粉煤灰帶式輸送靜電分離方法及裝置的製作方法

2023-10-11 01:42:49

專利名稱：粉煤灰帶式輸送靜電分離方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種粉煤灰分離技術，具體涉及粉煤灰帶式輸送靜電分離方法及裝置。
粉煤灰顆粒在輸送過程中會產生相互接觸、摩擦，並依據電性不同帶有不同的電荷(未燃炭顆粒帶正電、礦物顆粒帶負電)。輸送到電場區後帶有不同電荷的顆粒分別向兩極偏轉，進而在輸送出電場後得到最終的分離。
背景技術：
在燃煤發電系統中，由於煤粉燃燒工藝的固有特性及其他原因，煤粉常常未能得到充分、完全的燃燒，這表現為燃燒發電系統排出的粉煤灰有較高的燒失量，即未燃炭含量較高。據統計，我國粉煤灰的平均含炭量為8.3％，有的則高達30％。我國每年粉煤灰的排放量約為1億噸，按8％的含炭量折算，每年損失的未燃炭量達1100萬噸。未燃炭是經開採、輸送、粉磨加工後的最終成品，未燃炭的損失意味著巨大的能源損失和經濟損失。另一方面，較高的未燃炭含量還限制了粉煤灰作為建築材料工業中膠凝性替補材料的應用。相應國家標準規定燒失量大於8％的粉煤灰不能用於水泥、混凝土等建築材料，而只能棄排。粉煤灰的棄排對環境有多方面不利的影響。
粉煤灰的脫炭分離技術可分為燃燒、浮選及電選等幾種工藝。電選分離是利用粉煤灰中有機炭顆粒和無機礦物顆粒的電性質不同進行分離。現有的電選分離為滾筒式電分離器。該分離器採用一滾動的圓筒作為負板，一平行的金屬板作為正板，粉煤灰被餵入圓筒和金屬板之間，由於摩擦，粉煤灰中的炭粒會帶上正電，並被吸附在圓筒上，最終通過刷帚得到收集、分離。這種滾筒式電分離器是上世紀70年代國外一些試驗機雛形的放大，不僅產量低(小於10t/h)，而且分離效率低(經處理後的粉煤灰含炭量仍大於8％)，因此還沒有實際的應用。

發明內容
本發明的目的在於提供一種新型的粉煤灰帶式輸送靜電分離方法及裝置。
本發明粉煤灰帶式輸送靜電分離方法，包括以下步驟步驟一、建立一電場區，其中平行極板長度為1～15m，極板寬度為0.5～2m，極板間距10～100mm，施加於極板間的電壓為10～55kV/cm；
步驟二、在兩極板之間設兩輸送帶，將粉煤灰隨輸送帶送入電場區，輸送帶傳送線速度在1～20m/s；步驟三、將被吸附到兩極板表面的顆粒通過輸送帶刷帚並送出電場區，分別收集分離產物。
其中，所述電場區中優選平行極板長度為1～5m，極板寬度為0.5～2m，極板間距10～50mm，施加於極板間的電壓為10～45kV/cm。
其中，在將粉煤灰送入平行極板電場之前，經過一振動過程。
所述輸送帶為多孔輸送帶。
本發明粉煤灰帶式輸送靜電分離裝置，包括一高頻振動進料器、兩平行極板、兩套或一套輸送裝置、收集裝置、以及電源、電控部件，所述輸送裝置由圍繞著極板均布的輸送帶或是布置在極板間的一套輸送帶、帶動輸送帶的傳動滾筒、無傳動滾筒、以及張緊輪組成，進料器置於平行極板上面，對於立式裝置，出料口在兩輸送帶縫隙之間；對於臥式裝置，出料口分別在輸送帶的兩端。
其中，所述平行極板垂直布置，或，所述平行極板水平布置。
其中，所述輸送帶為多孔輸送帶。所述多孔輸送帶開孔面積為10～80％，單個孔面積為1～100mm2。
