CN104807674A

CN104807674A - 一种新型实验室燃煤飞灰采样方法及装置

Info

Publication number: CN104807674A
Application number: CN201510185568.XA
Authority: CN
Inventors: 王铸; 林凡; 刘清才; 王小青; 姚璐; 方诗慧; 陈奎; 牛德良; 纪振鹏; 孙健
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2015-07-29

Abstract

本发明旨在提供一种新型实验室燃煤飞灰采样方法及装置，该方法是模拟煤粉在炉膛内的静态燃烧流场条件，温度条件，并对燃烧后所产生的飞灰进行吸附式捕集采样，并可以简便拆卸和组装设备，不对样品产生破坏，保证样品的代表性和反应飞灰真实的形成过程。

Description

一种新型实验室燃煤飞灰采样方法及装置

技术领域

本发明涉及煤粉燃烧飞灰样品采集方法及装置。具体地说是一种应用于实验室内部相关实验装置燃烧飞灰样品的采集方法和装置，属于一种燃烧系统及飞灰收集方法。

背景技术

长期以来，燃煤火电厂飞灰的捕集一直是困扰火电行业的一大难题。燃煤所产生飞灰中的可吸入颗粒物是大气污染中的主要污染物，对大气能见度、空气质量、人体健康有很大的影响。虽然现行规定和技术已经对燃煤电厂飞灰捕集率已经很高，可是对于细微颗粒物的捕集率还是比较低下，尤其飞灰中PM2.5的排放，其对人体健康有很大的影响，PM2.5的排放越来越受到国家和人民大众的重视。飞灰中的PM2.5在空气中悬浮时间长、传播距离广，携带大量有毒、有害物质，甚至含有大量重金属元素和放射性元素。所以，对燃煤产生的飞灰进行研究，以减少可吸入颗粒物排放量，降低其携带有毒有害物质含量是一个迫不及待地研究课题。

现在大都是在实验室内模拟电厂锅炉炉膛的燃烧状况，实验室对燃煤烟气中的飞灰取样一直比较繁琐，取样时所动用设备较多，比如捕集器、取样枪、ELPI等，大量设备的使用还会改变实际燃烧条件。现场对飞灰的采集，也要动用捕集器、取样枪等很多设备，还会有一些安全危险伴随取样过程。

发明内容

本发明旨在提供一种新型实验室管式炉内燃煤飞灰采样方法和装置，该方法是模拟煤粉在炉膛内的静态燃烧流场条件，温度条件，并对燃烧后所产生的飞灰进行吸附式捕集采样，并可以简便拆卸和组装设备，不对样品产生破坏，保证样品的代表性和反应飞灰真实的形成过程。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种新型实验室管式炉内燃煤飞灰采样装置，其特征在于：氮气瓶，氧气瓶，三通，管式炉，以及其他配件。

