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陜西煤灰紗出現(xiàn)的特征性規(guī)律與防治

2015-03-23 22:04衛(wèi)潤虎
合成材料老化與應(yīng)用 2015年2期
關(guān)鍵詞:細(xì)紗抗靜電煤灰

衛(wèi)潤虎

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西咸陽 712000)

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,煤灰紗嚴(yán)重影響紡織產(chǎn)品質(zhì)量,同時也是難以解決的技術(shù)問題。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)煤灰紗產(chǎn)生有一些特征性規(guī)律,并試圖找到了防治煤灰紗的措施。

1 煤灰紗出現(xiàn)的特征性規(guī)律

1.1 區(qū)域特征

在城市中心區(qū)、重工業(yè)區(qū)、緊靠交通樞紐的地區(qū)極易產(chǎn)生煤灰紗。

(1)因為城市中心居民多,廠區(qū)周圍的居民設(shè)施多,有不少以燃煤為主;工廠、機關(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極其嚴(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。

1.2 季節(jié)特征

產(chǎn)生煤灰紗機布較多的季節(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)。因為每年的10月初到次年的3月初,室外氣溫一般在 0~l0 ℃或更低,相對濕度在85%~100%的條件下,而且這種氣候氣壓更低,風(fēng)速0~0.2 m/s,空氣處于基本無流動狀態(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,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。

1.3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,易產(chǎn)生煤灰紗??偟膩碚f,一般產(chǎn)生于夜晚至清晨10 時之前,究其原因,與大氣對流層出現(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散,煤灰紗因此亦可消失。

1.4 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。因為滌綸產(chǎn)品易產(chǎn)生靜電,其可紡比電阻值應(yīng)是105Ωcm,但因為滌綸生產(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,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,管紗對其周圍空氣中的煤灰有吸引力;同時管紗在高速回轉(zhuǎn)中對灰粒產(chǎn)生離心力?;伊T陟o電和離心力的同時作用下,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。另外,紗的支數(shù)越高,紗線在細(xì)紗機上與空氣接觸的時間愈長,線速度愈大,煤灰紗現(xiàn)象愈嚴(yán)重。一般紡40 支以上產(chǎn)品時,才會產(chǎn)生煤灰紗。如紡14.6tex 及以上產(chǎn)品時,100%會產(chǎn)生煤灰紗。

2 煤灰紗的防治措施

環(huán)境空氣未經(jīng)有效過濾即進入細(xì)紗車間,是形成“煤灰紗”的主要原因,另外在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的靜電吸附也是一個不容忽視的原因。因此,防治煤灰紗我們需要從防止煙塵顆粒進入細(xì)紗車間和從工藝設(shè)計上這兩方面考慮。只有將二者結(jié)合,才能比較有效地消除煤灰紗的現(xiàn)象。

2.1 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。又因為粒徑范圍很小,用常規(guī)的過濾方法也無能為力,所以必須層層設(shè)防,采用復(fù)合機理的方法加以有效清除。

(1)廠址、廠房形式的選擇

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??紤]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,但一般采取增設(shè)過濾裝置(同時應(yīng)調(diào)整風(fēng)機負(fù)荷),加強門窗的密封性等做法,但效果不盡人意?,F(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。

(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理是:a 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;b 離子擴散,即離子濃度差引起離子擴散,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)電暈放電會產(chǎn)生比正電暈多得多的臭氧(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??梢杂媚纠w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,因為靜電作用對速度是敏感的。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(這一點尤其不利于舊廠房的技術(shù)改造),同時加大了維修保養(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,隨即荷電被捕捉。此方法不僅省卻了荷電段減少了設(shè)備投資和運行費用,而且維修保養(yǎng)極其方便,只須定期更換濾料即可。對于舊廠房改造有不可比擬的優(yōu)勢。

(3)回風(fēng)的處理

實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。其實室內(nèi)空氣污染也是形成煤灰紗的因素之一,這只有靠回風(fēng)過濾段來解決。紡織機械很多零件處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài),機油吸收摩擦熱后,會釋出細(xì)小的機油顆粒,如果溫度過高還會產(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,也會產(chǎn)生煤灰紗。建議在回風(fēng)處加設(shè)過濾裝置。

