的模拟试验装置，其特征在于，还包括围绕所述样品托盘四周设置的可拆卸式的防风板，所述防风板与所述风洞管道的轴向垂直设置且所述防风板的高度可调。

4.如权利要求1所述的煤堆的风损和雨损的模拟试验装置，其特征在于，还包括设在所述风洞管道内用于检测起尘浓度值的TSP测量仪，所述TSP测量仪设在所述样品托盘附近。

5.如权利要求1所述的煤堆的风损和雨损的模拟试验装置，其特征在于，所述风洞管道在设有所述滤网的一端的开口尺寸逐渐增大。

6.如权利要求1～5中任一项所述的煤堆的风损和雨损的模拟试验装置，其特征在于，所述风洞管道的截面尺寸不小于0.8m×0.8m；所述风机为额定负荷；所述风门的风速调整范围为0～30m/s；所述雨水模拟喷嘴喷出的模拟雨水的流量不小于0.4m³/h，且所述喷淋装置具有小雨、中雨、大雨、暴雨及特大暴雨五种工作模式，分别模拟小雨、中雨、大雨、暴雨及特大暴雨的模拟淋雨试验。

7.一种煤堆的风损和雨损的模拟试验方法，其特征在于，使用如权利要求1～6中任一项所述的模拟试验装置，所述模拟试验方法包括如下步骤：

在样品托盘上放置待测样品，并按照预设的比例形成与实物相似的形状，将样品托盘放置入风洞管道内；

进行风损模拟试验和/或雨损模拟试验，其中，所述风损模拟试验包括如下步骤：

关闭所述雨水模拟喷嘴，开启所述风机，调节所述风门及所述导流板至预设的风速和风向；

达到预设的试验时间后，关闭所述风机；

对所述滤网进行冲洗，收集冲洗液进行粒径分布特性分析，和/或称量所述样品托盘的质量，获得试验前后待测样品的风损量；

所述雨损模拟试验包括如下步骤：

关闭所述风机，开启所述雨水模拟喷嘴并调节所述淋雨装置至预设工作模式，对所述待测样品进行模拟淋雨试验，

达到预设的试验时间后，关闭所述雨水模拟喷嘴，记录所述雨水收集器的水深，记为h_i，i为第i次试验；

取部分搅拌均匀的所述雨水收集器中的样品溶液，体积记为V_i，过滤后得到湿样品，干燥后进行称重记为m_i；

计算待测样品的雨损量为α_i＝m_i*S*h_i/V_i，其中，S为所述雨水收集器的底面积。

8.如权利要求7所述的煤堆的风损和雨损的模拟试验方法，其特征在于，还包括在风损模拟试验时检测风洞管道内的起尘浓度值的步骤。

9.如权利要求7所述的煤堆的风损和雨损的模拟试验方法，其特征在于，还包括在雨损模拟试验时对所述雨水收集器中的样品溶液进行pH检测、水溶性阴离子和阳离子检测、样品溶液中粒子的体积分布和粒子数分布的检测和/或重金属含量检测的步骤。

10.如权利要求7～9中任一项所述的煤堆的风损和雨损的模拟试验方法，其特征在于，所述煤堆的形状为圆锥台、圆柱或圆锥；所述煤堆的含水率为5％、10％或15％；所述煤堆的煤种为烟煤、无烟煤或褐煤；所述淋雨装置的预设工作模式为小雨、中雨、大雨、暴雨或特大暴雨。