摘要： 煤灰紗嚴重影響紡織產品質量，同時也是難以解決的技術問題。本文通過對煤灰紗成因的分析，試圖找到煤灰紗形成的特征性規(guī)律，從而找到切實可行的技術解決途徑。

關鍵詞： 棉紡車間 煤灰紗

煤灰紗是指被空氣中煤煙塵污染的細紗。由于煙塵型污染，空氣進入紡紗車間后，生產出來的潔白管紗會變成灰黑色，在管紗下部猶為嚴重。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：1、時間長，春秋季節(jié)會不同程度地發(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，往往會出現大量的煤灰紗。3、 產生機理復雜，影響因素多，至今還無十分有效的防治措施。

1 產生原因

1.1 室內空氣中煙塵顆粒的存在

室內空氣中存在的煙塵顆粒由室內外兩個污染源產生，即侵入室內的室外空氣中煙塵顆粒和紡織機械滋生的油煙顆粒。

室外空氣中的煙塵顆粒未經有效過濾即進入車間是煤灰紗的形成的條件之一。侵入途徑有：當室外新風進入空調間時，大氣中的煙塵在沒有經過有效過濾的情況下就與回風混合進入車間；由于風壓和熱壓的作用使車間呈負壓，室外含煙塵空氣經過門窗縫隙直接滲透進入車間。

處于高速旋轉狀態(tài)的紡織機械零件所產生的高溫，會使機油析出細小顆粒甚至炭黑，造成室內環(huán)境污染。

1.2 靜電吸附作用

被排放出來的煤煙灰，在其產生和運動過程中，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生靜電。再則，紗穗在細紗機上，由于加捻和纏繞的需要，線速度很高，與空氣形成一對等值的反向摩擦力，它的荷電性和粘附性更強。正負電荷相互作用形成煤灰紗。紗的支數越高，紗穗在機上與空氣接觸的時間愈長，線速度愈大，因而媒灰紗現象也愈嚴重。一般紡40支以上產品時，容易產生煤灰紗。

總之，煤灰紗的產生是煙塵顆粒存在和靜電吸附共同作用的結果。

2 大氣對煙塵顆粒的輸運作用

煤灰紗形成時大氣背景的惡化究其原因，與大氣對流層出現逆溫層，風力輸運，氣壓分布，日照時間等條件有關。因此，分析煙塵顆粒在大氣層中的流動情況，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，會形成離地高度愈高，溫度亦愈高的現象，即形成逆溫層。一旦逆溫層高于煙囪排氣口一定距離，因為煙囪排出煙氣絕熱膨脹發(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重，易發(fā)生煤灰紗。

在氣候惡劣時，如冷空氣與熱濕空氣交鋒時，熱濕空氣爬到上方亦會形成逆溫層。在這種情況下，也易形成煤灰紗。清晨時，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，煙氣不能擴散，往下沉，產生漫煙流，對周圍空氣的污染最為嚴重，紡織工廠此時煤灰紗亦最嚴重。

2.2 風力輸運作用

風對煙塵顆粒有極強的裹挾輸運作用， 總是將與空氣密度大體相近的煙塵輸送到遠方。風向決定了被煤煙灰污染的區(qū)域（總是在污染源的下風方向）。風向是忽上忽下、忽左忽右的，風速也是時強時弱的，這種大氣湍流運動的結果，造成流場各部分之間強烈的混合。風速愈大，湍流愈強，煤煙灰擴散的速度就越快，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)空氣質量良好，也有可能由于風力輸入了其它地區(qū)的煙塵，從而形成煤灰紗。

2.3 氣壓分布的作用效應

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

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，改善現有的生產條件，減輕甚至避免煤灰紗的產生。

3 煤灰紗出現的特征性規(guī)律

3.1 區(qū)域特征

在城市中心區(qū)、重工業(yè)區(qū)、緊靠交通樞紐的地區(qū)極易產生煤灰紗。1.因為城市中心居民多，廠區(qū)周圍的居民設施多，有不少以燃煤為主；工廠、機關單位生活取暖、茶爐、鍋爐燃煤；都要產生大量煤煙排入空中，這一點在我國西北地區(qū)尤為突出。加之馬路上的細小塵埃，經車輛行駛后飛起，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及其嚴重。3.交通樞紐是物資周轉的中心，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，空氣污染情況嚴重，極易產生煤灰紗。

