煤堆風損和雨損的模擬試驗裝置及方法
【專利摘要】本發明涉及一種煤堆的風損和雨損的模擬試驗裝置和方法。該模擬試驗裝置包括風洞管道、風機、風門、導流板、樣品托盤、噴淋裝置、雨水收集器及濾網。該煤堆的風損和雨損模擬試驗裝置和方法能夠實現分別進行靜態揚塵及雨水沖刷試驗，靜態揚塵試驗時，關閉雨水模擬噴嘴，調整風門控制風速并調整導流板控制風向；模擬淋雨試驗時，關閉風機和風門，開啟噴淋裝置，調節噴淋裝置的工作模式獲得不同大小的雨水，以進行不同雨量的模擬試驗。
【專利說明】煤堆風損和雨損的模擬試驗裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電站煤堆存儲領域，尤其是涉及一種煤堆的風損和雨損的模擬試驗裝置及方法。
【背景技術】
[0002]中國是世界上少數以煤炭為主要能源的國家之一。近年來隨著國民經濟的持續較快發展，化工、冶金、電力等行業的發展導致了對煤炭的需求逐年遞增。煤炭是不可再生的礦產資源，在利用中存在許多問題，例如，在煤倉堆放過程中，會受到風力與機械力的作用，發生揚塵，造成煤炭資源巨大的浪費，有時甚至由于粉塵含量過高，引起火災事故，由此引發的爆炸又會造成嚴重的人員傷亡，對安全生產帶來極大危害。特別是露天儲煤場煤灰隨風擴散遷移傳播，會直接污染大氣，惡化區域生態環境。此外，沿海或降雨量較大的地區，雨水會對露天煤堆進行沖刷，不僅導致煤炭資源的浪費，并且雨水會攜帶煤粉污染儲煤場附近的水資源，造成地表生態的破壞與污染。
[0003]為了減少煤堆因自然風力以及雨水沖刷造成損失，通過研究常用煤種在不同天氣變化(不同風力以及不同降雨量)過程中的煤損特性，構建煤堆風損雨損機理模型，確定風力吹攜以及雨量沖刷對煤堆以及環境的影響規律，進而指導煤倉堆煤過程，對減緩堆煤過程中的煤量損耗具有重要的意義。
【發明內容】
[0004]基于此，有必要提供一種能夠適用于煤堆靜場揚塵特性試驗以及雨水沖刷煤損特性試驗的煤堆的風損和雨損的模擬試驗裝置及方法。
[0005]一種煤堆的風損和雨損的模擬試驗裝置，包括風洞管道、風機、風門、導流板、樣品托盤、噴淋裝置、雨水收集器及濾網；所述風機設在所述風洞管道的一端用于向所述風洞管道內鼓風；所述風門、所述導流板及所述樣品托盤依次設在所述風洞管道內；所述樣品托盤用于盛放待測樣品，且所述樣品托盤的四周設有導流溝，所述雨水收集器與所述導流溝連通；所述噴淋裝置具有雨水模擬噴嘴，所述雨水模擬噴嘴設在所述風洞管道內且位于所述樣品托盤之上；所述濾網設在所述風洞管道的另一端且封住該端；所述風機產生的風經由所述風門調整風速和所述導流板調整風向后吹至所述待測樣品表面并最終吹至所述濾網；所述噴淋裝置經由所述雨水模擬噴嘴對所述待測樣品進行模擬淋雨試驗，模擬雨水淋到所述待測樣品表面后經由所述導流溝流入所述雨水收集器。
[0006]在其中一個實施例中，所述模擬試驗裝置還包括用于實時測量風速的風速測量儀，所述風速測量儀設在所述風洞管道內，位于所述導流板及所述樣品托盤之間且靠近所述樣品托盤設置。
[0007]在其中一個實施例中，所述模擬試驗裝置還包括圍繞所述樣品托盤四周設置的可拆卸式的防風板，所述防風板與所述風洞管道的軸向垂直設置且所述防風板的高度可調。
[0008]在其中一個實施例中，所述模擬試驗裝置還包括設在所述風洞管道內用于檢測起塵濃度值的TSP測量儀，所述TSP測量儀設在所述樣品托盤附近。
[0009]在其中一個實施例中，所述風洞管道在設有所述濾網的一端的開口尺寸逐漸增大。
