粉煤灰脫炭的平行板靜電分離器及摩擦荷電靜電場分選工藝的製作方法

2023-05-17 10:50:56

專利名稱：粉煤灰脫炭的平行板靜電分離器及摩擦荷電靜電場分選工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於礦物分離技術領域，提供了一種粉煤灰脫炭的平行板靜電分離器及摩擦荷電靜電場分選工藝。
背景技術：
本發明設計是基於礦物資源綜合利用和環境汙染防治的實用技術，是利用高壓靜電場脫除粉煤灰中未燃盡殘炭的分選設備和工藝流程。粉煤灰作為煤粉燃燒產物，受原料及燃燒工況的影響，原狀灰或多或少會含有未燃盡有機物，即未燃盡殘炭。粉煤灰中未燃盡炭含量的超標，不僅帶來相應的環境問題，而且制約著粉煤灰在許多領域的應用。
全世界年排放粉煤灰總量約5億噸以上。而我國就超過1億噸，居世界第二位。隨我國經濟建設發展，粉煤灰排放量會進一步增加，會相應帶來更多環境問題。因此經濟有效的粉煤灰綜合利用日益成為一個重要課題。然而，在粉煤灰資源化利用過程中遇到的一個主要問題是未燃盡炭含量超標，它制約著粉煤灰在許多領域的應用。如在建築材料和築路填充中，粉煤灰碳含量超標會顯著影響建築及填充材料的吸水性和穩定性，給粉煤灰的有效綜合利用帶來顯著負面影響。所以只有降低粉煤灰含炭量，才能有效提高其質量等級，從而為其綜合利用開闢廣闊市場。
當今世界上降低粉煤灰炭含量的方法主要有兩種一.排灰前降低炭含量，即進行鍋爐改造以提高煤粉燃燒效率；二.對高炭粉煤灰採用一定工藝和方法，將其中未燃盡炭除掉一部分。主要實用技術有燃燒法、電選法、浮選法和離心分離等(何新露.粉煤灰選炭的試驗研究.粉煤灰綜合利用，1999，03(5)15～18)。其中以溼法分選的浮選法和幹法分選的電選法應用最為普遍。
目前高炭粉煤灰浮選工藝從煤炭一段浮選工藝發展而成。如甘肅白銀公司動力廠原灰含炭量平均為35％左右。經浮選後含炭量降到5％以下(邵靖邦，王祖訥.降低粉煤灰含炭量的途徑.中國煤炭，1998，24.(10)17-19.)。但因新鮮煤粒表面有有機油類化合物吸附，表現為強天然疏水性；而粉煤灰是在高達1500℃以上的溫度下燃燒產生，其天然疏水性差。因此粉煤灰中炭粒不同於未經燃燒的煤。又因為一段浮選工藝中存在寬級別入料各因素相互幹擾、在同一操作條件和藥劑制度下，不能夠達到優化配置。所以這種以煤用浮選工藝為基礎的粉煤灰浮選工藝，有脫炭分離指標不理想、分選效率偏低的缺點。另外經溼法處理後的粉煤灰活性下降，並且還會增加產品脫水、乾燥成本。而採用電選等乾式分選法分選後的產品無需過濾乾燥，產品活性好。隨著技術進步，幹法電積塵已佔主導地位，電廠越來越趨向於採用乾式分選法來處理粉煤灰中的炭(焦有宙，張全國，張相鋒等.粉煤灰電特性與摩擦高壓靜電脫炭技術試驗研究.河南師範大學學報(自然科學版)，2004，32(3)36～40)。
火電廠粉煤灰的幹法處理有風選法和電選法兩種。其中風選法以風力分級和離心分級為基礎，主要用來改善粉煤灰的細度，對於其中的炭卻顯得無能為力；電選法則利用灰粒和炭粒在電性質上的差異以及電選脫碳機離心場的作用，在脫炭的同時提高粉煤灰的細度(龔文勇；張華.電選粉煤灰脫炭技術的研究.粉煤灰，2005，(3)33～36)。
此前，電選用於鍋爐粉煤灰中炭、灰的分離，人們已進行了廣泛的研究，也取得了一批令人滿意的結果，但對於粉煤灰摩擦荷電靜電場分選的研究和應用尚未見報導。
