CN1185051C - 粉煤灰静电脱炭方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粉煤灰静电脱炭方法及装置，它是将含尘浓度为0.04-1kg/m³的粉煤灰，在气体流量为0-1800m³/h的速度下送入负极高压静电分离器中，由于粉煤灰中炭与无机灰份的电性差异，在负极静电场中运动轨迹的不同，分别向相反方向偏移，被吸附到极性相反的极板上，而实现粉煤灰中炭粒与无机灰粒之间的分离。该粉煤灰静电脱炭方法及装置能将粉煤灰含量从9.05%降为1.20%，脱炭率为86.74%，产率为38.86%。

Description

粉煤灰静电脱炭方法及装置

技术领域：

发明涉及一种粉煤灰静电脱炭方法及其装置。

背景技术：

我国是一个产煤和耗煤大国，以煤为电力生产主要燃料的基本国情在长时期内不会改变。因此，随着电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急骤增加。1995年全国电厂粉煤灰排放量达1.25亿吨，2000年达到1.53亿吨，2010年将达到2亿吨。随着粉煤灰排放量的逐年增加，粉煤灰的处置和管理带来了经济、环境和社会等诸多方面的问题。每贮存1万吨粉煤灰占地1334m²以上，造成资金和土地资源的浪费，更重要的是造成了严重的大气污染、土壤污染和水资源的污染，危害人类健康，破坏了人类生存环境。另一方面，粉煤灰作为一种特殊的固体废弃物，由于其本身所具有的资源化特性，又是一种有较大利用价值的潜在资源，在许多领域尤其是建筑材料、筑路等方面可以作为原材料或替代材料而得到广泛利用，特别是政府一系列粉煤灰综合利用政策法规的出台，使我国的粉煤灰资源化利用事业得到快速发展，2000年我国的粉煤灰资源化利用率已超过60％，但粉煤灰资源化的总体水平(如技术水平、经济效益水平等)还比较低。

粉煤灰中炭的存在不仅浪费了能源，而且严重影响了粉煤灰的品质。有机炭组份稳定性较差一向被认为是对混凝土有害的物质。通过大量研究工作尽管证实粉煤灰中的炭份变成焦炭那样的物质以后，其体积是比较安定的，也不会对钢筋有害，但是惰性炭份增多，将导致粉煤灰活性成份减少，炭粒的平均密度只有1.5g/cm³，如以体积计算，粉煤灰中炭份比例要比采用重量计算时大的多，而且炭粒越粗，堆积密度也越小，所占体积越大，其影响也越大。更为严重的是，它能使混凝土的需水量增加，密实度降低，还会明显地影响减水剂等外加剂的掺量以及混凝土的外观的颜色和均匀性。炭粒往往又会在泌水过程中逐渐与浆体分离，上升到混凝土面层，影响面层混凝土的质量。经验证实，粉煤灰中烧失量若超过7％，就会严重影响对混凝土质量的控制。鉴于以上种种不利因素，可以认为炭是粉煤灰中的一种有害成份，含量越少越好。制订较早的粉煤灰标准规范中，对烧失量规定比较宽容，一般不超过8％。美国、加拿大等国原来规定，低钙粉煤灰中烧失量不超过12％。但是，近年来国外所订的标准中，规定最大烧失量不超过5-7％，对优质粉煤灰来说，最大值宜为3％。我国粉煤灰国家标准(GB1586-91)规定最大为8％，但还是有很多电厂的粉煤灰不能符合要求，极大的降低了粉煤灰资源化利用水平和效益。

目前浮选脱炭是国内外公认的一种常用脱炭方法，它是基于炭的颗粒表面既是疏水性的，又是亲油的，而灰粒表面则是亲水性的。利用粉煤灰中炭与灰粒表面疏水性与亲水性的差别，在浮选药剂—捕收剂的作用下，借助于浮选机产生的气泡，将炭与灰颗粒分离开来。

我国电厂粉煤灰排放目前采用湿排灰和干排灰两种工艺，由于湿排工艺每输送或排放1吨粉煤灰，约需20吨水，每年约消耗排灰水11亿吨以上，浪费大量的水同时造成了严重的水体污染。干法排灰以其效率高且不污染水体将成为粉煤灰排放的发展趋势，研究与干法排灰配套的粉煤灰资源化技术及设备成为当务之急。

发明内容：

本发明的目的是提供一种在高压负极静电场中将粉煤灰中的炭粒和无机灰粒进行分离，从而降低粉煤灰中炭含量的方法。本发明的另一目的是提供实现该方法的装置。

本发明的技术方案是：一种粉煤灰静电脱炭方法，它是将含尘浓度为0.04-1kg/m³的粉煤灰，在气体流量为0-1800m³/h的速度下送入负极高压静电分离器中，由于粉煤灰中炭与无机灰份的电性差异，在负极静电场中运动轨迹的不同，分别向相反方向偏移，被吸附到极性相反的极板上，而实现粉煤灰中炭粒与无机灰粒之间的分离。