所述三通包括第一进气口、第二进气口和出气口。

所述氮气瓶的出气口通过管道连接三通的第一进气口。所述氧气瓶的出气口通过管道连接三通的第二进气口。

所述管式炉包括炉体和刚玉管。所述刚玉管的两端露在炉体之外。所述炉体的炉膛中安装有电热装置。所述刚玉管外壁的温度通过炉体测量。

所述刚玉管的两端分别为进气端和出气端，这两端各用一个密封端盖密封。所述密封端盖上具有供管道穿过的通孔。

进一步，连接所述氮气瓶的出气口与三通的管道上依次串联氮气减压阀和气体浮子流量计Ⅰ。

进一步，连接所述氧气瓶的出气口与三通的管道上依次串联氧气减压阀、气体浮子流量计Ⅱ。

进一步，所述密封端盖内具有供循环水流动的冷却管道。

本发明要求保护一种使用了上述装置的新型实验室管式炉内燃煤飞灰采样方法，包括以下步骤：

1)连接好实验装置，检查装置各部分连接处气密性；

2)将管式炉进行升温，根据以下公式决定氮气和氧气通入速率：

空气通入量计算如下：

V⁰＝0.0889(C_ar+0.375S_ar)+0.265H_ar-0.0333O_ar

V＝a″_fV⁰

Car、Sar、Har、Oar分别是指煤粉中各元素空干基含量；

V0指干燥空气通入量，单位m3/Kg；

V指空气通入量，单位m3/Kg；

a″_f是过量空气系数，取1.15～1.20。

3)当温度达到预设值并且稳定后，打开氧气瓶(1)、氮气瓶(2)、以及相应的减压阀(3)、(4)和浮子流量计(5)、(6)；

4)通过器皿，迅速将煤粉放入管式炉(9)的刚玉管中，并且关闭密封端盖(11)；

5)完成实验后，停止加热，继续通入气体；

6)打开排气端密封端盖(11)，取下端盖上附着的实验样品；

7)根据实验需求，如果需要连续实验，可以更换实验样品继续实验。如果不需要继续实验，可以停止供入气体，拆除装置，打扫规整实验场所。

附图说明

图1为发明结构示意图；

图2为图1中的图例；

图3为管式炉的剖面图；

图4～6为实施例3的试验结果(飞灰进行物相分析和形貌特征分析)。

图中：1-氧气瓶、2-氮气瓶、3-氧气减压阀、4-氮气减压阀、5、6气体浮子流量计、7-三通、8-炉体、9-管式炉、10-电气控制柜、11-密封端盖、12-内外冷却水管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

一种新型实验室燃煤飞灰采样方法及装置，其特征在于：主要包括包括氧气瓶1、氮气瓶2、三通7和管式炉9。

所述三通7包括第一进气口、第二进气口和出气口；

所述氧气瓶1的出气口通过管道连接三通7的第一进气口；

所述氮气瓶2的出气口通过管道连接三通7的第二进气口；

连接氧气瓶1的出气口与三通7的官道上一次串联氧气减压阀3和气体浮子流量计I5。所述氮气瓶2的出气口通过管道连接三通7第二进气口，并且之间依次串联但其减压阀4和气体浮子流量计II6。

所述管式炉(9)包括炉体和刚玉管；所述刚玉管的两端露在炉体之外；所述管式炉的炉膛中安装有电热装置；所述刚玉管外壁的温度通过炉体(8)测量；

所述刚玉管的两端分别为进气端和出气端，这两端各用一个密封端盖(11)密封；所述密封端盖(11)上具有供管道穿过的通孔，并且每个端盖内部均有冷却循环水的流动；将三通出气口和密封端盖通过乳胶管进行连接，检查本装置送气端装置气密性。

实施例2

本实施例是将实施例1的各个零部件进行组装和使用过程。

根据以下公式决定氮气和氧气通入量，再根据实验要求选用不同种类、量程和精度流量计。

空气通入量计算如下：

V⁰＝0.0889(C_ar+0.375S_ar)+0.265H_ar-0.0333O_ar

V＝a″_fV⁰

Car、Sar、Har、Oar分别是指煤粉中各元素空干基含量；

V⁰指干燥空气通入量，单位m³/Kg；

V指空气通入量，单位m³/Kg；

a″_f是过量空气系数，取1.15-1.20。

取少量重庆煤和新疆煤，分别加入研磨机器中，进行破碎磨粉。通过分样筛对煤粉进行粒度分级60-120目、120-170目、>170目。

然后使用乳胶管将所述氧气减压阀3的出气口与气体浮子流量计Ⅰ5进气口串联，气体浮子流量计Ⅰ5的出气口和三通7的进气口串联。将所述氮气减压阀4的出气口与气体浮子流量计Ⅰ6进气口串联，气体浮子流量计Ⅰ6出气口与三通7的管道上另一个进气口串联。将所述三通7出气口和密封端盖11进气口连接，接口处均通过卡扣和细铁丝扎紧，并且检验装置的气密性。设定电气控制柜10的参数，以满足实验需求，启动电气控制柜，对管式炉进行加热到需求的温度。再打开氧气瓶1、氮气瓶2、氧气减压阀3、氮气减压阀4和气体浮子流量计5、6，调整气体流量至实验需求，等到炉内温度稳定后，加入煤粉，进行实验。实验结束后，在管式炉10出气口处密封端盖11内侧收集飞灰，关闭电气控制柜，先后关闭氧气瓶1、氮气瓶2、氧气减压阀3、氮气减压阀4和气体浮子流量计5、6。