本平行板靜電分離器及摩擦荷電靜電場分選工藝流程對高炭粉煤灰這樣的細微粒級物料分選效果尤佳，兼顧了分選精度和產率，是一種達到了國際先進水平的靜電場分選設備及工藝。

發明內容
本發明目的在於提供一種粉煤灰脫炭的平行板靜電分離器及摩擦荷電靜電場分選工藝，解決了粉煤灰中殘炭含量超標所帶來的相應的環境問題和粉煤灰綜合利用的問題，提出一種低成本、工藝簡單、效率高的粉煤灰電選除炭的裝置及工藝方法。
本發明的平行板靜電分離器的結構簡圖如附圖1所示，本平行板靜電分離器由引導器2、高壓靜電分離室6和產品分隔室7三部分組成。引導器2為從靜電分離器上端插入的無縫鋼管，電弧焊接固定；高壓靜電分離室的截面為矩形，其前後壁面由金屬板3和金屬板4構成，其中，金屬板3連接負高壓發生器，金屬板4接地，通電後在兩塊金屬板之間產生高壓勻梯度電場；產品分隔室7處於整個平行板靜電分離器的最下方，通過法蘭盤12與高壓靜電分離室6連接。產品分隔室內的縱向方向裝有兩個分隔隔板8，分隔隔板8的上部(法蘭盤以上部分)為活動隔板，通過改變其傾斜角度，可調整隔板間隙h1和h2，從而控制各產品的產率和品位。在兩塊金屬板之間產生高壓勻梯度電場；帶正負不同電荷的物料顆粒在其中高壓電場的作用下會產生物料分層；物料層流會隨載氣進入產品分隔室中，在分隔室中被分隔隔板分離開來而形成精礦和尾礦料流。
本發明靜電分選工藝由給料系統、平行板靜電分離系統、產品收集系統三部分構成。核心分離裝置為平行板靜電分離器，並配合相應的給料及產品收集設備，組成一個完整的摩擦荷電靜電場分選工藝系統，來脫除粉煤灰中的未燃盡炭粒。本分選工藝為幹法物理分選過程，無需礦漿準備，沒有廢水產生，也無需脫水過濾裝置。因此相對於浮選分離等溼法分選工藝而言，工藝簡單，運行成本低廉。
給料系統主要由電磁振動給料機，並配合氣動傳輸管路，組成粉煤灰乾粉物料給料系統；乾粉物料經平行板靜電分離器分選後，得到燃煤飛灰、殘炭顆粒和中間物料三種分離產品；燃煤飛灰產品和殘炭顆粒產品通過旋流器和布袋收集器所組成的產品收集裝置的捕集，分別得到最終的粉煤灰產品和殘炭產品。而中間產品則返回平行板靜電分離器進行再選。
粉煤灰殘炭摩擦荷電靜電場分選工藝流程說明
結合附圖2，對本粉煤灰殘炭摩擦荷電靜電場分選工藝的工作過程敘述如下粉煤灰原料為燃煤火力發電廠的粉煤灰，顆粒最大粒度不超過2.0mm，殘炭含量在5％～40％之間。首先，粉煤灰幹灰入料13給入給料鬥14中，給料鬥14的緩衝時間為1～5分鐘；隨後經電磁振動給料機15輸送至氣動傳輸器受料鬥16，形成氣動傳輸器入料17，氣動傳輸器受料鬥17的緩衝時間為1～5分鐘；設置給料鬥14和受料鬥16的目的是保證生產的連續性和穩定性。粉煤灰物料在電磁振動給料機的輸送過程中，與輸送機內襯的特氟隆材料摩擦，而被荷電。其中炭質組分帶正電荷，而無機組分帶負電荷；氣動傳輸器載氣由鼓風機18提供，載氣19輸入氣動傳輸器20後，攜帶接受鬥入料，與中間產品底流29一併形成靜電分選機入料1。靜電分選機入料1的濃度(氣固比)和流量由電磁振動給料機15振動頻率和鼓風機18的鼓風量協同決定。靜電分選機入料1的濃度範圍為12～27wt.％，流量控制在1120～1860Nm3/h之間。整個分選系統的處理量為3000～5500kg/hr。
