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棉紡車間空氣污染造成煤灰紗的成因分析與防治

  
評(píng)論: 更新日期:2020年04月25日

  摘要: 煤灰紗嚴(yán)重影響紡織產(chǎn)品質(zhì)量,同時(shí)也是難以解決的技術(shù)問題。本文通過對(duì)煤灰紗成因的分析,試圖找到煤灰紗形成的特征性規(guī)律,從而找到切實(shí)可行的技術(shù)解決途徑。

  關(guān)鍵詞: 棉紡車間 煤灰紗

??? 煤灰紗是指被空氣中煤煙塵污染的細(xì)紗。由于煙塵型污染,空氣進(jìn)入紡紗車間后,生產(chǎn)出來的潔白管紗會(huì)變成灰黑色,在管紗下部猶為嚴(yán)重。用煤灰紗織出的白坯布面上形成有不規(guī)則的黑條,不能用于漂白和淺色加工。煤灰紗的發(fā)生具有以下特點(diǎn):1、時(shí)間長,春秋季節(jié)會(huì)不同程度地發(fā)生,霉雨天氣,霧天最為厲害。2、影響面積大,如不采取有效防治措施,往往會(huì)出現(xiàn)大量的煤灰紗。3、 產(chǎn)生機(jī)理復(fù)雜,影響因素多,至今還無十分有效的防治措施。

??? 1 產(chǎn)生原因

??? 1.1 室內(nèi)空氣中煙塵顆粒的存在

??? 室內(nèi)空氣中存在的煙塵顆粒由室內(nèi)外兩個(gè)污染源產(chǎn)生,即侵入室內(nèi)的室外空氣中煙塵顆粒和紡織機(jī)械滋生的油煙顆粒。

??? 室外空氣中的煙塵顆粒未經(jīng)有效過濾即進(jìn)入車間是煤灰紗的形成的條件之一。侵入途徑有:當(dāng)室外新風(fēng)進(jìn)入空調(diào)間時(shí),大氣中的煙塵在沒有經(jīng)過有效過濾的情況下就與回風(fēng)混合進(jìn)入車間;由于風(fēng)壓和熱壓的作用使車間呈負(fù)壓,室外含煙塵空氣經(jīng)過門窗縫隙直接滲透進(jìn)入車間。

??? 處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的紡織機(jī)械零件所產(chǎn)生的高溫,會(huì)使機(jī)油析出細(xì)小顆粒甚至炭黑,造成室內(nèi)環(huán)境污染。

??? 1.2 靜電吸附作用

??? 被排放出來的煤煙灰,在其產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)過程中,由于相互摩擦、碰撞、接觸帶電體等原因,幾乎總帶有一定的電荷。另一方面,由于紡織纖維均為不良導(dǎo)體,在牽伸、卷繞過程中,纖維與纖維之間、纖維與皮輥之間、纖維與鋼絲圈之間的摩擦極易產(chǎn)生靜電。再則,紗穗在細(xì)紗機(jī)上,由于加捻和纏繞的需要,線速度很高,與空氣形成一對(duì)等值的反向摩擦力,它的荷電性和粘附性更強(qiáng)。正負(fù)電荷相互作用形成煤灰紗。紗的支數(shù)越高,紗穗在機(jī)上與空氣接觸的時(shí)間愈長,線速度愈大,因而媒灰紗現(xiàn)象也愈嚴(yán)重。一般紡40支以上產(chǎn)品時(shí),容易產(chǎn)生煤灰紗。

??? 總之,煤灰紗的產(chǎn)生是煙塵顆粒存在和靜電吸附共同作用的結(jié)果。

??? 2 大氣對(duì)煙塵顆粒的輸運(yùn)作用

??? 煤灰紗形成時(shí)大氣背景的惡化究其原因,與大氣對(duì)流層出現(xiàn)逆溫層,風(fēng)力輸運(yùn),氣壓分布,日照時(shí)間等條件有關(guān)。因此,分析煙塵顆粒在大氣層中的流動(dòng)情況,即可清楚地了解煤灰紗形成的氣象條件。

