CN108946226B - 基于伯努利原理的通风抑尘煤仓结构及通风抑尘方法 - Google Patents

基于伯努利原理的通风抑尘煤仓结构及通风抑尘方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于伯努利原理的通风抑尘煤仓结构及通风抑尘方法，包括煤仓，所述煤仓的底部设置有若干条形地基进行支撑，相邻条形地基之间形成来流通道；所述煤仓由隔板分为上部和下部，所述隔板在人工作业区位置设置有开孔，所述煤仓的上部设置有若干第一传感器及透风口，所述煤仓的下部位于所述隔板开孔区域的下方设置有煤粉收集仓；所述煤仓的底部位于人工作业区下方设置有若干凹槽，所述凹槽的顶部设置有开孔、底部与所述来流通道相连通，所述凹槽内设置有风机。本发明由于能够形成自上而下的流场，能够有效改善煤堆仓内作业环境，降低煤粉爆炸可能性；增加仓库中的空气流通性，减少煤堆自燃现象；运用煤粉收集仓，减少煤粉对外部环境的影响。

Description

基于伯努利原理的通风抑尘煤仓结构及通风抑尘方法
技术领域
本发明涉及港口煤炭和散货堆场粉尘控制仓储结构，特别涉及基于伯努利原理的通风抑尘煤仓结构及通风抑尘方法。
背景技术
煤炭作为一种基础能源，目前仍是我国主要能源之一，以煤为主的能源结构在未来相当长时期内难以改变。随着我国经济的快速发展，我国煤炭的消耗量逐年加大,而大规模煤炭等散装物料目前多采用露天堆存的方式，其在贮存及作业过程中带来的粉尘对大气的污染日益严重,环保问题日益突出。
为治理煤堆扬尘所造成的严重环境污染，目前我国大型露天堆场多采用喷洒水、喷洒抑尘剂等抑尘措施，其具有一定的抑尘效果，但仍不能很好地解决粉尘对环境的污染问题。近年来，部分露天煤堆场引入防风网进行防护，对减少煤尘污染起到了较好的效果，但由于煤堆场未进行封闭，在强风下的煤粉的起扬仍难以得到有效控制。
为彻底的解决煤炭等散货堆场环境污染问题，最有效的方式是将煤炭等散货封闭堆存在一定的空间内，以防粉尘外溢。目前煤炭的封闭存储主要采用大型库房、半球仓及圆筒仓三种形式，但就应用效果来看,封闭储煤仓仍有较大改进空间，其主要原因有：
(1)全封闭煤仓虽然没有煤粉外泄，但粉尘浓度一旦达到临界浓度，易发生爆炸，难以满足消防要求；
(2)全封闭煤仓粉尘起扬上浮，在人员呼吸高度范围内形成作业区高浓度空气污染，严重影响作业人员的身份健康；
(3)如果煤仓上部设窗户进行通风，起扬的粉尘将大量从窗户扩散到外界，形成大气污染。
发明内容
本发明的目的在于克服煤炭封闭堆存后，作业环境差，工作条件恶劣，煤炭易发生自燃自爆等不利因素，提供一种自然通风式的环保型煤堆仓结构及通风抑尘方法，本发明在煤仓底部设置收缩型来流通道(收缩型是指相较于未进入来流通道的来流风，进入来流通道内的来流风的横截面积变小)，通道中形成高速流体，根据流体力学中的伯努利原理，通道中流速增大则压强减小，使得仓库底面下方自然形成一定负压，造成煤仓内空气向下渗流流动结构，避免粉尘上浮影响作业人员呼吸环境；少量随渗流被带入通道的粉尘将通过自然沉降作用、人工集中喷淋装置加以回收，从而在不增加大量额外能耗的前提下，实现作业环境改善、抑尘效率提高多个目标。