帶不同電荷的靜電分選機入料1被吹入靜電分離器23後，帶電荷的靜電分選機入料1經引導器2吹入平行板靜電分離室6後，帶正負不同電荷的物料顆粒在其中高壓電場的中受到不同方向的庫侖力，其中，帶正電荷的殘炭顆粒吸引至負極板方向，形成富含炭質顆粒的物料層流；而帶負電荷的飛灰顆粒被吸引至相反的方向，形成富含飛灰顆粒的物料層流；分層物料流會隨載氣進入產品分隔室7中，在分隔室中被分隔隔板8分離開來；調整兩分隔隔板的間隙h1和h2，可以控制粉煤灰料流9、中間料流10和殘炭料流11的產率和品位。通過其中高壓靜電場的分選，形成粉煤灰氣固兩相流、殘炭氣固兩相流和中間產品氣固兩相流。
產品收集裝置由旋流器25和布袋收集器26構成；由靜電分離器23分選得到的殘炭氣固兩相流11、粉煤灰氣固兩相流9和中間物料氣固兩相流10，經旋流器入料鼓風機24加壓後，給入旋流器25；通過旋流器的濃縮作用，產生的底流產品(粒度為10～500μm)通過布袋收集器26進行氣固分離，最後固態的粉煤灰產品27和殘炭產品28；布袋收集器26為雙迴路設計，即一路進行氣固分離，一路卸料，兩工作過程交替進行，以保證整個產品收集過程的連續性；中間產品的底流29則不經過布袋收集器氣固分離，直接返回至靜電分選機入料1使中間物料得到再選；各旋流器溢流30則直接返回至鼓風機6入口，形成鼓風入流22，溢流粒度控制在0.0125～10μm，操作中通過調整旋流器溢流管的插入深度和旋流器入料鼓風機24的風量進行控制。
本發明的優點或積極效果應用平行板靜電分離器和配套摩擦荷電靜電場分選工藝來分離粉煤灰中未燃淨殘炭。分選結果表明，平行板靜電分離器和摩擦荷電靜電場分選工藝可有效脫除粉煤灰中殘炭。本平行板靜電分離器不但投資少、耗電量小，而且維修量小，運行費用低；相對於浮選分離等溼法分選工藝而言，本幹法物理分選工藝流程得到明顯簡化，無需礦漿準備和藥劑添加，沒有廢水產生，也無需脫水過濾裝置。因此對周圍環境基本上沒有危害。其工藝成本均優於浮選分離等工藝流程。


圖1是本發明的平行板靜電分離器。其中，靜電分離室入料1、引導器2、高壓負極板3、接地板4、負高壓發生器5、平行板靜電分離室6、產品分隔室7、分隔隔板8、粉煤灰料流9、中間料流10、殘炭料流11、法蘭盤12、引導器插入深度h、隔板與高壓負極板的距離h1、兩個分隔隔板之間的距離h2。
圖2是本發明的摩擦荷電靜電場分選工藝流程。其中，靜電分選機綜合入料1、粉煤灰原灰入料13、給料鬥14、電磁振動給料機15、受料鬥16、氣動傳輸器入料17、氣動傳輸器鼓風機18、載氣19、氣動傳輸器20、靜電分選機入料21、靜電分選機溢流入料22、平行板靜電分離器23、旋流器入料鼓風機24、旋流器25、布袋收集器6、粉煤灰產品27、殘炭產品28、中間產品29、旋流器溢流30。
給料鬥和受料鬥的容量為整個靜電分選系統1～5分鐘的處理量。電磁振動給料機上的特氟隆荷電塗層的長度為100cm。布袋收集器為雙迴路設計，即一路進行氣固分離，一路卸料，兩工作過程交替進行，其型號在應用中根據實際的處理能力和過濾壓力選型。各產品旋流器溢流管的插入深度可作調整。氣動傳輸器鼓風機和各個旋流器入料鼓風機為通用流體機械，其選型可按實際的流量和壓升選擇。
具體實施例方式
這裡通過實施例對本發明作進一步說明，選擇陝西某燃煤電廠的兩種粉煤灰原灰，其特點是燒失量指標偏高(8％～25％)，化學成分如表1。採用附圖所示摩擦荷電靜電場分選工藝進行分選。
表1所用兩種粉煤灰的化學組成及燒失量

