浅谈河道与水库清淤的新工艺.pdf

浅谈河道与水库清淤的新工艺 * 向文英 重庆大学城市建设与环境工程学院, 重庆 400045 李晓红 重庆大学资源与环境科学学院, 重庆 400045 程光均 重庆大学土木工程学院, 重庆 400045 廖振方 陈德淑 重庆大学机械学院, 重庆 400045 摘要 分析比较了传统河道水库淤积的清除工艺, 从而提出一种新型的清淤技术, 即气举与自激振荡脉冲水射流联合 作用下的清淤工艺。分析了这种新工艺的清淤原理, 论证了其对水下坚硬沉积物的破碎与抽取的连续作用机理; 研究 了空压机的工作压力与清淤量的关系。 关键词 清淤 气举 自激振荡脉冲水射流 破碎 * 国家自然科学基金重点项目 50334060 1 引言 目前, 解决泥沙淤积的主要措施有虹吸清淤、 挖 泥船清淤、 气力泵清淤。虹吸清淤装置 水力吸泥装 置 的优点在于 不需泄空水库, 不必专为清淤消耗水 量, 清淤不受来水季节限制, 可以结合各季灌溉常年 排沙。缺点在于 依靠上下游水位差决定输出流量的 大小, 清淤范围局限在坝前一定范围, 且耗水量大 [1] 。 挖泥船清淤主要是利用装有绞刀、 靶头、 吸头、 抓 斗等设备的挖泥船, 对水库某一区域进行清淤。是一 种具备破土、 挖掘、 提升、 输送等功能的清淤工具。挖 泥船虽机动性好, 不受水库调度影响, 耗水量少, 可以 常年排沙, 但一般售价高, 不便于深水区的使用, 使用 上受到限制。 气力泵清淤是以压缩空气为动力的清淤设备。 主要组成为泵体、 压缩空气分配器、 空气压缩机。气 力泵清淤的特点在于, 机械磨损小、 维修方便、 排泥浓 度高, 可以结合抽水灌溉排沙, 较挖泥船清淤经济, 造 价运行费用低等优点。为保证气力泵的清淤浓度, 通 常在泵的吸头装有机械绞刀以扰动固结的淤泥。 机械绞刀是目前主要使用的扰动固结淤泥的设 备, 根据绞刀的材料不同, 使用寿命不同, 这就给清淤 工作带来不便。以上 3 种清淤方法的共同缺点是机 械磨损大, 管理操作较复杂, 费用较高, 受技术条件的 限制, 只能清除局部淤积。为此, 为提高清淤设备的 使用寿命和保证清淤效率, 本研究提出了脉冲水射流 与气举联合作用下的清淤设备。 2 振荡脉冲射流与气举清淤装置的组成 21 振荡脉冲射流与气举清淤装置 振荡脉冲射流与气举清淤装置由气举、 射流破碎 器 振荡脉冲喷嘴 、 高压水泵、 吸淤管、 排泥管、 固液 分离装置、 卷扬机、 空压机、 进排气管、 柴油发电机、 船 体等组成清淤系统 见图 1 。 图 1 气举清淤装置 1 高压水管; 2 气举; 3 射流破碎器;4 排泥管; 5 固液分离装 置;6 高压水泵; 7 操作室; 8 卷扬机; 9 门架; 10 空压机; 11 船体; 12 进排气管。 本装置利用高压水射流对水下淤积物进行搅拌 破碎并由气举装置吸排淤积物。当柴油发电机组启 动, 运转正常后, 卷扬机将气举按一定速度逐步放入 水中或提出水面, 高压泵输入高压水进入射流破碎 器, 经振荡脉冲喷嘴, 形成高速振荡脉冲射流破碎砂 石层。空压机输出压缩空气经气包、 送风管进入气 举。当压缩空气经特殊空气喷嘴即气举高速流出时, 高速气流一方面与送砂管中的浆体 固液混合体 产 生强烈的动能交换, 另一方面在气举吸头处形成局部 真空, 排淤管内形成了比水的密度轻的气水砂混合 体, 从而将水底下疏松的泥、 砂源源不断地抽出水面, 通过船上的排泥管输出到固液分离装置, 脱水后的泥 77 环 境 工 程 2005年 4 月第23 卷第2 期 砂可通过船上排泥管输出到转载船暂时储存, 或通过 另一气举输送到指定地点。 22 气举清淤装置的特点 气举清淤装置的突出特点是将气力输送系统与 振荡脉冲射流相结合的新型清淤工具, 它利用自激振 荡脉冲喷嘴产生的脉冲射流能破碎 级的泥土 岩层, 使开采与抽取同时进行。同时, 在清淤过程中, 抽吸深度不受限制, 能抽吸水下几米到数百米处的泥 砂和石块; 装置无旋转工作部件, 吸淤管和排淤管的 通径相同, 吸入的泥砂很顺畅地排到指定地点, 输送 的距离和流量可根据需要确定, 输送的距离最远可达 20 km; 本装置设备简单、 工作可靠、 维修方便, 特别适 合于深水和坚硬砂石的水下开挖和清淤。为保证水 底平整, 防止河床破坏, 可安装雷达液位深度探测器。 3 振荡脉冲水射流破碎原理 振荡脉冲射流的核心为振荡腔, 上游喷嘴射出的 流体在振荡腔内完成射流束的形成, 出现剪切层, 形 成分离区, 之后与下游壁碰幢, 在出口形成一压力脉 冲, 即形成一个振荡的压力场, 在喷嘴振荡腔内形成 的大涡流结构使射流强烈脉冲振荡, 构成激励, 射流 剪切层对这一自然频率范围内的激励产生响应并放 大, 这样形成了一个闭合的反馈回路, 如图 2、 3。 图 2 自激振荡 图 3 自激振荡脉冲射流喷嘴模型 1 上游喷嘴; 2 进气孔; 3 射流边界; 4 振荡腔; 5 下游喷嘴; 6 碰撞壁。 这一激励受上游喷嘴几何尺寸、 形状、 加工精度 的影响, 根据不同几何尺寸 长度, 直径 对频率进行 选择。当由剪切层放大的扰动尖峰到达下游碰撞壁 时, 与之发生碰撞, 由于该处射流的局部横截面积大 于下游出口的截面积, 受速度的影响, 在这里产生一 个压力瞬变。该瞬变以声速 c 沿射流轴心向上游反 射, 在上游喷嘴处再产生压力瞬变, 进而在这里生成 一个强大的扰动, 该扰动又随剪切层向下游输运, 并 被放大, 到达下游时又发生碰撞, 产生压力瞬变。如 此往返重复, 构成正反馈闭合回路, 形成自激振荡。 