[0010]在其中一個實施例中，所述風洞管道的截面尺寸不小于0.SmX0.Sm ;所述風機為額定負荷；所述風門的風速調整范圍為O?30m/s ;所述雨水模擬噴嘴噴出的模擬雨水的流量不小于0.4m3/h,且所述噴淋裝置具有小雨、中雨、大雨、暴雨及特大暴雨五種工作模式，分別模擬小雨、中雨、大雨、暴雨及特大暴雨的模擬淋雨試驗。
[0011]一種煤堆的風損和雨損的模擬試驗方法，使用上述任一實施例所述的模擬試驗裝置，所述模擬試驗方法包括如下步驟:
[0012]在樣品托盤上放置待測樣品，并按照預設的比例形成與實物相似的形狀，將樣品托盤放置入風洞管道內；
[0013]進行風損模擬試驗和/或雨損模擬試驗，其中，所述風損模擬試驗包括如下步驟:
[0014]關閉所述雨水模擬噴嘴，開啟所述風機，調節所述風門及所述導流板至預設的風速和風向；
[0015]達到預設的試驗時間后，關閉所述風機；
[0016]對所述濾網進行沖洗，收集沖洗液進行粒徑分布特性分析，和/或稱量所述樣品托盤的質量，獲得試驗前后待測樣品的風損量；
[0017]所述雨損模擬試驗包括如下步驟:
[0018]關閉所述風機，開啟所述雨水模擬噴嘴并調節所述淋雨裝置至預設工作模式，對所述待測樣品進行模擬淋雨試驗，
[0019]達到預設的試驗時間后，關閉所述雨水模擬噴嘴，記錄所述雨水收集器的水深，記為hi; i為第i次試驗；
[0020]取部分攪拌均勻的所述雨水收集器中的樣品溶液，體積記為Vi,過濾后得到濕樣品，干燥后進行稱重記為Hli ;
[0021]計算待測樣品的雨損量為a i = mjS^i/Vi，其中，S為所述雨水收集器的底面積。
[0022]在其中一個實施例中，所述模擬試驗方法還包括在風損模擬試驗時檢測風洞管道內的起塵濃度值的步驟。
[0023]在其中一個實施例中，所述模擬試驗方法還包括在雨損模擬試驗時對所述雨水收集器中的樣品溶液進行PH檢測、水溶性陰離子和陽離子檢測、樣品溶液中粒子的體積分布和粒子數分布的檢測和/或重金屬含量檢測的步驟。
[0024]在其中一個實施例中，所述煤堆的形狀為圓錐臺、圓柱或圓錐；所述煤堆的含水率為5%、10%或15% ;所述煤堆的煤種為煙煤、無煙煤或褐煤；所述淋雨裝置的預設工作模式為小雨、中雨、大雨、暴雨或特大暴雨。
[0025]上述煤堆的風損和雨損模擬試驗裝置和方法能夠實現分別進行靜態揚塵及雨水沖刷試驗，靜態揚塵試驗時，關閉雨水模擬噴嘴，調整風門控制風速并調整導流板控制風向；模擬淋雨試驗時，關閉風機和風門，開啟噴淋裝置，調節噴淋裝置的工作模式獲得不同大小的雨水，以進行不同雨量的模擬試驗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為一實施方式的煤堆的風損和雨損的模擬試驗裝置結構示意圖；
[0027]圖2為樣品托盤、導流溝及雨水收集器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028]為了便于理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳實施例。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發明的公開內容的理解更加透徹全面。
[0029]需要說明的是，當元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。
[0030]除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發明的【技術領域】的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