??? 2.1 逆溫層中的熱泳作用

??? 由于煙氣內(nèi)含有水汽,屬濕絕熱膨脹,有汽化熱放出,并繼續(xù)上升,以湍流形式流向高空。這樣煙塵顆粒擴(kuò)散良好,附近紡織工廠紡紗過程中形成煤灰紗的幾率不大。若至夜晚,由于地面不再受到陽光照射,地表溫度逐漸下降,而地面上空的空氣由于接近完全透明體,沒有多少輻射能散失,這樣會(huì)形成地表溫降快,而高空溫降慢,地表溫度低于其上面空氣的溫度。所以在晴朗的夜晚,會(huì)形成離地高度愈高,溫度亦愈高的現(xiàn)象,即形成逆溫層。一旦逆溫層高于煙囪排氣口一定距離,因?yàn)闊焽枧懦鰺煔饨^熱膨脹發(fā)生溫降,而其上空氣溫度比煙囪煙氣溫度高,則煙囪排出的煙氣不能很好的擴(kuò)散,由于熱泳作用溫度較低的煙氣發(fā)生下沉。加上未燃盡的炭粒和煤灰較空氣重,亦向下沉,故煙囪附近空氣污染嚴(yán)重,易發(fā)生煤灰紗。

??? 在氣候惡劣時(shí),如冷空氣與熱濕空氣交鋒時(shí),熱濕空氣爬到上方亦會(huì)形成逆溫層。在這種情況下,也易形成煤灰紗。清晨時(shí),陽光照射地面,地面吸收太陽輻射能溫度上升,但近地面一部分空氣溫度低于地表面溫度,煙囪口上部仍為逆溫層,煙氣不能擴(kuò)散,往下沉,產(chǎn)生漫煙流,對(duì)周圍空氣的污染最為嚴(yán)重,紡織工廠此時(shí)煤灰紗亦最嚴(yán)重。

??? 2.2 風(fēng)力輸運(yùn)作用

??? 風(fēng)對(duì)煙塵顆粒有極強(qiáng)的裹挾輸運(yùn)作用, 總是將與空氣密度大體相近的煙塵輸送到遠(yuǎn)方。風(fēng)向決定了被煤煙灰污染的區(qū)域(總是在污染源的下風(fēng)方向)。風(fēng)向是忽上忽下、忽左忽右的,風(fēng)速也是時(shí)強(qiáng)時(shí)弱的,這種大氣湍流運(yùn)動(dòng)的結(jié)果,造成流場各部分之間強(qiáng)烈的混合。風(fēng)速愈大,湍流愈強(qiáng),煤煙灰擴(kuò)散的速度就越快,稀釋的就愈好,空氣中的濃度也就愈低。但本地區(qū)空氣中煤煙灰的濃度低,即有可能造成其它地區(qū)煤煙灰的濃度升高。反之,即使本地區(qū)空氣質(zhì)量良好,也有可能由于風(fēng)力輸入了其它地區(qū)的煙塵,從而形成煤灰紗。

??? 2.3 氣壓分布的作用效應(yīng)

??? 空氣污染還與大氣壓有著密切的關(guān)系,低氣壓域內(nèi),空氣有上升運(yùn)動(dòng),而且通常風(fēng)速較大,大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài),有利于煤煙灰的擴(kuò)散稀釋;相反,在較高的大氣壓域內(nèi),天氣晴朗,風(fēng)速較小,空氣有較大范圍的下沉運(yùn)動(dòng),形成逆溫,阻止向上湍流空氣的擴(kuò)散。如果有連續(xù)幾天的微風(fēng)和逆溫,便呈現(xiàn)“空氣停滯”現(xiàn)象,使大氣對(duì)煤煙灰的擴(kuò)散能力下降,從而出現(xiàn)較大范圍和較長時(shí)間的污染危害。

??? 大氣條件屬自然力,從某種意義上講是無法抗拒與改變的。但是,我們可以探索并掌握其規(guī)律加以防備,改善現(xiàn)有的生產(chǎn)條件,減輕甚至避免煤灰紗的產(chǎn)生。