3.2 季節(jié)特征

產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，風速0——0.2m／s，空氣處于基本無流動狀態(tài)，大氣中的細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，在晴朗的白天，陽光充足，地面溫度較高；而到夜晚靜風無云，晝夜溫度變化較大時，易產生煤灰紗�？偟膩碚f，一般產生于夜晚至清晨10時之前，究其原因，與大氣對流層出現逆溫層有關。

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，產生漫煙型煙流，污染周圍空氣最為嚴重。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。

3.4 紡紗的品種特征

所紡產品不同，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、純粘膠產品上則基本無煤灰紗。因為滌綸產品易產生靜電，其可紡比電阻值應是105Ωcm，但因為滌綸生產廠家不同，此比電阻值有變化。細紗錠子在高速回轉時，管紗與車間空氣摩擦而產生靜電，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中對灰粒產生離心力�；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。只有將二者結合，才能比較有效的消除煤灰紗現象。

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，所以必須層層設防，采用復合機理的方法加以有效清除。

4.1.1 廠址、廠房型式的選擇

紡織廠的廠址應選在城市郊區(qū)，遠離重工業(yè)帶和交通樞紐，并應盡量處于上風區(qū)（風向資料可由當地氣象站、臺提供）。如果條件不允許，也要偏離主風帶，以避免風力輸運作用。在廠區(qū)周圍和內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，但一般采取增設過濾裝置（同時應調整風機負荷），加強門窗的密封性等做法，但效果不盡人意�，F在出現的某些新方法也用于舊廠房的改造，效果有待檢驗。

4.1.2 新風的處理

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

有關資料提出靜電——纖維過濾方法。也就是，讓新風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。目前公認的粉塵粒子荷電基本機理是：（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。雖然負電暈放電比正電暈放電效果好，但負電暈放電會產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，纖維濾料應當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，勢必造成設備投資增加，空調室占地面過大（這一點尤其不利于舊廠房的技術改造），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。

4.1.3 回風的處理

實踐中往往只注意新風口，而忽略回風口的空氣過濾作用。其實室內空氣污染也是形成煤灰紗的因素之一，這只有靠回風過濾段來解決。紡織機械很多零件處于高速旋轉狀態(tài)，機油吸收摩擦熱后，會釋出細小的機油顆粒，如果溫度過高還會產生炭黑。若回風未設過濾段，當室內污染物濃度達到一定濃度時，也會產生煤灰紗。建議在回風處加設過濾裝置。

4.1.4 噴水室的改進

如果在新風口只是設置了簡單的過濾網而不是高效濾料，則可與皂化噴水室聯合使用，以達到凈化空氣的作用。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，來達到凈化空氣的目的。當氣流與水接觸時，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，使細小塵粒得以去除。

水滴的霧化情況關系到除塵效果，為了增加氣液兩相的接觸面積，要求噴出的水滴細��；但過細的霧化增加了脫水和除沫的困難，且在生產現場應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合。

4.2 消除靜電效應

煤灰紗最終產生的原因是紗線產生靜電而捻加上煙塵。如果用抗靜電劑對紗線進行處理，消除紗線上的靜電，必然會減少甚至消除煤灰紗�？轨o電劑是化學藥劑，具有較好的導電性和較強的吸濕性。在容易產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濟、最實用的方法。

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對稱而無極性的基團R，另一個是有極性的基X.對極性物質水來說，基團R很難與水分子結合，稱疏水基；基團X則易與水分子結合，稱親水基。當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 結論

煤灰紗現象不僅僅是技術問題，而是一個社會問題，是社會整體生產背環(huán)境空氣惡化的產物。從過濾凈化技術上講，單一的除塵機理無法很好地解決這一問題，必須采用多種除塵機理相結合的方法。從社會角度來說，只有動員社會的力量，改善能源結構，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。

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