所述的粉煤灰静电脱炭方法的装置，一种立式电场粉煤灰脱炭装置，由上向下依次包括进料器，分散器和收集箱，其特征是，在分散器下端装有网状摩擦带电器，在网状摩擦带电器与收集器之间装有由阴、阳两块纵向平行布置的极板和高压电源装置组成的高压负极静电分离器。

上述的阴、阳两极板之间的间距为30-45cm。

上述的阴极板上的电压为60-100kv。

上述网状摩擦带电器的材料为铜或铁或钢。

应用上述方法及装置对粉煤灰进行处理，将其分离为炭粒和无机灰粒，炭粒可用来制备活性炭和碳黑等高附加值产品，而含炭量小于5％的较纯的无机灰(或称精灰)可直接代替水泥用于公路路面的修筑工程，应用脱炭粉煤灰修筑公路路面可替代20-30％的水泥用量。因此此项技术能比较好的实现粉煤灰资源化和减量化并重的目的，经济效益、环境效益和社会效益十分显著，对缓解我国经济发展与环境保护之间的矛盾，促进经济、社会、环境的可持续发展有着重要意义。

粉煤灰静电分离原理

粉煤灰资源化技术不管采用什么方法，其原理都是基于粉煤灰的化学特性、物理特性、结构特性来进行的。粉煤灰静电分离脱炭技术的基本是根据粉煤灰中炭与无机灰份的电性差异进行分离，即利用炭粒与无机灰粒间互相接触、碰撞和摩擦，或使之与某种材料做成的摩擦带电器摩擦，产生大小相同而符号相反的电荷，然后送入高压静电场中，由于炭粒与无机灰粒的电性相反，产生的运动轨迹也明显不同，从而实现炭与无机灰粒分离。

                 表3-1  粉煤灰试样的化学组成(％)

成份	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	C
								含量	53.63	25.99	4.98	4.51	0.98	0.19	9.05

注：此处的炭为游离态。

由表3-1可看出，粉煤灰SiO₂+Al₂O₃+C占粉煤灰总含量88.73％，尤其SiO₂和Al₂O₃是粉煤灰玻璃体的主要组成物质，C是粉煤灰品质的重要指标。因此，在研究粉煤灰组分电性质时重点考虑SiO₂、Al₂O₃、C的电性质足可以反映出粉煤灰静电分离的可分选性。发祥登封电厂粉煤灰主要成份的电性质测试结果如表3-2所示。

                            表3-2  粉煤灰主要成份的电性质

分子式	电阻(Ω/m)	介电常数(ε)	比导电度	电位(V)	整流性
						C	10-6-10-4	56	1.28	3588	全整流
SiO2	1012-1017	4.2-5.0	3.17	8876	负整流
						Al2O3	1010-1014	5.6-6.3	4.90	13728	全整流

所述介电常数是指带有介电质的电容与不带介电质的电容之比；比导电度是指电子流入或流出的难易程度之比，比导电度确定的电压可确定静电分离所需最低电压。必须说明的是这些测出和标定的电压是最低电压，而不是最佳分离电压，而实际分离电压常比表3-2中所列的要高的多；整流性是指矿物电性质不同及带电电极极性(正或负)不同，在电场中呈现出不同的行为，例如方解石，只有当电极带负电，且电压大于10920V时，才表现为导体，反之则为非导体。而电分选石英时，只有当电极极性为正时，电压为8892～14820V时，才表现为导体，电极为负时则为非导体。电分选磁铁矿、钛铁矿时，与上述两种情况相反，不论电极极性为正或负，只要电压达到一定数值后，都表现为导体。各种矿物所表现出来的这种电性质称为整流性。为此规定只获得正电的矿物叫正整流性矿物，如上述方解石，此时电极带负电；石英只获得负电，故称此类矿物为负整流性矿物，此时电极带正电；而磁铁矿则不论带电极为正电或负电，均表现出为导体，则称全整流性。

粉煤灰的摩擦带电特性

摩擦带电是通过接触、碰撞、摩擦的方法使颗粒带电。一种是颗粒之间互相摩擦，使各自获得不同符号的电荷；另一种是颗粒与某种材料摩擦碰撞等使之带电。互相摩擦碰撞带电的根本原因，完全是由于电子的转移。介电常数大的颗粒，具有较高能位，容易受到极化，易于给出外层电子；反之介电常数小者能位低，难于极化，易于接受电子。给出电子的颗粒带正电，接受电子的颗粒带负电。