本发明所采用的技术方案是：一种基于伯努利原理的通风抑尘煤仓结构，包括煤仓，所述煤仓的底部设置有若干条形地基进行支撑，相邻所述条形地基之间形成来流通道；所述煤仓由隔板分为用于煤炭堆放及作业的上部，和用于粉尘收集的下部，所述隔板在人工作业区位置设置有开孔，所述煤仓的上部设置有若干用于监测煤仓内煤粉浓度的第一传感器及保证来流风以渗流形式流入煤仓内的透风口，所述煤仓的下部、位于所述隔板开孔区域的下方设置有煤粉收集仓用于粉尘收集；所述煤仓的底部、位于人工作业区下方设置有若干用于在煤仓底部形成负压、进而形成自上而下的流场的凹槽，所述凹槽的顶部设置有开孔、底部与所述来流通道相连通，所述凹槽内设置有用于煤仓内煤粉浓度过大时进行抽气的风机；所述第一传感器、风机均与智能控制系统相连接。
进一步的，所述煤仓上部主风向上所设置的透风口，由防风网网状结构构成，允许风以渗流形式流入。
进一步的，所述煤粉收集仓的上、下面均设置有滤网，所述煤粉收集仓内设置有用于监测煤粉收集仓内煤粉浓度的第二传感器及用于对煤粉收集仓内进行喷淋处理的喷淋装置，所述第二传感器、喷淋装置与所述智能控制系统相连接。
本发明所采用的另一技术方案是：一种基于上述基于伯努利原理的通风抑尘煤仓结构的通风抑尘方法，包括以下步骤：
(一)在来流风较大情况下
步骤1.1，来流风在煤仓底部的凹槽处形成负压；
步骤1.2，从煤仓上部透风口渗透进来的风由于底部负压作用向下流动，形成自上而下流场；
步骤1.3，煤仓内部煤粉由于流场作用通过中间隔板进入煤粉收集仓进行空气净化；
(二)在无来流风或来流风微弱情况下
步骤2.1，第一传感器监测到部分区域煤粉浓度超标，传出信号；
步骤2.2，智能控制系统接收信号，开启该区域附近风机，进行气体交换，形成自上而下的流场；
步骤2.3，煤仓内部煤粉由于流场作用通过中间隔板进入煤粉收集仓进行空气净化；
步骤2.4，由于风机作用，煤仓内煤粉浓度下降，降至设定浓度后，第一传感器传出信号；
步骤2.5，智能控制系统接收信号，关闭风机。
进一步的，在步骤1.3和步骤2.3中，第二传感器监测到通过滤网进入煤粉收集仓内的煤粉浓度达到设定浓度时，第二传感器发送信号给智能控制系统，智能控制系统反馈给喷淋装置，对煤粉收集仓内进行喷雾处理；最终，煤粉经由底部滤网流出。
本发明的有益效果是：由于能够形成自上而下的流场，能够有效改善煤堆仓内作业环境，极大降低煤粉爆炸可能性；增加仓库中的空气流通性，减少煤堆自燃现象；运用煤粉收集仓，极大减少煤粉对外部环境的影响。
附图说明
图1：本发明的煤堆仓迎风向正视图的示意图；
图2：本发明的煤堆仓A-A截面的示意图；
图3：本发明的原理示意图。
附图标注：1-条形地基；2-来流通道；3-透风口；4-第一传感器；5-智能控制系统；6-喷淋装置；7-煤粉收集仓；8-风机；9-凹槽；10-煤炭；11；第二传感器；12、隔板；
Ⅰ-来流风；Ⅱ-减速增压区；Ⅲ-上部绕流区；Ⅳ-减压增速区；Ⅴ-负压增强区。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如附图1和图2所示，一种基于伯努利原理的通风抑尘煤仓结构，包括煤仓，所述煤仓建于地面之上，底部由若干条形地基1支撑，相邻所述条形地基1之间形成来流通道2。所述煤仓由两部分构成，并由隔板12分为用于煤炭10堆放及作业的上部，和用于粉尘收集的下部。所述隔板12在人工作业区位置设置有开孔。所述煤仓的上部设置有若干用于监测煤仓内煤粉浓度的第一传感器4及保证来流风以渗流形式流入煤仓内的透风口3，其中，所述煤仓上部主风向上所设置的透风口3，由防风网网状结构构成，允许风以渗流形式流入。