本發明的優點(1)本發明採用高頻振動及輸送帶高速摩擦輸送，使粉煤灰中不同材料顆粒充分荷電，保證了顆粒將受到電場的顯著影響；(2)本發明採用強電場、窄極板間距技術，保證了荷電顆粒的迅速、高效分離；(3)本發明採用多孔帶輸送技術，保證了經分離後的粉煤灰迅速離開電場區，從而保證了設備的高處理量。


圖1為本發明立式粉煤灰帶式輸送靜電分離裝置結構示意圖；圖2為本發明臥式粉煤灰帶式輸送靜電分離裝置結構示意圖；圖3為本發明中輸送帶結構示意圖。
具體實施例方式本發明應用顆粒摩擦荷電及靜電分離的原理，並在帶式連續輸送工藝條件下實現粉煤灰中炭顆粒和礦物顆粒的最終分離。
粉煤灰是煤粉在燃煤電廠鍋爐中燃燒後從煙道排出、被收塵器收集的殘留微粉顆粒。粉煤灰顆粒通常為球狀，尺寸在幾百微米到幾微米之間變化。粉煤灰的主要化學成分為SiO2、Al2O3和Fe2O3，有些則會含較高的CaO。粉煤灰的礦物組成包括矽酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽和氧化物等。由於煤粉不能完全燃燒，因此在粉煤灰中會有一定量的殘留炭，包括各向同性焦炭、各向異性焦炭和少量的惰性煤素質，這些都是高熱質的可燃組分。粉煤灰中的未燃炭顆粒和礦物顆粒在尺寸及形貌上區別不大，但兩者之間的電性質有顯著的不同。未燃炭顆粒具有較低的費米能級，礦物顆粒則具有較高的費米能級。當未燃炭顆粒與礦物顆粒相互接觸、並產生劇烈摩擦時就會帶上不同的電荷。具體地講，未燃炭顆粒會失去電子帶正電，礦物顆粒會得到電子帶負電。這就構成了粉煤灰進行靜電分離的基礎。但分離效率則與粉煤灰不同種類顆粒的荷電強度有關，即荷電強度愈大，分離效率愈高。
本發明採用帶式輸送，在輸送過程中使粉煤灰顆粒間產生劇烈摩擦，進而保證了顆粒的最大荷電強度。
帶電顆粒會在電場中向異性電極偏移、運動。這種偏移、運動既取決於顆粒的荷電量，又取決於電場強度。電場強度可以用施加於極板間的電壓「V」與極板間的距離「d」比值表示。極板間距離較小，就可以用較小的電壓獲得一定的電場強度。另一方面，縮小極板間距可以使擊穿電壓增加。例如，間距為100mm時，氣體的擊穿電壓為25kV/cm；間距為1.0mm時，氣體的擊穿電壓則升至為45kV/cm。本發明採用較小的極板間距和較大的施加電壓，以建立起高電場強度區。這使得極板間有較高的空間荷電密度，同時也加速帶電顆粒在極板間的運動。
粉煤灰中帶有不同電荷的顆粒在電場中的分離效率既取決於電場強度，又取決於運動距離，這就要求極板間的距離儘量減小。但要維持一定的處理量，就需要增加極板面積。本發明採用具有較大面積的平行極板，保證了在宏觀上滿足高處理量的要求。因此，依據本發明，電場中帶電顆粒的分離速率因顆粒運動距離的減小而增加，分離所需時間可以用極板間的距離除以顆粒運動的速度來表示。
帶電的粉煤灰顆粒在電場中顯示有一定量的空間電荷。空間電荷是單位電極面積上所有顆粒受電力作用的總和，用單個帶電顆粒的庫侖量表示。一定施加電壓條件下空間電荷是恆定值。極板間距增加，極板間的顆粒量增加，單個顆粒的受電力作用就會減小；極板間距減小，極板間的顆粒量減小，單個顆粒受電力作用就會增加。因此，減小極板間距不僅縮短了顆粒運動的距離，而且還加速了顆粒的運動，這使帶電顆粒從主物料流中分離所需時間進一步減小，分離效率也得到了提高。
