会员投稿

网站管理

设为首页

加入收藏

 

当前位置:首页 > 锅炉专业 > 详细内容
循环流化床锅炉飞灰高压静电脱碳的研究
发布时间:2010/5/10  阅读次数:15451  字体大小: 【】 【】【
本广告位全面优惠招商!欢迎大家投放广告!广告投放联系方式
第1章绪论
课题背景
     飞灰产生十锅炉燃煤过程,并部分地在烟气排放时被除尘装置所俘获。90年代以来,我国每年排放的飞灰总量在8000万吨以上,Ifu利用率和处置率仅为20%左右,Ifu b‘主要用作建筑材料【‘],其它只能填埋或者堆放。我国每万吨飞灰的储存占地约1334平方米[f2l随着火力发电量的迅速增加,飞灰处理、消纳以及由此派生的环境污染防治问题业已成为煤炭转化利用过程中不可忽视的环节。Ifu可燃碳含量是影响飞灰利用水平,限制飞灰利用范围的重要因素之一。例如美国ASTM C-618规定:飞灰用做建筑水泥原料时,无论是F类灰(火山灰性质的飞灰)和C类灰(Ca0含量高十10%的,具有一定自硬性的飞灰),其用烧失率表征的可燃碳含量不得高十6%。我国GB 1596-91规定,水泥用飞灰I级灰标准烧失率不得高十5%}   II级灰标准烧失率不得高十8%;混凝土用飞灰I级灰标准烧失率不得高十5%} II级灰标准烧失率不得高十8%,III级灰标准烧失率不得高十15%;硅酸盐制品用飞灰I级灰标准烧失率不得高十7% } II级灰标准烧失率不得高十12%,III级灰标准烧失率不得高十15% o       因此飞灰脱碳技术对推动飞灰综合利用,缓解环境危机,具有重大的经济,环境和社会作用。迄今为止,飞灰脱碳技术中的高压静电脱碳技术在煤粉锅炉飞灰上得到了一定规模的商业应用,但是也存在一些理论上尚未解释清楚,认识上存在偏差和技术上急待解决的问题。同时高压静电脱碳技术在循环流化床锅炉飞灰上应用的研究还没有起步,随着我国循环流化床锅炉单机容量和整体装机容量的增加,高压静电脱碳技术在循环流化床锅炉飞灰上的应用成为一个切实需要研究、解决的课题。
       和其它飞灰高压静电脱碳技术一样,循环流化床锅炉飞灰高压静电脱碳技术包括飞灰的荷电技术和荷电飞灰的分离技术两部分。荷电飞灰的分离技术是循环流化床锅炉飞灰高压静电脱碳技术的核心;IfIJ飞灰的荷电技术则是循环流价庆侣护飞加高压u}F由脱碳特犬的前棵其石出。
2相关研究现状
       虽然循环流化床锅炉飞灰高压静电脱碳的研究属十高压静电分离技术领域的一项空白,但是高压静电分离技术,包括煤粉锅炉飞灰的高压静电脱碳技术在近年来得到长足的发展,其研究成果对循环流化床锅炉飞灰高压静电脱碳技术的研究具有一定的指导和借鉴意义。现将有关研究成果分别叙述如下。
2. 1摩擦起电概述
       飞灰高压静电脱碳技术的基础,即飞灰的荷电技术,的基本原理就是摩擦起电。摩擦起电现象最早被古希一腊人泰勒斯所发现并做了理论上的猜测,但是迄今为止对十摩擦起电的规律,特别是电介质之间摩擦起电的规律的认识依然不全面和不统一。目前,高压静电分离技术在包括化工领域等很多领域得到更广泛应用,从Ifu带动了关十电介质摩擦起电现象的规律的研究。       关十摩擦起电机理的现代理论上的研究是以伏打一亥姆霍兹学说为基础逐步发展起来的。伏打一亥姆霍兹学说认为,无论导体还是电介质,都具有功函数。不同物质的功函数的数值是不同的,机理也有一定的差别。处十真空中的导体,其内部电子就好象处十深为的势井中,势井的绝对值就是导体的功函数;Ifu电介质的功函数则是由其表面上局部物质能级所延伸出来的[m。当功函数不同的物质的表面层互相靠近,一般认为小十25微米时,根据量子力学理论,通俗地讲,电子将从功函数小的物质的表面层转移到功函数大的物质的表面层,从Ifu在两物质的接触面之间形成一个偶电层。在接触面两侧电荷转移达到平衡时,偶电层产生的电势差恰好抵消了两侧物质功函数的差值。即#,       公式中6。为偶电层电荷密度,}m}z}#m#z}61和6z依次为两侧物质功函数,相对介电常数和空间电荷层的厚度,:。和‘分别为真空介电常数和电子电月巨。
       当接触面两侧电荷转移达到平衡态时,偶电层的电荷为Qo o   Ifu当电荷转移达到平衡态的接触面相互分开时,能观测到的电荷为Q,两者存在如下关系:Q=fQ}(1-2)
       公式(1-2)中f称为逸散系数。引起偶电层电荷逸散的主要原因有:场致发射,内部扩散和界面逸散。
       如果把两个物体表面间的荷电过程设想为一个电容的充电过程,那么它的驰豫时间常数:                                                                   2=RC=P#(1-3)
       其中R是接触表面的当量电阻,C是接触表面的当量电容,P是接触表面的当量电阻率,£是接触表面当量介电常数。理论上讲,如果互相接触的两个物体有一个或者两个是电介质,那么摩擦起电的电荷平衡状态需要无限长的时间才能达到;同样道理,当它们分开时,基本上也保持了摩擦期间所携带的电荷,即逸散常数f接近十1 }`}} o
       伏打一亥姆霍兹学说很好地解释了金属一金属之间,金属一电介质之间的摩擦起电的现象,无论荷电极性和荷电量都可以预测得很准确。但是应用伏打一亥姆霍兹学说不能很好地预测电介质一电介质之间摩擦起电的荷电量,甚至荷电极性。随着高压静电分离技术在包括化工领域在内的很多领域的更广泛的应用,电介质一电介质之间摩擦起电的研究近年来得到很大发展。
       试验和观测表明:金属一电介质,电介质一电介质之间的摩擦起电,主要是电子在两个物体实际接触表面发生转移,个别情况下,还有离子的转移。
