礦井避硐室內(nèi)礦物干燥劑除濕性能試驗研究
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作者：張文
隨著我國煤礦井下安全避險“六大系統(tǒng)”建設(shè)工作的推進(jìn)，緊急避險系統(tǒng)中關(guān)于避難硐室的研究工作逐漸深入，避難硐室載人情況下空氣相對濕度過高的問題逐漸顯露出來�？諝鉂穸冗^大，不僅會對人體造成非常不利的作用，還會造成金屬銹蝕、機器設(shè)備損壞、避難硐室內(nèi)貯存應(yīng)急食物變質(zhì)、電氣絕緣性能降低等不良影響。《煤礦井下緊急避險系統(tǒng)建設(shè)管理暫行規(guī)定》要求，應(yīng)保證避難硐室內(nèi)濕度最高不大于85%。因此，對避難硐室內(nèi)空氣相對濕
度的控制尤為重要。
目前，國內(nèi)外避難硐室內(nèi)主要采用將除濕藥劑裝于紙袋中懸掛在巷幫除濕，除濕速度慢且效果不佳。本文提出利用空氣凈化裝置裝載除濕藥劑在避難硐室內(nèi)進(jìn)行空氣除濕，并對除濕藥劑的最佳鋪設(shè)厚度、鋪設(shè)方式等應(yīng)用工藝參數(shù)進(jìn)行試驗研究，為避難硐室內(nèi)空氣濕度控制提供理論及試驗依據(jù)。
1 試驗部分
1.1試驗場所
由于避難硐室空間大，現(xiàn)場試驗環(huán)境構(gòu)建條件有限，本文根據(jù)相似理論利用恒溫恒濕室( 8100mm×3700mm×3500mm)模擬避難硐室環(huán)境進(jìn)行試驗。該恒溫恒濕室溫度調(diào)節(jié)范圍為18~35℃，相對濕度調(diào)節(jié)范圍400/0 RH~ 95 010 RH。恒溫恒濕室內(nèi)測點布置如圖1所示，測點高度設(shè)置為1. 2m。
1.2試驗設(shè)備及藥劑
1.2.1 空氣凈化裝置
本試驗中選用的空氣凈化裝置額定功率為60W，頂部配備防爆風(fēng)機，底部設(shè)有均勻布置的進(jìn)風(fēng)孔口，開關(guān)門閉合處裝有橡膠墊層，并安置可調(diào)節(jié)松緊度的門栓，以保障裝置密實不漏風(fēng)，內(nèi)部吸收床安裝有4層活動網(wǎng)架，保證吸收床的穩(wěn)定，如圖2所示。
1.2.2測量儀器
本試驗過程當(dāng)中使用CZC5便攜式多參數(shù)測定器、DSR - TH溫濕度記錄儀和美國雷泰RaytekST60紅外測溫儀對空氣凈化裝置風(fēng)機風(fēng)速和恒溫恒濕室內(nèi)各測點溫濕度進(jìn)行測定。
1.2.3試驗藥劑
考慮到井下避難硐室的特殊條件，根據(jù)前期對活性炭干燥劑、硅膠干燥劑、礦物干燥劑和NCZ -1除濕劑進(jìn)行的除濕性能對比試驗結(jié)果，本文選用礦物干燥劑作為除濕藥劑。
1.3試驗內(nèi)容
1.3.1靜場試驗
靜場試驗的目的是驗證恒溫恒濕室的密閉性。
確定恒溫恒濕室門窗及通風(fēng)口等均處于關(guān)閉狀態(tài)，開啟空調(diào)進(jìn)行加溫加濕，使溫度達(dá)到30℃，相對濕度達(dá)到95 010 RH，以模擬避難硐室的溫濕度水平，然后關(guān)閉空調(diào)，每隔lOmin記錄恒溫恒濕室內(nèi)各測點的相對濕度，共進(jìn)行12h實驗。
1.3.2礦物干燥劑靜置除濕試驗
靜置除濕試驗主要監(jiān)測礦物干燥劑在除濕過程當(dāng)中物化性質(zhì)的變化情況。具體試驗方法為：保持恒溫恒濕室內(nèi)環(huán)境溫度為30。C，空氣相對濕度為95%RH，稱取2000cm3經(jīng)烘干處理過的礦物干燥劑，均勻平鋪于450mm×350mm的陶瓷方盤中，持續(xù)試驗4h，每隔lOmin記錄除濕藥劑的重量和表面溫度。