粉煤灰中，C、SiO₂、Al₂O₃颗粒之间，当C与SiO₂、Al₂O₃碰撞时，C的介电常数比SiO₂、Al₂O₃的介电常数都大，能位较低，易得到电子，且有比较大的差异，故炭颗粒带正电，无机颗粒带负电，当粉煤灰颗粒进入高压静电场后，由于炭粒与无机灰粒所带电荷性相反，在高压静电场中运动轨迹不同，分别向相反方向偏移，而实现粉煤灰中炭粒与无机灰粒之间的分离。

粉煤灰中炭粒和主要由SiO₂和Al₂O₃组成的无机灰粒之间由于炭的介电常数比SiO₂、Al₂O₃的介电常数都大，且有比较大的差异，故当炭粒与无机灰粒之间互相发生碰撞、摩擦的同时，炭粒和无机灰粒与设计的摩擦带电器摩擦表面产生碰撞、摩擦，从而使有机质灰粒带上正电，无机灰粒带上负电。另外，同大块的固体材料相比，粉煤灰具有分散性和悬浮性的特点，分散性是指粉煤灰的粒径很小，比表面积很大，有利用颗粒间的充分接触、分离；悬浮性是指粉煤灰颗粒很容易悬浮在空中形成烟尘，这使得粉煤灰与大地总是绝缘的。粉煤灰颗粒不管是导体(如炭粒)或绝缘体(如无机灰粒)充分荷电后，能保持其电性，直到与带有异性电荷的物质中和为止。将粉煤灰带电颗粒引入高压静电场中，炭粒和无机灰颗粒因带电极性不同分别被吸引，吸附到极性相反的极板上，从而实现两者分离。

由表3-2给出的粉煤灰主要成分的整流性可以确定粉煤灰应采用负极静电分离的方法进行脱炭处理。

4.粉煤灰静电脱炭工艺参数的试验研究

应用高压静电粉煤灰分离装置进行粉煤灰脱炭，其效果主要受粉煤灰静电脱炭工艺参数的影响，这些参数主要是电极间施加的电压(简称极间电压)，电极间距离(简称极距)，粉尘浓度和摩擦带电器材质。

粉煤灰静电脱炭设备及脱炭效果的评定指标

粉煤灰静电脱炭设备其主要技术参数如表4-1所示。

           表4-1  粉煤灰静电脱炭设备的主要技术参数

名称	数量
		气体流量(m3/h)	0～1800
进气口管径(mm)	108+6
		烟气含尘浓度(kg/m3)	0.04～1
电场极板尺寸B×H(mm×mm)	2000×2840
		极板间距(mm)	300～600
高压电源型号	GH-10/100J(电压100KV，电流10mA)

为了评价高压静电技术进行粉煤灰脱炭的性能，拟订下列几个评定指标：

(1)粉煤灰含炭量：粉煤灰含炭量可分为原灰含炭量C_原，精灰含炭量C_精，尾灰含炭量C_尾。

(2)脱炭率：脱炭率表示了精灰含炭量相对于原灰中含炭量减小情况，计算公式如下：

试验材料、设备和试验步骤

试验材料

试验材料选用发祥登封电厂排放的电收尘原状粉煤灰，经测试其物理性能，化学组成分别见表4-2和表4-3。

                表4-2  发祥登封电厂粉煤灰的物理性能参数

性质	密度(r)kg/m3	堆积密度(rv)kg/m	密实度(rv/r)	45μm筛余(％)	比表面积m2/g	含水量(％)
							测值	1500	900	0.6	40.8	2500	4.5

              表4-3  发祥登封电厂粉煤灰的化学组成(％)

成分	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	游离炭
								含量	53.63	25.99	4.98	4.51	0.98	0.19	9.05

试验设备

试验设备除粉煤灰静电分离脱炭装置外有：101-1型电热鼓风干燥箱；TGT-50型台标；皮托管；YYT-200B型斜管压力计；取样铝盒；FA2104型电子天平(0.0001g)；BCH-1型半自动炭氢测定仪。