??? 3 煤灰紗出現(xiàn)的特征性規(guī)律

??? 3.1 區(qū)域特征

??? 在城市中心區(qū)、重工業(yè)區(qū)、緊*交通樞紐的地區(qū)極易產(chǎn)生煤灰紗。1.因?yàn)槌鞘兄行木用穸?,廠區(qū)周圍的居民設(shè)施多,有不少以燃煤為主;工廠、機(jī)關(guān)單位生活取暖、茶爐、鍋爐燃煤;都要產(chǎn)生大量煤煙排入空中,這一點(diǎn)在我國西北地區(qū)尤為突出。加之馬路上的細(xì)小塵埃,經(jīng)車輛行駛后飛起,也漂浮在低空中,進(jìn)入冬天。天冷氣壓低,這些黑灰大都在空氣的低層,形成了煤灰紗的污染源。2.在重工業(yè)區(qū),由于動(dòng)力和工藝的要求,絕大部分地方都是煙囪林立。尤其是火力發(fā)電廠、煉鋼廠的周圍空氣污染及其嚴(yán)重。3.交通樞紐是物資周轉(zhuǎn)的中心,車船來往頻繁,由車船行駛散發(fā)和卷揚(yáng)起的粉塵包括煙煤灰濃度極高,空氣污染情況嚴(yán)重,極易產(chǎn)生煤灰紗。

??? 3.2 季節(jié)特征

??? 產(chǎn)生煤灰紗機(jī)布較多的季節(jié)為l季度和4季度,即每年的10月初到次年的3月初,中國南方的梅雨季節(jié)。因?yàn)槊磕甑?0月初到次年的3月初,室外氣溫一般在0——l0℃或更低,相對(duì)濕度在85—100%的條件下,而且這種氣候氣壓更低,風(fēng)速0——0.2m/s,空氣處于基本無流動(dòng)狀態(tài),大氣中的細(xì)小塵埃都分散在下層空間。形成煤灰紗污染源。同時(shí),九月下旬至十月上旬,由于農(nóng)民焚燒秸桿造成空氣污染也不容忽視。

??? 3.3 日周期變化特征

??? 煤灰紗并非全天侯出現(xiàn),在晴朗的白天,陽光充足,地面溫度較高;而到夜晚靜風(fēng)無云,晝夜溫度變化較大時(shí),易產(chǎn)生煤灰紗。總的來說,一般產(chǎn)生于夜晚至清晨10時(shí)之前,究其原因,與大氣對(duì)流層出現(xiàn)逆溫層有關(guān)。

??? 清晨,陽光照射地面,地面吸收太陽輻射能,溫度上升。但近地面一部分空氣溫度低于地表溫度,煙囪口上部仍為逆溫層,煙氣不能擴(kuò)散,往下沉,產(chǎn)生漫煙型煙流,污染周圍空氣最為嚴(yán)重。及至上午9—10時(shí)以后,煙囪口的上空逆溫層逐漸消失,排出的煙又可充分向上擴(kuò)散,煤灰紗因此亦可消失。

??? 3.4 紡紗的品種特征

??? 所紡產(chǎn)品不同,煤灰紗疵布也不同,一般在滌棉、純滌品種上最為多見。而在純棉、純粘膠產(chǎn)品上則基本無煤灰紗。因?yàn)闇炀]產(chǎn)品易產(chǎn)生靜電,其可紡比電阻值應(yīng)是105Ωcm,但因?yàn)闇炀]生產(chǎn)廠家不同,此比電阻值有變化。細(xì)紗錠子在高速回轉(zhuǎn)時(shí),管紗與車間空氣摩擦而產(chǎn)生靜電,其周圍形成靜電場,在靜電的作用下,管紗對(duì)其周圍空氣中的煤灰有吸引力;同時(shí)管紗在高速回轉(zhuǎn)中對(duì)灰粒產(chǎn)生離心力?;伊T陟o電和離心力的同時(shí)作用下,就依附在管紗表面的毛羽尖端上,并逐步形成積聚,時(shí)間越長,空氣中灰粒越多,煤灰微粒積聚也愈嚴(yán)重,最終形成煤灰紗。

??? 4 防治措施

??? 防治煤灰紗需要從兩方面考慮:1、防止煙塵顆粒的侵入;2、消除靜電效應(yīng)。只有將二者結(jié)合,才能比較有效的消除煤灰紗現(xiàn)象。

??? 4.1 防止煙塵顆粒的侵入

??? 從煙囪或汽車尾氣中大量排出未經(jīng)完全燃燒的碳黑及油煙顆粒很難用單一的除塵機(jī)理加以清除。由于油煙粒徑在0.03μm—1.0μm之間。而碳黑粒徑在 0.01μm—0.2μm之間,在此粒徑范圍內(nèi)塵埃和水滴表面存在一層氣膜。很難被水潤濕洗滌沉降,也就是說空調(diào)用淋水室失效。又因?yàn)榱椒秶苄?,用常?guī)的過濾方法也無能為力,所以必須層層設(shè)防,采用復(fù)合機(jī)理的方法加以有效清除。