1.3.3礦物干燥劑鋪設(shè)厚度確定試驗
若除濕藥劑的更換過于頻繁，極易引起避險人員厭倦情緒，也會增加操作人員體能的消耗。此外，當(dāng)除濕藥劑單次更換的重量高于15kg時，每次在密閉狹小的避難硐室環(huán)境中更換此類重量的藥劑都會非常不便。因此確定單次更換除濕藥劑的重量應(yīng)在5~15kg范圍內(nèi)。
空氣凈化器藥劑盒的尺寸為735mm×340mm×5. 5mm，如圖3(a)所示。計算礦務(wù)干燥劑鋪設(shè)厚度的最小值hi和最大值h2分別為：
根據(jù)計算結(jié)果，分別討論2cm、3.5cm、Scm這3種鋪設(shè)厚度的除濕效果。
將恒溫恒濕室加熱、加濕到溫度30C、濕度90%以上，分別將2cm、3cm、5cm的礦物干燥劑均勻地布置于空氣凈化裝置藥劑盒中并開啟空氣凈化器除濕，每隔2min記錄恒溫恒濕室內(nèi)各測點空氣相對濕度變化狀況。
1.3.4礦物干燥劑鋪設(shè)層數(shù)影響試驗
鋪設(shè)層數(shù)影響試驗主要探究礦物干燥劑采取不同的鋪設(shè)方式對除濕效果的影響。將Scm厚度的礦物干燥劑平均鋪設(shè)在上下兩層活動網(wǎng)架中，每層放置2.5cm，如圖3(b)所示，其余條件保持不變進(jìn)行試驗。
2 試驗結(jié)果及分析
2.1 靜場試驗
將靜場試驗過程所測4個測點的空氣相對濕度取平均值，作為恒溫恒濕室內(nèi)空氣平均相對濕度，繪制出相對濕度隨時間變化曲線，如圖4所示。試驗過程中室內(nèi)濕度基本保持不變，維持在950/0 RH，恒溫恒濕室密閉性良好，個別點處不穩(wěn)定，是因為進(jìn)出恒溫恒濕室開關(guān)門導(dǎo)致偏差。
2.2靜置除濕試驗
實驗過程中礦物干燥劑的重量變化如圖5所示。試驗表明，礦物干燥劑的重量隨時間而不斷增加，重量隨時間變化的曲線基本呈正走勢上升，且上升趨勢平緩穩(wěn)定。但由于試驗時間關(guān)系，在240min時并未能測得礦物干燥劑的除濕飽和點，也反映了采取將礦物干燥劑靜置平鋪的方式時，除濕速度較為遲緩，效果一般，平均每小時相對吸水率僅為1.09%。
避難硐室內(nèi)除濕藥劑在滿足濕度控制要求之外，還需避免在除濕過程中釋放大量熱量，減少除濕過程產(chǎn)生的熱荷載。圖6為礦物干燥劑表面溫度隨時間的變化曲線。
由圖可知，除濕藥劑表面最高達(dá)42℃，在試驗初期，礦物干燥劑表面溫度上升較快，試驗進(jìn)行一段時間后，礦物干燥劑表面溫度逐漸穩(wěn)定。分析認(rèn)為，初期表層礦物干燥劑與濕空氣中的水分發(fā)生反應(yīng)，使溫度得到快速上升，之后由于底層的礦物干燥劑吸附水分產(chǎn)熱與表層礦物干燥劑散熱達(dá)到平衡，因此藥劑表面溫度趨于平緩。
2.3鋪設(shè)厚度試驗
表1為礦物干燥劑鋪設(shè)厚度與實際稱取重量對應(yīng)關(guān)系。圖7~圖9表示在不同的藥劑鋪設(shè)厚度下，恒溫恒濕室內(nèi)各測點相對濕度與空氣凈化裝置開啟時間的關(guān)系。
可以看出，在同樣的60min時間內(nèi)，礦物干燥劑鋪設(shè)厚度越大，恒溫恒濕室內(nèi)相對濕度降低越多。當(dāng)?shù)V物干燥劑鋪設(shè)厚度為2cm時，恒溫恒濕室內(nèi)平均相對濕度降低至72. 75% RH；當(dāng)鋪設(shè)厚度為3. Scm時，平均相對濕度降低至66. 75%RH；當(dāng)鋪設(shè)厚度為Scm時，平均相對濕度降低至55.5 010 RH。所以鋪設(shè)厚度為5cm的礦物干燥劑的絕對除濕量最大，可以將相對濕度控制到60% RH以下，而鋪設(shè)厚度為2cm和3.Scm的礦物干燥劑絕對除濕量較少。