大量的实验表明, 在淹没条件下振荡脉冲射流的形成 将极大地提高破碎能力 [ 2] 。 4 工程应用 重庆大学在海南省文昌县某滨海砂矿场进行了 现场实验, 采用的气举参数为 吸砂管和输送管的内 径均为175 mm, 压缩空气的压力为 02 07 MPa, 流 量为 0 24 m 3 min。实验测得的数据绘于图 4、 5。 图 4 平均含沙量与平均排泥率关系曲线 图 5 压缩空气与抽吸矿砂量关系曲线 由图可知, 当含沙量在800 kg m 3 左右, 排泥率最 高; 当压缩空气流量为 20 m 3 min 以上时, 该装置的吸 砂能力均在 100 t h 以上。 实验结果还表明 该装置能抽取潜水层下任意深 度的矿层、 砂石及淤泥, 能直接破碎水下 级硬 土层并将其抽吸出水面, 通过调试优化输送管、 吸管 的直径以及空气喷嘴参数及压缩空气压力可使气举 装置的抽取达到最佳效果。 5 结论 和传统的清淤工艺相比, 脉冲水射流与气举联合 作用下的清淤工艺具有工作效率高, 运行费用低, 操 作简便, 部件磨损消耗少, 维修简单等优点。 本装置除用于河道水库疏浚外, 还可用于环保清 淤以及水下资源开采等。特别对三峡水库今后的泥 沙清除将发挥出巨大的效益。对于解决小型的河道 泥沙淤积问题, 本工艺可拓展为车载式等清淤工艺。 参考文献 1 陕西省水利水土保持厅. 水库排沙清淤技术. 陕西 水利电力出版 社, 1989. 12. 78 环 境 工 程 2005年 4 月第23 卷第2 期 2 Tang C. Liao Z.Yang.L.The Application of the Airlift and the Selfexcited Oscillation Pulsed Jet on Exploiting Beach Placer. Proceedings of the 14th International Symposium on Jetting Technology. Brugge, Belgium BHR Group, 1998. 作者通讯处 向文英 400045 重庆大学城市建设与环境工程学院 电话 023 65124369 2004- 04- 26 收稿 添加剂对煤燃烧特性的影响研究 钱 枫 李 伟 张溱芳 北京工商大学化学与环境工程学院, 北京 100037 摘要 为研究助燃添加剂对煤燃烧特性的影响, 选择了 5种金属的氧化物及盐类作为基本成分, 运用正交试验方法考 察了添加剂对炭粒燃烧特性的影响, 然后根据极差分析和方差分析, 得到了添加剂的最佳组成。本研究所推荐的添加 剂能有效降低煤的着火温度, 并提高其燃烧发热量。与某商品煤伴侣比较, 在各种添加量时的助燃效果均优于该商品 煤伴侣。 关键词 煤 添加剂 燃烧特性 1 引言 燃煤添加剂的研究和应用是在不改变燃煤设备 的情况下, 依据煤燃烧的化学反应原理, 用添加少量 添加剂的方法, 改善煤炭的燃烧特性, 降低其着火温 度, 提高其燃尽率和发热量, 从而达到节约能源和减 少污染排放的目的。本研究是在对前人所作的工作 进行了广泛的调研基础上, 选择了 5 种碱金属、 碱土 金属和过渡金属的氧化物及盐类作为添加剂的基本 成分, 运用正交试验的方法, 考察各种物质对炭粒燃 烧特性的影响, 包括着火温度、 发热量、 最大燃烧速 率、 燃烧失重率等。并根据方差分析, 得到添加剂的 最佳组合方式, 然后对所筛选出的添加剂, 考察其对 煤燃烧特性的影响, 进而评价其助燃效果。 2 实验 21 实验方法 煤样燃烧特性用热分析方法测定。在程序升温 过程中, 同时记录升温历程、 样品热重及热重变化率 以及样品的差热变化。对热重曲线TG 线 微分处理 后所得的热重微分曲线 DTG 线 , 取曲线的最大值所 对应的温度作为着火温度。对差热曲线 DTA 线 取 其峰的积分面积, 并与发热量不同的4 个标准煤样相 对照, 以确定差热峰面积 SDTA所对应的煤样发热量。 以热重微分曲线的峰值来确定煤样的最大燃烧速率。 由热重曲线直接计算出升温过程中煤样的失重, 进而 由初始样品总质量而求得其燃烧失重率。 22 实验条件 样品 粒度 200 目; 样品 质量 5 mg; 升 温速率 20 min; 温度范围为室温至1 000 ; 气氛条件为空 气; 流量 30 mL min, 从上下进气口同时进气。 3 结果与讨论 31 助燃物对煤燃烧特性的影响研究 311 添加剂及添加量 研究采用正交试验的方法, 确定各种添加组分对 样品燃烧特性的影响及其交互作用, 进而找出其最佳 配比。考虑到实际意义和试验精度的要求, 分别选取 了3 种不同添加水平 0、 05 、 20 , 各成分添加 的总量不超过样品总量的 10 质量分数 。5 种成 分分为两类 一类为碱金属盐类 一类是碱土金属和 过渡金属氧化物。第一类物质中的两种A、 C 均属 强氧化物, 化学性质有相似性, 故暂不考虑其交互作 用; 第二类包括 3 种金属氧化物 B、 D、 E , 其间的交 互作用部分考虑。重点考虑上述两类物质之间的交 互作用。 312 燃烧特性实验 实验样品选择大同烟煤。为避免煤中的水分和 挥发分析出时, 造成样品重量和热量的变化, 干扰热 重分析和差热分析, 本研究中先将煤样中的水分和挥 发分完全去除。