操作過程及條件所使用的平行板靜電分離器引導器內徑為80mm，插入深度h為125mm。首先接通2.1kV負高壓發生器電源，使靜電分選室產生場強為200kV/m的高壓電場。並啟動各產品鼓風機，使靜電分選機系統進入工作狀態。接著啟動給料系統先開啟氣動傳輸器的載氣鼓風機，向氣動傳輸器鼓風。等鼓風機風壓穩定後，再啟動電磁振動給料機，原料粉煤灰來源於燃煤電廠靜電除塵器，不需經過任何處理，直接給入給料鬥中。調整鼓風機風量和電磁振動給料機的振動頻率，保持靜電分選機入料濃度為21wt.％，流量為1510Nm3/h。整個分選系統的處理量為4630～5120kg/hr。
在靜電分選機高壓電場的作用下，物料產生分層流，並隨載氣進入分隔室，在分隔室中被分隔隔板分離，根據粉煤灰和殘炭產品產率和品位要求，調整兩分隔隔板的間隙，以達到指標要求。通過旋流器的濃縮作用，產生的底流產品通過布袋收集器進行氣固分離，得到固態的粉煤灰產品和殘炭產品。
針對陝西某燃煤電廠的兩種粉煤灰原灰，本摩擦荷電靜電場分選工藝的具體分選條件和操作參數如表2所示。
表2靜電分選系統針對兩種粉煤灰的具體分選條件和操作參數

分選結果本摩擦荷電靜電場分選工藝系統在上述操作參數條件下，對粉煤灰1和粉煤灰2進行靜電分選，所得分選指標如表3和表4所示。
表3摩擦荷電靜電場分選系統對粉煤灰1的分選指標(產率、灰回收率、水分、灰分和燒失量)

表4摩擦荷電靜電場分選系統對粉煤灰2的分選指標(產率、灰回收率、水分、灰分和燒失量)

可見粉煤灰1和粉煤灰2的燒失量分別從9.17％和16.03％降到了4.34％和5.41％，分別達到國標GB 1596-9的I級灰和II級灰標準，也達到了美國ASTM C-6181的C級灰標準。其中分隔隔板間隙對殘炭回收率的控制作用顯著。分選結果表明，摩擦荷電靜電場分選工藝可有效脫除粉煤灰中殘炭，相對於浮選分離等溼法分選工藝而言，本工藝流程脫炭分離指標和分選效率均比較理想，無需礦漿準備和藥劑添加，沒有廢水產生，也無需脫水過濾裝置。因此不但投資少，而且運行費用低，對周圍環境基本上沒有危害。其工藝成本均優於浮選分離等工藝流程。
權利要求
1.一種粉煤灰脫炭的平行板靜電分離器，由引導器、高壓靜電分離室、產品分隔室(7)三部分組成；其特徵在於，高壓靜電分離室前後壁面由兩塊帶不同電荷的平行金屬板構成，其中，金屬板(3)連接負高壓發生器，金屬板(4)接地，在這兩塊金屬板之間產生高壓勻梯度電場；產品分隔室(7)處於整個平行板靜電分離器的最下方，通過法蘭盤(12)與高壓靜電分離室(6)連接；產品分隔室內的縱向方向裝有兩個分隔隔板(8)，分隔隔板(8)的上部為活動隔板，通過改變其傾斜角度，調整隔板間隙h1和h2，控制各產品的產率和品位。
2.一種使用權利要求1所述分離器進行摩擦荷電靜電場分選工藝，其特徵在於，由給料系統、平行板靜電分離系統、產品收集系統三部分構成；粉煤灰原料為燃煤火力發電廠的粉煤灰，首先，粉煤灰幹灰入料(13)給入給料鬥(14)中，給料鬥(14)的緩衝時間為1～5分鐘；隨後經電磁振動給料機(15)輸送至氣動傳輸器受料鬥(16)，形成氣動傳輸器入料(17)，氣動傳輸器受料鬥(16)的緩衝時間間為1～5分鐘；粉煤灰物料在電磁振動給料機的輸送過程中，與輸送機內襯的特氟隆材料摩擦，而被帶上電荷；其中，炭質組分帶正電荷，而無機組分帶負電荷；氣動傳輸器載氣由鼓風機(18)提供，載氣(19)輸入氣動傳輸器(20)後，攜帶接受鬥入料而形成靜電分選機入料(21)；靜電分選機入