帶電的粉煤灰顆粒在電場中向極板運動，最終會與極板接觸、相碰。由於帶電顆粒與相碰的極板帶有異性電荷，顆粒會被吸附在極板表面，或是產生電中和作用而失去電荷。顆粒被吸附到極板表面後會影響到極板間的電場強度，進而影響到分離效率。失去電荷的顆粒也可能會返回到主料流中。因此必須在較短時間內將已分離的顆粒輸送出電場區。本發明採用帶式輸送方式，即採用輸送帶將已分離的顆粒強制攜帶出電場區，並使粉煤灰得到最終的分離。
因此，本發明粉煤灰帶式輸送靜電分離方法包括以下步驟1、建立一電場區，其中平行極板長度為1～15m，極板寬度為0.5～2m，極板間距10～100mm，施加於極板間的電壓為10～55kV/cm；該步驟建立一高強度電場區。
2、在兩極板之間設兩輸送帶，將粉煤灰隨輸送帶送入電場區，輸送帶傳送線速度在1～20m/s；該步驟使粉煤灰顆粒在輸送中產生劇烈的摩擦，進而帶有不同的電荷，並在電場作用下分離；該步驟還對電場區的極板進行表面清潔，保證極板間的電場強度。
3、將被吸附到極板表面的顆粒通過輸送帶送出電場區，分別收集分離產物；該步驟實現粉煤灰的最終分離。
經過以上步驟，本發明通過帶式輸送將粉煤灰帶入極板電場區，並在此過程中使粉煤灰顆粒之間產生強烈摩擦，進而帶有不同的電荷；帶電顆粒在強電場力作用下分別向兩極板移動；與此同時，輸送帶又將分離的顆粒攜帶輸送出電場區，從而能夠很好地完成粉煤灰中炭顆粒和礦物顆粒的最終分離。
本發明還為實現上述分離方法提供了適宜的裝置。
一種立式粉煤灰帶式輸送靜電分離裝置，如圖1所示，該裝置包括一進料器1、兩平行極板2、兩套輸送裝置、收集分離產物的分離錐7、以及電源、電控部件等。平行極板2呈立式，所述輸送裝置由圍繞著極板均布的輸送帶3、帶動輸送帶3的傳動滾筒4，無傳動滾筒5、以及張緊輪6組成，張緊輪6可進行平移，以調節輸送帶3的鬆緊；進料器1置於平行極板2上面，欲分離的物料卸在兩輸送帶3縫隙之間。
上述裝置中，極板間的距離為10～100mm，依據處理量需求，極板高度(長度)為1～15m，極板寬度為0.5～2m，極板間施加的電壓為10～55kV/cm，極板由金屬材料製成，通過絕緣後與前後機殼體固定；輸送帶的線速度在1～20m/s之間選擇。
上述裝置運行時，首先是啟動高壓電源，即在兩極板之間施加所需的電壓，然後再啟動電機帶動傳動滾筒及帶動輸送帶運行。將粉煤灰卸入，粉煤灰在被輸送過程中產生強烈的摩擦，並依據顆粒的電性質，分別帶上正電荷或負電荷。在進入電場區後，帶有不同電荷的顆粒在極板的靜電力作用下穿過多孔輸送帶向兩極板偏移，並被多孔輸送帶輸送出極板電場區，進入到各自的產品收集倉。
另一種臥式粉煤灰帶式輸送靜電分離裝置如圖2所示。該裝置與前述立式裝置不同之處在於兩平行極板2水平放置，傳動滾筒4和無傳動滾筒5的位置可以互換，輸送帶3也可向左、右兩個方向運動；進料器1置於靜電分離裝置的上方，欲分離的料通過上極板的孔縫，經上輸送帶孔洞卸在兩輸送帶3之間。其餘裝置均與立式裝置相同。
臥式裝置運行時，首先是啟動高壓電源，即在兩極板之間施加所需的電壓，然後再啟動電機帶動傳動滾筒及帶動輸送帶運行。將粉煤灰由上部極板中間縫隙卸入，粉煤灰在被輸送過程中產生強烈的摩擦，並依據顆粒的電性質，分別帶上正電荷或負電荷。在進入電場區後，帶有不同電荷的顆粒在極板的靜電力作用下吸附在極板表面或穿過多孔輸送帶向另一極板偏移。由於輸送帶上、下層的運動方向相反，因此可分別將極板上的顆粒攜帶輸送出極板電場區，進入到各自的產品收集倉。