所述煤仓的下部、位于所述隔板12开孔区域的下方设置有煤粉收集仓7用于粉尘收集，所述煤粉收集仓7的上、下面均设置有滤网，所述煤粉收集仓7内设置有用于监测煤粉收集仓7内煤粉浓度的第二传感器11及用于煤粉收集仓7内煤粉浓度过大时进行喷淋处理的喷淋装置6。所述煤仓的底部、位于人工作业区下方设置有若干用于在煤仓底部形成负压、进而形成自上而下的流场的凹槽9，所述凹槽9的顶部设置有开孔，有一定通透性，所述凹槽9的底部与所述来流通道2相连通，所述凹槽9内设置有用于煤仓内煤粉浓度过大时进行适当抽气的风机8。所述第一传感器4、风机8、第二传感器11、喷淋装置6均与智能控制系统5相连接，所述智能控制系统5用于接收来自第一传感器4的信号并控制风机8的启闭，以及接受第二传感器11的信号并反馈给喷淋装置6。
本发明基于伯努利原理的通风抑尘煤仓结构的通风抑尘方法，具体包括以下步骤：
(一)在来流风较大情况下
步骤1.1，来流风在煤仓底部的凹槽9处形成负压；
步骤1.2，从煤仓上部透风口3渗透进来的风由于底部负压作用向下流动，形成自上而下流场；
步骤1.3，煤仓内部煤粉由于流场作用通过中间隔板12进入煤粉收集仓7进行空气净化；
(二)在无来流风或来流风微弱情况下
步骤2.1，第一传感器4监测到部分区域煤粉浓度超标，传出信号；
步骤2.2，智能控制系统5接收信号，开启该区域附近风机8，进行气体交换，形成自上而下的流场；
步骤2.3，煤仓内部煤粉由于流场作用通过中间隔板12进入煤粉收集仓7进行空气净化；
步骤2.4，由于风机8作用，煤仓内煤粉浓度下降，降至设定浓度后，第一传感器4传出信号；
步骤2.5，智能控制系统5接收信号，关闭风机8。
在步骤1.3和步骤2.3中，第二传感器11监测到通过滤网进入煤粉收集仓7内的煤粉浓度达到设定浓度时，第二传感器11发送信号给智能控制系统5，智能控制系统5反馈给喷淋装置6，对煤粉收集仓7内进行喷雾处理；最终，煤粉经由底部滤网流出。
在来流风较大的情况下：如图3所示，一部分来流风Ⅰ从煤仓下部来流通道2通过，由于横断面减小，底部区域流速增大，根据伯努利方程，压强减小，形成减压增速区Ⅳ；另一部分来流风Ⅰ从煤仓顶部流过，形成上部绕流区Ⅲ；而煤仓前方由于仓库墙体的阻挡，流速减小，压强增大，形成减速增压区Ⅱ；来流通道2中存在若干凹槽9，在凹槽9处形成一定漩涡，进一步减小压强，形成负压增强区Ⅴ，最终导致透风口3与凹槽9内形成一定压强差，在仓内形成向下的流场，达到改善作业环境，增加仓库通透性的作用。根据数值模拟的结果，在5级风(取9m/s风速)的情况下，考虑来流风压强为标准大气压101.325kpa，来流通道2高1m，煤仓高30m。则在煤仓底来流通道2中压强为101.168kpa，形成-156.735pa的负压。同理，6级风，7级风和8级风情况下的来流通道2压强，见表1。
表1不同风力等级1m高来流通道内压强
Figure BDA0001777068010000051
从表中看出，来流风能够在来流通道2中形成有效负压，为加强负压效果，在底部设置凹槽9，使负压效果更为明显；透风口3处与底部凹槽9即能形成更大压差。根据伯努利原理：
Figure BDA0001777068010000061
式中，ρ为气流密度，v1和v2分别为图2中b-b和a-a断面的气体流速，p1和p2分别为图2中b-b和a-a断面的气体压强，pw为气压阻力损失。从该方程可以看出，在气体流动过程中，流速小的地方压强大，流速大的地方压强小，对于专门设计的气流通道来说，由于断面突然缩小，造成流速大幅增大，同时考虑到无限远处流体的压强为大气压强，则通道内压强小于大气压强，为负压状态。大较大风速条件下，该负压将在煤仓内自然形成下吸的气流结构。