       1982年Seanor提出电介质之间电子或者离子的转移的方向和数量是由两个物体整体的平均电物理性质决定的。
       1986年Cross和Seano:的试验表明:伏打一亥姆霍兹学说可以解释和预测金属之间和金属和电介质之间的摩擦起电,但是在预测电介质之间的摩擦起电时,至少荷电量在数量级上是错误的。
       1986年Cross提出电介质之间电子或者离子的转移的方向和数量是由两个物体接触表面的电物理性质决定的。
       现在我们一般认为电介质之间摩擦起电时的荷电极性与电荷量受包括湿度、温度、表面灰污和外电场强度等诸多因素影响。
       1997年Anasescu和Cramariuc提出电介质并不是完美的绝缘体,在电介质表面存在很多缺陷,这些缺陷有的构成了捕捉电子或者离子的陷阱,有的构成容易失去电子或者离子的类导体结构,所以即使是两个电介质互相摩擦,也一样可以荷电。从Ifu在理论上解释了金属一电介质,电介质一电介质之间存在摩擦荷电的原因。
       1997年Lindley和Rowson建立了电介质之间摩擦荷电的准则:电介质之间摩擦荷电时,表面具有较高的介电常数的物体将带正电,表面具有较低的介电常数的物体将带负电,接触面电荷面密度的经验公式:
                                           P:一15*10-6(}l.l一:rz)                                   C1-4)
       其中:,,,和:}.z是两个电介质的介电常数。
       1998年Lungu提出吸附了水分子的电介质之间的摩擦起电可以分为两个步骤进行:
       首先是电介质颗粒之间的摩擦起电,形成电场Ec,这一过程可以用Lindley和Rowson学说作出预测和解释。
       然后,在这个电场Ec作用下,水膜极化,形成附加电场强度E,这个电场穿透颗粒的深度/:
                                                                                                       2}T1
                                                                                                   r=—(1-5)
                                                                               e刀}
       其中,£是电介质的介电常数,Tlc是水膜和电介质之间的电压,e是电子电量,Na是局部电子体积浓度。试验表明/的数量级是十分之一微米,电场强度在105}-108V/m范围内。电介质之间的电子和离子可以通过肖特基势垒作用和孔道作用,在这个附加电场力的作用下发生转移。所以有单分子或者多分子水膜吸附时,电介质之间的摩擦起电得到加强。当电介质之间的距离足够小的时候,附加电场甚至可以使水膜分子发生电解作用。
       2004年Nemeth指出,伏打一亥姆霍兹学说对十电介质之间的摩擦起电,仍然是适用的,伏打一亥姆霍兹学说预测电介质之间摩擦起电的荷电量和荷电极性的差异来源十电介质试验材料表面电物理性质的差异和试验条件的差异以及外部干扰因素的影响。
       同年Lungu用实验验证了自己的吸附了水分子的电介质之间的摩擦起电可以分为两个步骤进行的理论猜测[5]
       无论是循环流化床锅炉还是煤粉锅炉,其飞灰中的可燃碳都经历了炉内的晶格有序化过程,其电物理性质主要是功函数(C 4.04}-4.35eV)更接近石墨的功函数(4.0 eV ) }I I }rJ的功函数(4.38 eV。作为对比A120:的功函数为4.7 eVMg0的功函数为4.5 eV }   IfU Si0:的功函数为5.4 eV。应用伏打一亥姆霍兹学说可以解释飞灰颗粒的荷电现象,即飞灰的摩擦荷电现象相当十金属和电介质之间的摩擦荷电现象。
       当飞灰中的矿物质与飞灰碳分离分布时,矿物质颗粒与飞灰可燃碳颗粒发生摩擦时,将产生摩擦荷电现象。其中功函数较小的飞灰可燃碳颗粒将失去电子带正电,功函数较大的飞灰矿物质颗粒将得到电子带负电[f}l
2. 2飞灰摩擦荷电的方式
       从使飞灰矿物颗粒和可燃碳颗粒荷上不同电荷的原理上分,飞灰高压静电脱碳技术有两个大类:机械荷电和气力输送荷电。机械荷电目前主要有振动摩擦荷电方法和旋转摩擦荷电方法。气力输送荷电方法有主要依靠颗粒在气力输送过程中与金属管道内壁摩擦荷电的螺旋管荷电方式和主要依靠颗粒之间相互摩擦荷电的文丘力管荷电方式。
       震动摩擦荷电方法的代表是意大利卡利业里大学DIGITA-CSGl}」实验室设计并制造的高压静电分离装置,如图1-1所示的,主要用来分离细颗粒,包括飞灰、煤粉等。其主要的荷电作用是金属圆招‘的振动,导致的颗粒之间的摩擦荷电[f}l。
我要评论
  • 匿名发表
  • [添加到收藏夹]
  • 发表评论:(匿名发表无需登录,已登录用户可直接发表。) 登录状态:未登录
最新评论
    暂无已审核评论!
广告

甄长红  版权所有 

copyright 1991-2019 青果园电厂化学资料网 ( www.qgyhx.cn ) All rights reserved 陇ICP备09001450号

申请链接  广告服务  联系我们  关于我们  版权声明  在线留言

网站由中网提供技术支持