??? 4.1.1 廠址、廠房型式的選擇

??? 紡織廠的廠址應(yīng)選在城市郊區(qū),遠(yuǎn)離重工業(yè)帶和交通樞紐,并應(yīng)盡量處于上風(fēng)區(qū)(風(fēng)向資料可由當(dāng)?shù)貧庀笳?、臺(tái)提供)。如果條件不允許,也要偏離主風(fēng)帶,以避免風(fēng)力輸運(yùn)作用。在廠區(qū)周圍和內(nèi)部的綠化工作不容忽視,自然或人工植被是一道良好的污染物阻擋屏障。

??? 考慮到風(fēng)壓和熱壓的作用,廠房以新式封閉廠房為宜。舊廠房的改造因地制宜,各有特點(diǎn),但一般采取增設(shè)過濾裝置(同時(shí)應(yīng)調(diào)整風(fēng)機(jī)負(fù)荷),加強(qiáng)門窗的密封性等做法,但效果不盡人意。現(xiàn)在出現(xiàn)的某些新方法也用于舊廠房的改造,效果有待檢驗(yàn)。

??? 4.1.2 新風(fēng)的處理

??? 新風(fēng)口直接從室外吸入空氣,是防止煙塵顆粒入侵的關(guān)鍵部位,必須加強(qiáng)防治工作。目前加設(shè)8mm厚過濾海綿窗或長毛絨過濾材料,以及在鐵絲網(wǎng)或尼龍網(wǎng)框架涂副一層粘性較大機(jī)油的作法效果并不理想。

??? 有關(guān)資料提出靜電——纖維過濾方法。也就是,讓新風(fēng)在高壓電暈線和接地極板之間通過,使粉塵粒子荷電(或通過x射線,放射線輻射使粒子荷電)。荷電粒子隨氣流進(jìn)入過濾段,在纖維過濾層發(fā)生粉塵沉積。目前公認(rèn)的粉塵粒子荷電基本機(jī)理是:(1)離子碰撞,即離子與粉塵粒子發(fā)生碰撞,離子被粉塵粒子俘獲,使粉塵荷電;(2)離子擴(kuò)散,即離子濃度差引起離子擴(kuò)散,在此過程中,把電荷傳給粉塵粒子。雖然負(fù)電暈放電比正電暈放電效果好,但負(fù)電暈放電會(huì)產(chǎn)生比正電暈多的多的臭氧(03)和氮氧化物(N0x),故采用正電暈。在這種過濾器中,纖維濾料應(yīng)當(dāng)具有高比電阻和低吸濕性,以保持其中的電場。可以用木纖維、玻璃纖維、各種合成纖維以及石棉做過濾層,且氣流通過濾料必須保持低速度,因?yàn)殪o電作用對(duì)速度是敏感的。但低氣流速度,勢必造成設(shè)備投資增加,空調(diào)室占地面過大(這一點(diǎn)尤其不利于舊廠房的技術(shù)改造),同時(shí)加大了維修保養(yǎng)的難度。

??? 采用新型自荷電過濾材料,可以彌補(bǔ)靜電- -纖維過濾方法的不足。自荷電過濾材料的纖維本身帶有靜電,當(dāng)煙塵顆粒隨氣流通過濾料層時(shí),隨即荷電被捕捉。此方法不僅省卻了荷電段減少了設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用,而且維修保養(yǎng)極其方便,只須定期更換濾料即可。對(duì)于舊廠房改造有不可比擬的優(yōu)勢。

??? 4.1.3 回風(fēng)的處理

??? 實(shí)踐中往往只注意新風(fēng)口,而忽略回風(fēng)口的空氣過濾作用。其實(shí)室內(nèi)空氣污染也是形成煤灰紗的因素之一,這只有*回風(fēng)過濾段來解決。紡織機(jī)械很多零件處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài),機(jī)油吸收摩擦熱后,會(huì)釋出細(xì)小的機(jī)油顆粒,如果溫度過高還會(huì)產(chǎn)生炭黑。若回風(fēng)未設(shè)過濾段,當(dāng)室內(nèi)污染物濃度達(dá)到一定濃度時(shí),也會(huì)產(chǎn)生煤灰紗。建議在回風(fēng)處加設(shè)過濾裝置。