实施例3

本实施例是采用实施例1所述装置和实施例2的装配方法的一个具体实验过程：根据实验需求确定所需氧气浮子流量计5和氮气浮子流量计6各一只，并且量程均为1L/min。

通过破碎机和球磨机，将实验所用煤粉进行破碎和球磨，要求最后煤粉通过分样筛60～120目、120～170目和大于170目三个等级。并且，实验样品取这三个粒级。

将氧气瓶1和氧气减压阀3进行组装，并且进行调试，直到合格为之。

将氧气减压阀3的出气口和与气体浮子流量计ⅠⅠ5进气口串联，气体浮子流量计ⅠⅠ5出气口与三通7的管道上一个进气口串联。

将氮气瓶2和氮气减压阀4进行组装，并且进行调试，直到合格为之。

将氮气减压阀4的出气口和与气体浮子流量计Ⅰ6进气口串联，气体浮子流量计Ⅰ6出气口与三通7的管道上另一个进气口串联。

将三通7的出气口和密封端盖11进气口连接。所有连接管路均使用乳胶管，所有接头均使用螺旋夹卡扣和细铁丝进行扎紧密封。

接通电源，打开冷却水开关，适当调节冷却水的流速，启动控制柜10，设定升温程序，包括升温温度，升温时间，加热功率等等。

取5g煤粉，平铺在瓷舟底部，打开密封端盖11，将瓷舟推入刚玉管延长端，关闭密封端盖，对瓷舟进行3-5分钟预热，以防突然受热炸裂。

根据煤粉的成分，通过查资料，计算得出单位煤粉耗空气量，从而确定通气。空气通入量计算如下：

V⁰＝0.0889(C_ar+0.375S_ar)+0.265H_ar-0.0333O_ar

V＝a″_fV⁰

公式中：Car、Sar、Har、Oar分别是指煤粉中各元素空干基含量；

V0指干燥空气通入量，单位m3/Kg；

V指空气通入量，单位m3/Kg；

a″_f是过量空气系数，取1.15～1.20。

等温度升到预定值，打开氧气和氮气，预定总流量为1L/min，其中氧气占比20％，空气过量系数取1.20。

实验结束之后，依次关闭气瓶、减压阀和流量计，打开管式炉11出气口的密封端盖，收集实验样品——飞灰。

参见图4～6，将收集的飞灰进行物相分析和形貌特征分析，通过XRD测试结果，飞灰成分比较复杂，也含有很多Al₂O₃和SiO₂等常见物质。通过SEM等设备的结合，看出所收集的飞灰直径并不统一。形貌在宏观上有的大量团聚，有的单独颗粒，有的呈现链条状等；微观上可以看出颗粒大都是圆球状，有的是碎片，有的是圆球的团聚，有的是十分微小的颗粒粘附在圆球颗粒表面，这十分吻合燃煤电厂的等颗粒物排放PM_2.5的现状和特征。通过实验结果来看，一种实验室燃煤飞灰采样简便方法及装置所收集飞灰很具有代表性，适合实验室模拟使用。

Claims

1.一种新型实验室燃煤飞灰采样装置，其特征在于：主要包括包括氧气瓶(1)、氮气瓶(2)、三通(7)和管式炉(9)；

所述三通(7)包括第一进气口、第二进气口和出气口；

所述氧气瓶(1)的出气口通过管道连接三通(7)的第一进气口；所述氮气瓶(2)的出气口通过管道连接三通(7)的第二进气口；

所述刚玉管的两端分别为进气端和出气端，这两端各用一个密封端盖(11)密封；所述密封端盖(11)上具有供管道穿过的通孔。

2.根据权利要求1所述的一种新型实验室燃煤飞灰采样装置，其特征在于：连接所述氮气瓶(2)的出气口与三通(7)的管道上依次串联氮气减压阀(4)和气体浮子流量计Ⅰ(6)。

3.根据权利要求1所述的一种新型实验室燃煤飞灰采样装置，其特征在于：连接所述氧气瓶(1)的出气口与三通(7)的管道上依次串联氮气减压阀(3)和气体浮子流量计Ⅰ(5)。

4.根据权利要求1所述的一种新型实验室燃煤飞灰采样装置，其特征在于：所述密封端盖(11)内具有供循环水流动的冷却管道。

5.根据权利要求1所述的一种新型实验室燃煤飞灰采样装置，其特征在于：所述密封端盖(11)为最终样品收集设备。

6.一种使用了1～5任意一项权利要求所述装置的实验室燃煤飞灰采样方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)连接好实验装置，检查装置各部分连接处气密性；

空气通入量计算如下：

V⁰＝0.0889(C_ar+0.375S_ar)+0.265H_ar-0.0333O_ar

V＝α″_fV⁰

Car、Sar、Har、Oar分别是指煤粉中各元素空干基含量；

V0指干燥空气通入量，单位m³/Kg；

V指空气通入量，单位m³/Kg；

α″_f行是过量空气系数，取1.15～1.20。

5)完成实验后，停止加热，继续通入气体；

6)打开排气端密封端盖(11)，取下端盖上附着的实验样品；

7)根据实验需求，如果需要连续实验，可以更换实验样品继续实验；如果不需要继续实验，可以停止供入气体，拆除装置，打扫规整实验场所。