这种方法在分析煤的燃烧特性时已 79 环 境 工 程 2005年 4 月第23 卷第2 期 converted to aconitic acid by innerdehydration. The synthetic conditions and biodegradability of the copolymer were studied andthe results showed that production had optimal perance when the qualitative amount of chain transfer agent was 10 . AA AA had better scale inhibition perance and good biodegradability, which could be biodegraded to 60. 3 in 30 days. Keywords aconitic acid, copolymer and biodegradability ELEMENTARYINTRODUCAITONTONEWDREDGINGPROCESSFORRIVERAND RESERVOIRXiang Wenying et al 77 Abstract Several traditional dredging s for river and resevoir have been analysed and compared. Then, a new process has been presented, that is air lift assisted with self excited oscillation pulse water jet for dredging. The authors analyse the theory of the new process, demonstrate the mechanism of continuedprocess while crushing and pumpping the solid accumulation under thewater. At last, the relation between the pressure of air compressor and the dredging amount has been analysed. Keywords dredging, air lift, selfexcited oscillation pulse water jet and crushing EFFECT OF ADDITIVE ON COMBUSTION CHARACTERISTICS OF COALQiang Feng et al 79 Abstract For studying the effect of additive onthe combustion characteristics of a coal, five metal oxides and salts were chosen as potential additive components, and by employing the crosscut experimental , their effects on the combustion characteristics of char particles were examined. Based on the analysis of range and variance, the optimum composition of additive was then derived. Further experiments revealedthat the additive with composition as proposed by this research could effectively reduce the ignition temperature of the coal and increase its calorific value during combustion. Finally, on the basis of the experiments, the mechanism of the promotion of coal combustion was discussed. Keywords coal, additive and combustion characteristics APPLICATION OF SPRAYING TECHNOLOGY FOR SGLZ SLAG TANK IN SHOUGANG GROUPWang Cunzheng et al 81 Abstract The spraying technology for SGLZ slag tank has been applied to No. 3 steel making plant of Shougang Group successfully.The application results proved that this technology can eliminate effectively dust pollution which caused by the slags padded under slag tanks, increase the rate of the first emptying slag tanks and decrease the loss of slag tanks. It has notable