??? 4.1.4 噴水室的改進(jìn)

??? 如果在新風(fēng)口只是設(shè)置了簡單的過濾網(wǎng)而不是高效濾料,則可與皂化噴水室聯(lián)合使用,以達(dá)到凈化空氣的作用。這是一種空塔洗滌裝置,它借助于水滴及溶解其中的洗滌劑的共同作用,來達(dá)到凈化空氣的目的。當(dāng)氣流與水接觸時(shí),除了塵粒的慣性碰撞、擴(kuò)散、凝聚等凈化機(jī)理外,還由于洗滌劑溶液降低了水的表面張力,并發(fā)生潤濕、乳化、分散、起泡等作用,有較強(qiáng)的去污能力,使細(xì)小塵粒得以去除。

??? 水滴的霧化情況關(guān)系到除塵效果,為了增加氣液兩相的接觸面積,要求噴出的水滴細(xì)?。坏^細(xì)的霧化增加了脫水和除沫的困難,且在生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)易造成噴嘴堵塞,故宜選用中噴型噴嘴。但噴水室皂化對(duì)空氣的熱濕處理是否有影響,未除凈的泡沫對(duì)工藝和設(shè)備是否有影響,還有待商榷。

??? 筆者傾向于采用高效濾料,噴水室專職熱濕處理的結(jié)合。

??? 4.2 消除靜電效應(yīng)

??? 煤灰紗最終產(chǎn)生的原因是紗線產(chǎn)生靜電而捻加上煙塵。如果用抗靜電劑對(duì)紗線進(jìn)行處理,消除紗線上的靜電,必然會(huì)減少甚至消除煤灰紗??轨o電劑是化學(xué)藥劑,具有較好的導(dǎo)電性和較強(qiáng)的吸濕性。在容易產(chǎn)生靜電的紡織材料中加入抗靜電劑后,能降低材料肋體積電阻或表面電阻,加速靜電泄漏,消除靜電??轨o電劑是消除紡織靜電最經(jīng)濟(jì)、最實(shí)用的方法。

??? 抗靜電劑是通過減少靜電的發(fā)生,加快靜電的逸散,或通過兩者相結(jié)合的方式而起到消電作用的。

??? 抗靜電劑在纖維表面形成了一層柔軟滑爽的親水性高聚物覆蓋膜,增大了纖維與摩擦物之間的接觸間隙,減小了接觸面積,減少了摩擦,起到了抑制靜電積累的作用。

??? 加快材料上靜電的散失速度是大多數(shù)抗靜電劑發(fā)揮作用的主要方式??轨o電劑的分子由兩個(gè)基團(tuán)組成,一個(gè)是電子分布比較均勻?qū)ΨQ而無極性的基團(tuán)R,另一個(gè)是有極性的基X.對(duì)極性物質(zhì)水來說,基團(tuán)R很難與水分子結(jié)合,稱疏水基;基團(tuán)X則易與水分子結(jié)合,稱親水基。當(dāng)抗靜電劑涂敷于纖維表面時(shí),由于抗靜電劑的極性親水基團(tuán)與纖維極性基團(tuán)的相互作用,使抗靜電劑分子在纖維界面上形成定向排列,其疏水基向著纖維,而親水基朝向空氣,從而在纖維面上形成連續(xù)的親水表層,有利于吸收水分而使纖維的電阻值下降,加快材料上靜電的散失速度。

??? 抗靜電劑起作用的另一種方式是離子化。離子性的抗靜電劑本身具有良好的導(dǎo)電性,這種抗靜電劑分子在表層水分作用下發(fā)生電離,顯著提高了纖維表面的導(dǎo)電性。此外,離子性抗靜電劑還可通過中和表層電荷的方式消除帶電。

??? 5 結(jié)論

??? 煤灰紗現(xiàn)象不僅僅是技術(shù)問題,而是一個(gè)社會(huì)問題,是社會(huì)整體生產(chǎn)背環(huán)境空氣惡化的產(chǎn)物。從過濾凈化技術(shù)上講,單一的除塵機(jī)理無法很好地解決這一問題,必須采用多種除塵機(jī)理相結(jié)合的方法。從社會(huì)角度來說,只有動(dòng)員社會(huì)的力量,改善能源結(jié)構(gòu),對(duì)排放煤煙灰的工廠進(jìn)行綜合治理,才能收到事半功倍的效果。

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