[0031]請結合圖1和圖2，一實施方式的煤堆的風損和雨損的模擬試驗裝置10包括風洞管道100、風機200、風門300、導流板400、樣品托盤500、噴淋裝置600、雨水收集器700及濾網800。
[0032]風動管道100的主體部呈長方體型，截面尺寸不小于0.SmX0.Sm。本實施方式的風動管道100的一端開口呈喇叭形，便于降低風速和風壓。且風洞管道100的側壁設有透明密封的觀察窗口 110，便于操作人員實時觀察風洞管道100內的試驗狀況。可理解，在其他實施方式中，風洞管道100的形狀不限于此，如也可以為圓柱形等。
[0033]風機200設在風洞管道100的一端，用于向風洞管道100內鼓風。本實施方式的風機200的負荷額定，由支架210固定在風洞管道100的端部。
[0034]風門300、導流板400及樣品托盤500依次設在風洞管道100內。風門300用于調整風速。本實施方式的風門300的風速調整范圍為O?30m/s。
[0035]導流板400設在風門300的一側用于調整風向。
[0036]樣品托盤500用于盛放待測樣品。樣品托盤500的樣品放置區能夠容納不小于10kg的待測樣品，且待測樣品自然堆放體積不超過該部分風洞管道100的體積的1/4。樣品托盤500的四周設有導流溝510，用于將雨水導出。
[0037]噴淋裝置600具有雨水模擬噴嘴610。雨水模擬噴嘴610設在風洞管道100內且位于樣品托盤500之上。雨水模擬噴嘴610噴出的模擬雨水的流量不小于0.4m3/h。本實施方式的噴淋裝置600具有小雨、中雨、大雨、暴雨及特大暴雨五種工作模式，分別模擬小雨、中雨、大雨、暴雨及特大暴雨的模擬淋雨試驗，其中，所述小雨、中雨、大雨、暴雨及特大暴雨的標準符合國家氣象臺的相關規定。
[0038]雨水收集器700與導流溝連通，用于收集模擬雨水。
[0039]濾網800設在風洞管道100的喇叭形開口端且封住該端。濾網800采用高密度濾網，用于攔截并收集煤堆的揚塵，用于測量揚塵粒徑分布所用。
[0040]風機200產生的風經由風門300調整風速和導流板400調整風向后吹至待測樣品表面并最終吹至濾網800。
[0041]噴淋裝置600經由雨水模擬噴嘴610對待測樣品進行模擬淋雨試驗，模擬雨水淋到待測樣品表面后經由導流溝流入雨水收集器700。
[0042]此外，在本實施方式中，模擬試驗裝置10還包括用于實時測量風速的風速測量儀900。風速測量儀900設在風洞管道100內，位于導流板400及樣品托盤500之間且靠近樣品托盤500設置。風速測量儀900可以但不限于皮托管風速測量裝置，可測量風機200出口和樣品上方空氣流速。
[0043]本實施方式的模擬試驗裝置10還包括圍繞樣品托盤500四周設置的可拆卸式的防風板(圖未示)。防風板與風洞管道100的軸向垂直設置且防風板的高度可調。防風板可拆卸且高度可調，因此，該模擬試驗裝置10可模擬無防風墻和有防風墻的煤場風損特性，并且可模擬不同高度的防風墻的防風效果，只要同比例調節防風板的高度即可。
[0044]進一步，在本實施方式中，模擬試驗裝置10還包括設在風洞管道100內用于檢測起塵濃度值的TSP測量儀。TSP測量儀設在樣品托盤500附近。
[0045]本實施方式還涉及一種煤堆的風損和雨損的模擬試驗方法，其使用上述模擬試驗裝置10。模擬試驗方法包括如下步驟:
[0046]步驟Sll:在樣品托盤上放置待測樣品，并按照預設的比例形成與實物相似的形狀，將樣品托盤放置入風洞管道內。