(4)噴水室的改進

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,除了塵粒的慣性碰撞、擴散、凝聚等凈化機理外,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,有較強的去污能力,使細(xì)小塵粒得以除去。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)小;但過細(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)用時易造成噴嘴堵塞,故宜選用中噴型噴嘴。但噴水室皂化對空氣的熱濕處理是否有影響,未除凈的泡沫對工藝和設(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。

2.2 工藝措施抑制煤灰紗

煤灰紗產(chǎn)生的條件之一是細(xì)紗機紡紗過程中產(chǎn)生靜電而吸附上煙塵,用抗靜電劑處理消除紗線上的靜電,必會減少甚至消除“煤灰紗”的出現(xiàn)??轨o電劑是化學(xué)藥劑,具有較好的導(dǎo)電性和較強的吸濕性。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、最實用的方法??轨o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??轨o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電劑的分子由兩個基團組成,一個是電子分布比較均勻?qū)ΨQ而無極性的基團R,另一個是有極性的基團X。對極性物質(zhì)水來說,基團R 很難與水分子結(jié)合,稱疏水基;基團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,由于抗靜電劑的極性親水基團與纖維極性基團的相互作用,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。雖然生產(chǎn)過程中一般都會用抗靜電劑進行處理,但到細(xì)紗工序時抗靜電劑的性能已經(jīng)明顯下降。因此,需研究在細(xì)紗工序前粗紗的抗靜電劑處理及其劑量、針對不同纖維的結(jié)構(gòu)特點選擇陽(陰)離子型抗靜電劑等問題,使這種投資少且處理方法極為簡單的治理煤灰紗方法,能盡快在紡織廠推廣使用。

減少靜電產(chǎn)生的另一種方法就是要打破工藝上形成的氣圈空氣附面層。如引用外部氣流或利于空調(diào)送、回風(fēng)氣流組織來干擾和破壞氣圈。改變紗管周圍空氣附面層的氣流運行規(guī)律,從紡織氣流的研究入手,尋求減少靜電產(chǎn)生的方法,破壞“煤灰紗”形成的條件。

此外,為了減少煤灰紗的產(chǎn)生,在紡織工藝上可采?。孩侔惭b高壓吹管,利用高壓吹氣的辦法清潔煤灰紗;②在細(xì)紗工序操作上,提高紗底高度,減輕紗底部污染程度;③縮短細(xì)紗紡紗時間;④根據(jù)細(xì)紗機實際情況,制作手推小車,推動小車?yán)蒙厦嫜b的兩把毛刷把附在紗表面的少量油灰清除掉。

3 結(jié)語

煤灰紗不僅僅是技術(shù)問題,更是一個社會問題,是社會整體生產(chǎn)背景惡化的產(chǎn)物。從社會角度來說,只有動員社會的力量,改善能源結(jié)構(gòu),對排放煤煙灰的工廠進行綜合治理,才能收到事半功倍的效果。從過濾凈化技術(shù)上講,必須采用多種除塵機理相結(jié)合的方法。保證細(xì)紗車間的微正壓,提高新風(fēng)凈化設(shè)備的過濾效率,同時降低系統(tǒng)的阻力,是有效地治理“煤灰紗”的重要途徑。因此,研發(fā)高效低阻的過濾材料并采用合理的正壓凈化設(shè)備是非常必要的。空調(diào)噴淋室能實現(xiàn)多種熱、濕處理,并能洗滌凈化空氣,在紡織廠大量使用。應(yīng)充分利用原有設(shè)施,加強噴淋室在治理煤灰紗方面的研究。

[1]楊公利,肖琪,等. 紡紗車間防治煤灰紗空調(diào)改造[J]. 山東紡織科技,2000(5):36-38.

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[6]黃翔. “煤灰紗”治理方法的研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J]. 棉紡織技術(shù),2002,30(9):29-32.

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