另外，隨著藥劑鋪設(shè)厚度的增加導(dǎo)致風(fēng)阻變大，而致使透過礦物干燥劑并與之發(fā)生有效接觸的濕空氣流量變小，因而導(dǎo)致相對吸水率隨藥劑鋪設(shè)厚度的增加而稍有下降，如表2所示。
2.4礦物干燥劑鋪設(shè)層數(shù)影響試驗
通過試驗記錄下恒溫恒濕室內(nèi)4個測點的相對濕度隨時間的變化，繪制相對濕度隨時間變化的曲線如圖10所示。
通過比較圖10與圖9可以發(fā)現(xiàn)，采用雙層鋪設(shè)每層鋪設(shè)2.5 cm除濕藥劑的方式時，在1小時的試驗過程當(dāng)中，恒溫恒濕室內(nèi)平均相對濕度降低到45. 75 010 RH，并且相對濕度與時間的曲線斜率更平衡，說明礦物干燥劑的除濕性能表現(xiàn)得更為穩(wěn)定；而采用單層鋪設(shè)方式時，在試驗過程的后半段，相對濕度與時間的曲線斜率有所下降，說明該種鋪設(shè)方式導(dǎo)致除濕藥劑的除濕效率隨著時間而下降。分析其原因，當(dāng)濕空氣通過空氣凈化裝置底部的進(jìn)風(fēng)孔口進(jìn)入空氣凈化裝置后，首先與下層的礦物干燥劑接觸，同時由于藥劑的阻礙作用使空氣的流速降低，繼而與上層的除濕藥劑更加充分的接觸并使吸附水分更多，如表3所示。因此，雙層鋪設(shè)方式能夠有效提升礦物干燥劑的相對吸水率。
3結(jié)論
通過將礦物干燥劑作為除濕藥劑置于空氣凈化裝置中的除濕試驗，確定其最佳應(yīng)用工藝參數(shù)，為避難硐室內(nèi)空氣濕度控制提供了指導(dǎo)。具體結(jié)論如下：
1)礦物干燥劑靜置條件下使用具有一定的吸濕效果，但除濕速度較為遲緩，效果一般，每小時相對吸水率為1.09%，將礦物干燥劑置于空氣凈化器中使用，除濕速度和除濕效果均顯著提高，每小時相對吸水率可達(dá)11.7%。
2)礦物干燥劑的相對吸水率隨著鋪設(shè)厚度的增加而降低，但絕對除濕量隨著藥劑鋪設(shè)厚度的增加而增大，鋪設(shè)厚度為Scm時相對吸水率為11.7%，除濕量為1.75kg，使恒溫恒濕室內(nèi)空氣平均相對濕度降至55. 5% RH。
3)礦物干燥劑采取分層布置時將提高其吸濕能力，將5cm厚度的礦物干燥劑按照每層2.5cm方式鋪設(shè)時，其相對吸水率提升至14. 3%，且除濕性能表現(xiàn)得更為穩(wěn)定，恒溫恒濕室內(nèi)空氣平均相對濕度降至45. 75%。
4摘要：
針對煤礦井下避難硐室內(nèi)濕度高、除濕慢等問題，提出將除濕劑與空氣凈化器聯(lián)合作用，以提高除濕效率。通過在恒溫恒濕室內(nèi)進(jìn)行的模擬除濕試驗，對除濕劑的鋪設(shè)厚度、鋪設(shè)方式等因素對除濕效果的影響進(jìn)行研究。結(jié)果表明：當(dāng)除濕劑鋪設(shè)厚度小于Scm時，除濕效果隨藥劑鋪設(shè)厚度的增加而增大，5cm鋪設(shè)厚度條件下恒溫恒濕室內(nèi)環(huán)境濕度在60min內(nèi)由90.5 010 RH降至55. 5% RH，相對吸水率達(dá)11.7 010；選擇分層鋪設(shè)方式除濕劑除濕效率更高，且性能更穩(wěn)定，將除濕劑分兩層，每層鋪設(shè)高度為2. 5cm條件下恒溫恒濕室內(nèi)環(huán)境濕度在60min內(nèi)由92% RH降至45. 75% RH。
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