[0047]根據相似原理，選擇電廠等煤堆的形狀作為實驗煤堆形狀，如圓錐臺狀、圓柱狀或圓錐狀等，按照預設的比例，如1:350的比例建立一定質量的模型煤堆，如可以但不限于200kg左右的模型煤堆。選擇的煤堆的含水率可以大不限于5%、10%或15%。煤堆的煤種可以但不限于如煙煤、無煙煤或褐煤等。試驗時，可針對不同的煤堆形狀、不同的煤堆含水率及不同的煤種分別進行試驗，以全方位的模擬煤堆的風損或雨損。
[0048]步驟S12:進行風損模擬試驗和/或雨損模擬試驗。
[0049]其中，風損模擬試驗包括如下步驟:
[0050]步驟S21:關閉雨水模擬噴嘴，開啟風機，調節風門及導流板至預設的風速和風向。
[0051]在開啟風機的同時或之后，可以開啟TSP測量儀檢測風洞管道內的起塵濃度值。
[0052]步驟S22:達到預設的試驗時間后，關閉風機。
[0053]在一實施方式中，試驗進行12小時后，關閉風機。
[0054]步驟S23:對濾網進行沖洗，收集沖洗液進行粒徑分布特性分析，和/或稱量樣品托盤的質量，獲得試驗前后待測樣品的風損量。
[0055]雨損模擬試驗包括如下步驟:
[0056]步驟S31:關閉風機，開啟雨水模擬噴嘴并調節淋雨裝置至預設工作模式，對待測樣品進行模擬淋雨試驗。
[0057]淋雨裝置的預設工作模式為小雨、中雨、大雨、暴雨或特大暴雨工作模式。
[0058]步驟S32:達到預設的試驗時間后，關閉雨水模擬噴嘴，記錄雨水收集器的水深，記為Iii, i為第i次試驗。
[0059]在一實施方式中，在實驗6?12小時后，關閉雨水模擬噴嘴，記錄比。i為第i次試驗,如對于小雨、中雨、大雨、暴雨及特大暴雨可分別為1、2、3、4及5。
[0060]步驟S33:取部分攪拌均勻的雨水收集器中的樣品溶液，體積記為Vi,過濾后得到濕樣品，干燥后進行稱重記為nii。
[0061]Vi如可以但不限于1000mL。
[0062]干燥過程中優選在95°C附近進行干燥，視樣品的量，干燥的時間如可以16小時坐寸ο
[0063]步驟S34:計算待測樣品的雨損量為a ^ = mjS^i/Vi，其中，S為雨水收集器的底面積。
[0064]進一步，在本實施方式中，該模擬試驗方法還包括在雨損模擬試驗時對雨水收集器中的樣品溶液進行PH檢測、水溶性陰離子和陽離子檢測、樣品溶液中粒子的體積分布和粒子數分布的檢測和/或重金屬含量檢測的步驟。其中，例子的體積分布和粒子數分布的檢測可以包括但不限于顆粒數、顆粒百分數、顆粒體積、顆粒體積百分數、顆粒表面積及顆粒表面積百分數等參數的統計和檢測。
[0065]上述煤堆的風損和雨損模擬試驗裝置和方法能夠實現分別進行靜態揚塵及雨水沖刷試驗，靜態揚塵試驗時，關閉雨水模擬噴嘴，調整風門控制風速并調整導流板控制風向；模擬淋雨試驗時，關閉風機和風門，開啟噴淋裝置，調節噴淋裝置的工作模式獲得不同大小的雨水，以進行不同雨量的模擬試驗。
[0066]以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種煤堆的風損和雨損的模擬試驗裝置，其特征在于，包括風洞管道、風機、風門、導流板、樣品托盤、噴淋裝置、雨水收集器及濾網；所述風機設在所述風洞管道的一端用于向所述風洞管道內鼓風；所述風門、所述導流板及所述樣品托盤依次設在所述風洞管道內；所述樣品托盤用于盛放待測樣品，且所述樣品托盤的四周設有導流溝，所述雨水收集器與所述導流溝連通；所述噴淋裝置具有雨水模擬噴嘴，所述雨水模擬噴嘴設在所述風洞管道內且位于所述樣品托盤之上；所述濾網設在所述風洞管道的另一端且封住該端；所述風機產生的風經由所述風門調整風速和所述導流板調整風向后吹至所述待測樣品表面并最終吹至所述濾網；所述噴淋裝置經由所述雨水模擬噴嘴對所述待測樣品進行模擬淋雨試驗，模擬雨水淋到所述待測樣品表面后經由所述導流溝流入所述雨水收集器。