料(21)的氣固比濃度和流量由電磁振動給料機(15)振動頻率和鼓風機(18)的鼓風量協同決定；帶不同電荷的靜電分選機綜合入料(1)被吹入靜電分離器(23)後，首先經引導器(2)吹入平行板靜電分離室(6)後，帶正負不同電荷的物料顆粒在其中高壓電場的中受到不同方向的庫侖力，其中，帶正電荷的殘炭顆粒吸引至負極板方向，形成富含炭質顆粒的物料層流；而帶負電荷的飛灰顆粒被吸引至相反的方向，形成富含飛灰顆粒的物料層流；分層物料流會隨載氣進入產品分隔室(7)中，在分隔室中被分隔隔板(8)分離開來；通過調整分隔隔板的間隙h1和h2，控制粉煤灰氣固兩相流(9)、中間料氣固兩相流(10)和殘炭氣固兩相流(11)的產率和品位。
3.按照權利要求2所述的方法，其特徵在於，給料系統由電磁振動給料機，並配合氣動傳輸管路，組成粉煤灰乾粉物料給料系統；乾粉物料經平行板靜電分離器分選後，得到燃煤飛灰、殘炭顆粒和中間物料三種分離產品；燃煤飛灰產品和殘炭顆粒產品通過旋流器和布袋收集器所組成的產品收集裝置的捕集，分別得到最終的粉煤灰產品和殘炭產品；而中間產品則返回平行板靜電分離室進行再選。
4.按照權利要求2所述的方法，其特徵在於，產品收集裝置由旋流器(25)和布袋收集器(26)構成；由靜電分離器(23)分選得到的殘炭、粉煤灰和中間物料氣固兩相流，經旋流器入料鼓風機(24)加壓後，給入旋流器(25)；通過旋流器的濃縮作用，產生粒度為10～500μm的底流產品通過布袋收集器(26)進行氣固分離，最後固態的粉煤灰產品(27)和殘炭產品(28)；布袋收集器(26)為雙迴路設計，一路進行氣固分離，一路卸料，兩工作過程交替進行，以保證整個產品收集過程的連續性；中間產品的底流(29)則不經過布袋收集器氣固分離，直接返回至靜電分選機入料(1)使中間物料得到再選；各旋流器溢流(30)則直接返回至鼓風機(18)，形成鼓風入流(22)，溢流粒度控制在0.0125～10μm，操作中通過調整旋流器溢流管的插入深度和旋流器入料鼓風機(24)的風量進行控制。
5.按照權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述的粉煤灰的顆粒最大粒度不超過2.0mm，殘炭含量在5％～40％之間；所述的靜電分選機入料(1)的濃度範圍為12～27wt.％，流量控制在1120～1860Nm3/h之間。整個分選系統的處理量為3000～5500kg/hr。
全文摘要
一種粉煤灰脫炭的平行板靜電分離器及摩擦荷電靜電場分選工藝，屬於礦物分離技術領域。分選工藝由給料裝置、平行板靜電分離室、產品收集裝置三部分構成。給料裝置主要由電磁振動給料機，並配合氣動傳輸管路，組成粉煤灰乾粉物料給料裝置；乾粉物料經平行板靜電分離室分選後，得到燃煤飛灰、殘炭顆粒和中間物料三種分離產品；燃煤飛灰產品和殘炭顆粒產品通過旋流器和布袋收集器所組成的產品收集裝置的捕集，分別得到最終的粉煤灰產品和殘炭產品。而中間產品則返回平行板靜電分離室進行再選。本發明工藝為幹法物理分選過程，無需礦漿準備和藥劑添加，沒有廢水產生，也無需脫水過濾裝置。因此相對於浮選分離等溼法分選工藝而言，工藝簡單，運行成本低廉。
文檔編號B03C7/00GK101077487SQ20071011768
公開日2007年11月28日 申請日期2007年6月21日 優先權日2007年6月21日
發明者王立剛, 劉柏謙 申請人:北京科技大學