南昌大学李建龙团队：除尘滤筒脉喷清灰技术研究进展与展望

粉尘是诱发职业性尘肺病的主要元凶，近年我国年均新增报告尘肺病1.15万例，在各类职业病中占比约八成。尘肺病危害最为突出的矿山行业，每年的致死人数已超过生产安全事故的死亡人数。粉尘控制不当还易诱发爆炸，其单次事故的破坏威力和致灾范围甚于瓦斯等燃爆性气体，极大威胁人们的生命和财产安全。

^{鉴于粉尘防治的严峻形势，国家制定了《尘肺病防治攻坚行动方案》《健康中国行动（2019—2030年）》发展战略（其第九条为“职业健康保护行动”）。国家应急管理部出台《工贸企业粉尘防爆安全规定》，进一步规范了粉尘防爆安全工作；国家卫生健康委员会等17个部门联合发布《国家职业病防治规划（2021—2025年）》，要求“大力推进尘肺病防治攻坚行动，源头治理力度进一步加大”。}

^{在粉尘防治领域，广泛应用的纤维类过滤除尘技术可实现对粉尘的有效控制，这种传统方法的技术优势在于工艺简单、对粉尘适应性强。但对于地下开采、隧道掘进等空间受限、设备集中、持续移动的作业场所，除尘系统致力于小型化设计、过滤风速追求上限运行，且过滤除尘的气流还兼具稀释作业区有毒有害气体等通风作用。滤阻大、清灰难、搬迁繁重、滤芯易堵塞的问题严重制约着高产尘、大通风量作业场所（乃至普通作业区域）过滤除尘系统的高效稳定运行。因此，提升过滤除尘的高效低阻性能、实现除尘系统的长效稳定运行具有重要的科学与应用研究价值，服务于国家职业病防治规划和“面向人民生命健康”等国家战略。}

^{在国家自然科学基金、江西省杰出青年自然科学基金、江西省主要学科学术和技术带头人培养计划青年人才项目、国家卫生健康委粉尘危害工程防护重点实验室开放基金等项目的支持下，南昌大学李建龙副教授团队围绕健康中国行动，聚焦于高产尘、大通风量作业场所的粉尘防控问题，构建了密集褶皱式结构除尘滤芯流场的数值计算模型和方法，提出了错流—端流耦合过滤除尘新技术，研发了协同式脉冲对撞喷吹清灰除尘滤芯高效再生技术，助力过滤除尘装备的长效稳定运行。}

本项研究主要成果包括：

（1）针对巷/隧道环境潮湿粉尘黏结“糊袋”，尤其是滤料褶间易堵塞的难题，发明了过滤面为深褶和浅褶相间的梯形密集褶式结构滤芯，构建了基于喷吹压力调和平均加权的综合性能评价指标，充分体现了黏结堵塞导致的清灰盲区对过滤性能的影响。

（2）针对传统（端流）过滤除尘系统滤阻上升快、清灰频繁导致滤尘效果不稳定、除尘率恶化等问题，将错流过滤与端流过滤“类并联”式有机结合，研发了错流-端流耦合过滤除尘新技术。利用错滤单元以较小且稳定的滤阻分流提前洁净气体，仅让浓缩的含尘气体进入端滤单元，极大降低整体过滤阻力；且错滤促进尘粒团聚增强微细粉尘去除，实现端滤尘饼结构疏松化和清灰难度的降低。

（3）针对褶皱式除尘滤芯清灰不良的普遍问题，提出了新型协同式对撞脉冲喷吹方法，在筒型滤芯底部新增辅助喷嘴，通过主、辅喷吹按预定的出口压力比例和时间差协同式启闭，实现两股气流碰撞位置及运移的控制，利用碰撞形成的集中静压依次对筒型滤芯各区域实施“逐个击破”式清灰。协同式对撞脉喷突破了除尘滤芯传统单向点源式喷吹的局限性，显著提升了脉冲喷吹作用的均匀性和整体清灰性能。

研发了分段对喷和成组对喷两种模式改进对撞式脉冲喷吹清灰工艺，揭示了分段对喷既提升对撞喷吹的整体强度也提升喷吹效率、成组对喷显著提升喷吹效率但牺牲了部分喷吹强度的规律，获得了分段对喷和成组对喷模式的最佳控制方案。

（4）针对巷/隧道用长箱体形除尘器逐排间歇清灰存在二次扬尘、滤芯间清灰不均匀制约过滤效率的难题，揭示了正序、逆序和跳序等清灰策略对剥离粉尘运移的影响，提出了正序跳序组合式逐排间歇清灰策略，提高了清灰率150%以上。

（5）针对剥离粉尘回吸制约滤芯在线清灰效率的难题，首创了拖尾式间歇脉冲喷吹的方法，揭示了间歇尾喷适时限制过滤气流的恢复、为剥离尘饼下落争取更充足时间的作用机制，获得了间歇尾喷脉冲次数、脉冲间隔等关键参数，实现了在线脉喷清灰条件下抑制剥离粉尘回吸的突破。

基于上述创新成果，参与研发的“巷道干式滤筒过滤除尘技术”入选国家卫生健康委员会《粉尘危害工程防护先进适宜技术指南（2022年）》，“矿用干式过滤除尘系统”入选原国家安全生产监督管理总局《煤矿安全生产先进适用技术装备（2018年）》；获江苏省科学技术一等奖（2021年）。

成果来源

李建龙，陈源正，林子捷，吴泉泉，吴代赦. 除尘滤筒脉喷清灰技术研究进展与展望[J].金属矿山，2022（11）：23-35.