2.如權利要求1所述的煤堆的風損和雨損的模擬試驗裝置，其特征在于，還包括用于實時測量風速的風速測量儀，所述風速測量儀設在所述風洞管道內，位于所述導流板及所述樣品托盤之間且靠近所述樣品托盤設置。
3.如權利要求1所述的煤堆的風損和雨損的模擬試驗裝置，其特征在于，還包括圍繞所述樣品托盤四周設置的可拆卸式的防風板，所述防風板與所述風洞管道的軸向垂直設置且所述防風板的高度可調。
4.如權利要求1所述的煤堆的風損和雨損的模擬試驗裝置，其特征在于，還包括設在所述風洞管道內用于檢測起塵濃度值的TSP測量儀，所述TSP測量儀設在所述樣品托盤附近。
5.如權利要求1所述的煤堆的風損和雨損的模擬試驗裝置，其特征在于，所述風洞管道在設有所述濾網的一端的開口尺寸逐漸增大。
6.如權利要求1?5中任一項所述的煤堆的風損和雨損的模擬試驗裝置，其特征在于，所述風洞管道的截面尺寸不小于0.8mX0.8m ;所述風機為額定負荷；所述風門的風速調整范圍為O?30m/s ;所述雨水模擬噴嘴噴出的模擬雨水的流量不小于0.4m3/h，且所述噴淋裝置具有小雨、中雨、大雨、暴雨及特大暴雨五種工作模式，分別模擬小雨、中雨、大雨、暴雨及特大暴雨的模擬淋雨試驗。
7.—種煤堆的風損和雨損的模擬試驗方法,其特征在于，使用如權利要求1?6中任一項所述的模擬試驗裝置，所述模擬試驗方法包括如下步驟: 在樣品托盤上放置待測樣品，并按照預設的比例形成與實物相似的形狀，將樣品托盤放置入風洞管道內； 進行風損模擬試驗和/或雨損模擬試驗，其中，所述風損模擬試驗包括如下步驟: 關閉所述雨水模擬噴嘴，開啟所述風機，調節所述風門及所述導流板至預設的風速和風向； 達到預設的試驗時間后，關閉所述風機； 對所述濾網進行沖洗，收集沖洗液進行粒徑分布特性分析，和/或稱量所述樣品托盤的質量，獲得試驗前后待測樣品的風損量； 所述雨損模擬試驗包括如下步驟: 關閉所述風機，開啟所述雨水模擬噴嘴并調節所述淋雨裝置至預設工作模式，對所述待測樣品進行模擬淋雨試驗， 達到預設的試驗時間后，關閉所述雨水模擬噴嘴，記錄所述雨水收集器的水深，記為hi； i為第i次試驗； 取部分攪拌均勻的所述雨水收集器中的樣品溶液，體積記為Vi,過濾后得到濕樣品，干燥后進行稱重記為Hli ; 計算待測樣品的雨損量為a i = mjS^/Vi，其中，S為所述雨水收集器的底面積。
8.如權利要求7所述的煤堆的風損和雨損的模擬試驗方法，其特征在于，還包括在風損模擬試驗時檢測風洞管道內的起塵濃度值的步驟。
9.如權利要求7所述的煤堆的風損和雨損的模擬試驗方法，其特征在于，還包括在雨損模擬試驗時對所述雨水收集器中的樣品溶液進行PH檢測、水溶性陰離子和陽離子檢測、樣品溶液中粒子的體積分布和粒子數分布的檢測和/或重金屬含量檢測的步驟。
10.如權利要求7?9中任一項所述的煤堆的風損和雨損的模擬試驗方法，其特征在于，所述煤堆的形狀為圓錐臺、圓柱或圓錐；所述煤堆的含水率為5%、10%或15% ;所述煤堆的煤種為煙煤、無煙煤或褐煤；所述淋雨裝置的預設工作模式為小雨、中雨、大雨、暴雨或特大暴雨。
【文檔編號】G01N17/00GK104359826SQ201410624064
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月6日 優先權日:2014年11月6日
【發明者】林木松, 蘇偉, 馬曉茜, 李雙雙, 張宏亮, 余昭勝, 陳剛 申請人:廣東電網有限責任公司電力科學研究院, 華南理工大學