environmental, social and economical benefits. Keywords slag tanks, spraying and rate of first emptying slag tanks ENGINEERING TEST OF ZERO DISCHARGE OF RESIDUAL ORGANIC SLUDGE Ruan Zhihua 83 Abstract It is generally difficult to treat the residual sludge produced by treatment of organic wastewater through activated sludge process. Based on the successful laboratory tests and through the examination of field running for one year, a new process of normal temperature aerobic hydrolytic acidification biological reaction was used to eliminate the residual sludge produced during treating organic wastewater and realized zero discharge of the sludge. The new process features convenient operation andmanagement, which can also increase the qualified rate of CODCrof the original system by 5 15 .Therefore it can be applied especially to the system of treating organic wastewater containing nitrogen. Keywords residual sludge, water treatment system, amount of sludge discharging and organic wastewater STUDYTHINKINGOFENERGYCONSERVINGOXIOATION DITCH TECHNOLOGYOF SEWAGE DISPOSAL IN CHINALiu Zuwen et al 85 Abstract It is expounded that the technical development of oxidation ditch andthe superiority in the choice of technology of sewage disposal in the small and medium sized cities. According to the current situation of sewage disposal in small and mediumsized cities in China and the application characteristics of the technology of oxidation ditch, it is put forward that the study thinking of the energy conserving technology of sewage disposal, which fits for the current situation of sewage disposal in small and mediumsized cities in China. Keywords municipal sewage, oxidation ditch and energy conserving technology Manager Central Research Institute of Building and Construction of MCC Group Editor The Editorial Department of Environmental Engineering PublisherIndustrial Construction Magazine Agency 33, Xitucheng Road, Haidian District, Beijing 100088, China Telephone 010 82227637、 82227638 Fax 010 82227637 Chief EditorWeng Zhongying Domestic All Local Posts DistributorChina International Book Trading Corporation P. O. Box 399, Beijing China Journalistic Code ISSN1000- 8942 CN11- 2097 X E- mail Addresshjgc hjgc. com. cn WWW Addresshttp www. hjgc. com. cn 6 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol23, No2,Apr. ,2005