在无来流风或来流风微弱的情况下，考虑到伯努利效应可能不够明显，为保障通风和消防安全，当煤仓上部第一传感器4监测到煤粉达到一定浓度时，将该信号传入煤仓下部智能控制系统5，智能控制系统5开启风机8，形成向下的流场，达到通风，改善环境作用。
煤粉由于自上而下的流场作用，向下运动，通过隔板12开孔区域进入煤粉收集仓7，由煤粉收集仓7顶部滤网进行一次过滤；通过顶层滤网的煤粉若仍大于一定浓度，则第二传感器11发送信号给智能控制系统5，智能控制系统5反馈给喷淋装置6，对煤粉收集仓7内进行喷雾处理；最终，煤粉经由煤粉收集仓7底部滤网流出，防止煤粉大量溢出。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于伯努利原理的通风抑尘煤仓结构，包括煤仓，其特征在于，所述煤仓的底部设置有若干条形地基进行支撑，相邻所述条形地基之间形成来流通道；所述煤仓由隔板分为用于煤炭堆放及作业的上部，和用于粉尘收集的下部，所述隔板在人工作业区位置设置有开孔，所述煤仓的上部设置有若干用于监测煤仓内煤粉浓度的第一传感器及保证来流风以渗流形式流入煤仓内的透风口，所述煤仓的下部、位于所述隔板开孔区域的下方设置有煤粉收集仓用于粉尘收集；所述煤仓的底部、位于人工作业区下方设置有若干用于在煤仓底部形成负压、进而形成自上而下的流场的凹槽，所述凹槽的顶部设置有开孔、底部与所述来流通道相连通，所述凹槽内设置有用于煤仓内煤粉浓度过大时进行抽气的风机；所述第一传感器、风机均与智能控制系统相连接；
其中，所述煤仓上部主风向上所设置的透风口，由防风网网状结构构成，允许风以渗流形式流入；所述煤粉收集仓的上、下面均设置有滤网，所述煤粉收集仓内设置有用于监测煤粉收集仓内煤粉浓度的第二传感器及用于对煤粉收集仓内进行喷淋处理的喷淋装置，所述第二传感器、喷淋装置与所述智能控制系统相连接。
2.一种基于上述权利要求1所述的基于伯努利原理的通风抑尘煤仓结构的通风抑尘方法，其特征在于，包括以下步骤：
(一)在来流风大于等于5级风的情况下
步骤1.1，来流风在煤仓底部的凹槽处形成负压；
步骤1.2，从煤仓上部透风口渗透进来的风由于底部负压作用向下流动，形成自上而下流场；
步骤1.3，煤仓内部煤粉由于流场作用通过中间隔板进入煤粉收集仓进行空气净化；
(二)在无来流风或来流风微弱情况下
步骤2.1，第一传感器监测到部分区域煤粉浓度超标，传出信号；
步骤2.2，智能控制系统接收信号，开启该区域附近风机，进行气体交换，形成自上而下的流场；
步骤2.3，煤仓内部煤粉由于流场作用通过中间隔板进入煤粉收集仓进行空气净化；
步骤2.4，由于风机作用，煤仓内煤粉浓度下降，降至设定浓度后，第一传感器传出信号；
步骤2.5，智能控制系统接收信号，关闭风机。
3.根据权利要求2所述的一种基于伯努利原理的通风抑尘煤仓结构的通风抑尘方法，其特征在于，在步骤1.3和步骤2.3中，第二传感器监测到通过滤网进入煤粉收集仓内的煤粉浓度达到设定浓度时，第二传感器发送信号给智能控制系统，智能控制系统反馈给喷淋装置，对煤粉收集仓内进行喷雾处理；最终，煤粉经由底部滤网流出。
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