本發明方法以及裝置中涉及的輸送帶3，採用高密度聚乙烯、聚丙稀等有機聚合物為基材的輸送帶，其具有適宜的力學性能，包括耐高溫特性、耐磨損特性、抗拉伸特性，還具有適宜的電性質，包括輸送帶材料本身的絕緣特性和具有適宜的開孔形式和截面形態；本發明中，採用的輸送帶厚度小於3mm，電阻率大於1010Ω·cm，開孔面積為30～80％，單個網孔面積在1～100mm2之間，網孔幾何形狀可為正方形、長方形、橢圓形、或圓形，參見圖3。
本發明中，為使粉煤灰顆粒之間產生強烈摩擦，進而得到荷電強度更大的顆粒，還可在進料器1之前增設一振動裝置，對粉煤灰顆粒先行高頻振動。
權利要求
1.一種粉煤灰帶式輸送靜電分離方法，包括以下步驟步驟一、建立一電場區，其中平行極板長度為1～15m，極板寬度為0.5～2m，極板間距10～100mm，施加於極板間的電壓為10～55kV/cm；步驟二、在兩極板之間設兩輸送帶，將粉煤灰隨輸送帶送入電場區，輸送帶傳送線速度在1～20m/s；步驟三、將被吸附到兩極板表面的顆粒通過輸送帶刷帚並送出電場區，分別收集分離產物。
2.根據權利要求1所述粉煤灰帶式輸送靜電分離方法，其特徵在於，所述電場區中平行極板長度為1～5m，極板寬度為0.5～2m，極板間距10～50mm，施加於極板間的電壓為10～45kV/cm。
3.根據權利要求1所述粉煤灰帶式輸送靜電分離方法，其特徵在於，在將粉煤灰送入平行極板電場之前，經過一振動過程。
4.根據權利要求1或2或3所述粉煤灰帶式輸送靜電分離方法，其特徵在於，所述輸送帶為多孔輸送帶。
5.一種粉煤灰帶式輸送靜電分離裝置，其特徵在於，包括一高頻振動進料器、兩平行極板、兩套或一套輸送裝置、收集裝置、以及電源、電控部件，所述輸送裝置由圍繞著極板均布的輸送帶或是布置在極板間的一套輸送帶、帶動輸送帶的傳動滾筒、無傳動滾筒、以及張緊輪組成，進料器置於平行極板上面，對於立式裝置，出料口在兩輸送帶縫隙之間；對於臥式裝置，出料口分別在輸送帶的兩端。
6.根據權利要求5所述粉煤灰帶式輸送靜電分離裝置，其特徵在於，所述平行極板垂直布置。
7.根據權利要求5所述粉煤灰帶式輸送靜電分離裝置，其特徵在於，所述平行極板水平布置。
8.根據權利要求5或6或7所述粉煤灰帶式輸送靜電分離裝置，其特徵在於，所述輸送帶為多孔輸送帶。
9.根據權利要求8所述粉煤灰帶式輸送靜電分離裝置，其特徵在於，所述多孔輸送帶開孔面積為10～80％，單個孔面積為1～100mm2。
10.根據權利要求5或6或7或9所述粉煤灰帶式輸送靜電分離裝置，其特徵在於，所述極板之間的距離為10～100mm，極板之間施加的電壓為10～55kV/cm。
全文摘要
本發明公開了一種關於粉煤灰帶式輸送靜電分離方法及裝置。該方法及裝置是通過輸送帶將粉煤灰送入電場區。由於電性不同，輸送過程中粉煤灰顆粒間的相互接觸、摩擦就會使不同種類的顆粒(包括有機未燃炭顆粒、無機礦物顆粒)帶有不同的電荷。在進入電場區後，粉煤灰中帶有不同電荷的顆粒會分別向正、負兩極偏移，逐漸得到分離。粉煤灰經輸送帶攜帶出電場區後，粉煤灰中所含的有機未燃炭顆粒和無機礦物顆粒可獲得最終的分離。
文檔編號B03C7/08GK1887434SQ20061008888
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月24日 優先權日2006年7月24日
發明者汪瀾, 隋同波, 王宏霞, 江麗珍 申請人:中國建築材料科學研究總院