作者简介

验室主任。《金属矿山》青年专家学术委员，《地质与勘探》、《成都理工大学学报（自然科学版）》青年编委，成都理工大学首届优秀研究生导师团队成员，“自然资源部西藏主要成矿带大型-特大型矿床勘查评价和研究科技创新团队”和“自然资源部高层次科技创新人才工程科技创新团队”骨干成员，主要从事青藏高原及周缘铜多金属矿床的研究与找矿勘查工作，先后参与多个大型-超大型矿床的勘查评价，主持国家自然科学基金、国家重点研发计划专题、四川省自然科学基金及各类横向项目10余项，发表文章70余篇，主编专著2部，参编教材2部

李建龙

南昌大学资源与环境学院副教授、博士、硕士研究生导师，美国弗吉尼亚联邦大学访问学者、中国安全生产科学研究院访问学者，入选省级青年人才，主要从事工业粉尘控制技术及装备研究。主持国家自然科学基金2项以及江西省杰出青年基金、江西省主要学科学术和技术带头人培养计划青年项目、中国博士后科学基金、省自然科学基金、国家卫生健康委粉尘危害工程防护重点实验室开放课题等10余项，发表学术论文50余篇（一作/通信的TOP期刊论文9篇），授权国家发明专利40余项、授权美国专利3项，登记计算机软著7项，主参编教材2部、出版专著2部。获江苏省科学技术一等奖、中国职业安全健康协会科学技术一等奖、江西省科学技术进步二等奖等省部级奖7项，国家级教学创新大赛三等奖1项、校级教学成果奖3项，获南昌大学“十大教学标兵”提名奖，指导学生参加学科竞赛获国家级奖20余项。兼任《金属矿山》《南昌大学学报（工科版）》《中国粉体技术》等期刊（青年）编委，《Atmosphere》期刊客座编委。

主要学术成果如下：

（1）建立了滤料捕集粉尘分布不均匀条件下的过滤通用计算模型，定义了滤筒表面尘饼分布均匀度，揭示了三角形褶结构滤筒在过滤后期阻力上升加快的规律，突破了过滤阻力随质量清灰率单调降低的传统认识；修正了适用于滤料或除尘系统内部存在泄漏时的过滤性能计算模型，揭示了滤料品质因子、过滤风量、滤阻、除尘率与泄漏率之间的变化规律，指出泄漏存在条件下过高滤料精度会导致过滤性能恶化的实际问题。相关研究成果发表在《安全与环境学报》《Separation and Purification Technology》《Process Safety and Environmental Protection》《Atmosphere》等期刊。

（2）提出了除尘滤芯新型协同式对撞脉冲喷吹方法，实现主辅喷吹气流碰撞形成的集中静压依次对筒型滤芯各区域实施“逐个击破”式清灰，研发了分段对喷和成组对喷改进对撞式脉冲喷吹的模式，突破了除尘滤芯传统单向点源式喷吹的局限性，显著提升了脉冲喷吹作用的均匀性和整体清灰性能，有效抑制了褶皱式除尘滤芯清灰不良的普遍问题。相关研究成果发表于《Powder Technology》《Separation and Purification Technology》《Aerosol and Air Quality Research》等期刊，授权国家发明专利（ZL202010896433.5、ZL202110348254.2）2项；相关论文获台湾气胶协会2024年度最佳学术论文奖。

（3）探索了面向大风量作业场所的新型错滤–端滤耦合除尘技术，揭示了错流过滤粉尘层颗粒蠕移、溅移、跃移和悬移等现象，明晰了错滤促进了尘粒团聚变大有利于微细尘粒的去除的作用机制，得到了错流比对耦合除尘系统过滤压降、过滤性能的影响规律；揭示了长箱体形除尘器正序、逆序和跳序等逐排间歇清灰策略对剥离粉尘运移的影响，提出了正序跳序组合式逐排间歇清灰策略，显著提升了除尘滤筒有效清灰率。代表性研究成果发表在《环境工程学报》《Powder Technology》《Particulate Science and Technology》，授权国家发明专利ZL202011528085.2、ZL202111346445.1、ZL202210043770.9。

《金属矿山》简介

《金属矿山》由中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司和中国金属学会主办，主编为中国工程院王运敏院士，现为北大中文核心期刊、中国科技论文统计源期刊（中国科技核心期刊）、中国精品科技期刊（F5000顶尖学术论文来源期刊）、中国百强报刊、RCCSE中国核心学术期刊（A）、中国期刊方阵双百期刊、国家百种重点期刊、华东地区优秀期刊，被美国化学文摘（CA）、美国剑桥科学文摘（CSA）、波兰哥白尼索引（IC）、日本科学技术振兴机构数据库（JST）等世界著名数据库收录。主要刊登金属矿山采矿、矿物加工、机电与自动化、安全环保、矿山测量、地质勘探等领域具有重大学术价值或工程推广价值的研究成果，优先报道受到国家重大科研项目资助的高水平研究成果。根据科技部中国科技信息研究所发布的《2024中国科技期刊引证报告（核心版）》，《金属矿山》核心总被引频次位列26种矿业工程技术学科核心期刊第1位；根据中国知网发布的《中国学术期刊影响因子年报》（2024版），《金属矿山》学科影响力位居73种矿业期刊第9位。

编排：戴颖熠

审核：王小兵

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