试验步骤

(1)采用101-1型电热鼓风干燥箱，在恒温120℃的条件下，将原灰烘干30分钟至恒重，以减少粉煤灰含水量变化对脱炭效果的影响。

(2)敲打振落极板附着的粉尘，保证极板带电性能良好和整个设备正常。

(3)应用试验粉煤灰进行在各种工况参数条件下的运行试验。

(4)对试验产物进行制样、化验，然后进行结果分析。

摩擦带电器材质对粉煤灰脱炭效果的影响

摩擦带电器材质是影响电选效果的重要因素之一，在本试验中保持电压、极板间距、粉尘浓度和气体流量不变，对不同摩擦材料进行分离试验。

试验条件

本试验中所用的试验条件如表4-4所示，这里需要说明的是：在所有单因素试验中，试验条件不一定是最佳条件，主要是观察被考察因素与分离效果的相关关系。

                       表4-4  试验条件

极板间距(cm)	电压(kv)	粉尘浓度(kg/m3)	气体流量(m3/s)
				35	90	0.6	0.43

试验结果与分析

不同摩擦材料下分离脱炭的效果如表4-5。

                      表4-5  摩擦材料对分选效果的影响

试验号	摩擦材料	原灰	精灰			尾灰
								炭含量(％)	产率％	炭含量％	脱炭率％	产率％	炭含量％
		1	钢	9.05	31.54	3.02	66.63							37.72	11.76
2	铁							9.05	33.89	4.66	48.59	39.85	10.20
		3	铜	9.05	32.40	1.49	83.54							38.92	14.31
4	铝							9.05	22.43	7.63	15.70	39.89	9.96

从试验结果来看，安装铜质摩擦带电器时，粉煤灰脱炭效果最好，其次为钢和铁，铝的效果最差。这说明摩擦带电器表面金属材质不同，颗粒的带电量不同，颗粒在铜表面上的带电量大于相同条件下的钢、铁和铝表面上的带电量，尤其在铝表面的带电量最小。因此，粉煤灰电分离装置摩擦带电器金属材质宜选用铜材。

电压对粉煤灰脱炭效果的影响

电压是影响电选效果的重要因素之一，在本试验中保持极板间距、摩擦带电器材质、粉尘浓度和气体流量不变，对不同电压进行分离脱炭试验。

试验条件

本试验中所采用的试验条件如表4-6所示。

                表4-6  电压试验工况条件

摩擦带电器材质	极板间距(cm)	粉尘浓度(kg/m3)
			铜	35	0.6

试验结果与分析

不同电压下分选效果如表4-7所示。

                表4-7  电压对分离脱炭效果的影响

试验号	电压kv	气体流量(m3/s)	原灰炭含量(％)	精灰			尾灰
									产率％	炭含量％	脱炭率％	产率％	炭含量％
				1	60	0.287	9.05	30.05						6.71	25.85	43.75	10.07
2	70	0.335	9.05						30.85	5.53	38.92	41.85	10.18
				3	80	0.382	9.05	31.51						3.67	59.43	42.36	11.27
4	90	0.43	9.05						32.40	1.49	83.54	38.92	14.31
				5	100	0.47	9.05	38.92						1.20	86.29	37.40	16.49

从试验结果来看，精灰产率、脱炭率和脱炭效率指数随着电压升高而升高，即随着电压升高脱炭效果得到改善。

随着电压的升高，使得电场场强和带电颗粒所受电场力增大，因此带电颗粒在电场中的驱进速度变大，在电场方向发生的偏离也较大，易于使不同电性颗粒在电场中的分离。但是在实际试验中，随着电压升高，对装置材料的绝缘性能要求也比较高，这就使极板电压的升高受到一定程度的限制。

极板间距对粉煤灰脱炭效果的影响

极板间距也是影响粉煤灰脱炭效果的重要因素之一，极板间距的变化会对电场强度和带电颗粒在电场中的运动方式产生影响。因此本文试验在保持电压、摩擦带电器材质、粉尘浓度等参数不变的情况下，研究极板间距的变化对粉煤灰脱炭效果的影响规律。

试验条件

试验条件如表4-8所示。

              表4-8  极板间距试验条件

摩擦带电器材质	电压(kV)	粉尘浓度(kg/m3)
			铜	90	0.6

试验结果与分析

表4-9给出了极板间距对脱炭效果的影响试验结果。

                          表4-9  极板间距对分离脱炭的影响

试验号	极板间距(cm)	气体流量(m3/s)	原灰炭含量％	精灰			尾灰
									产率％	炭含量％	脱炭率％	产率％	炭含量％
				1	30	0.5	9.05	30.76						6.20	31.43	36.27	10.84
2	35	0.43	9.05						32.40	1.49	83.54	38.92	14.31
				3	40	0.37	9.05	40.85						1.37	84.86	31.64	16.25
4	45	0.33	9.05						37.76	5.63	37.79	33.66	12.69

试验结果表明，在极板间距比较小时，精灰产率、脱炭率、脱炭效率指数比较小。这是由于在极板间距小时，虽然电场强度增大，但是由于极板间距小，粉煤灰颗粒易于向两极板自然弥散、吸附，减弱了粉煤灰分离效果，导致分离效果差。随着极板间距增大，电场强度有所下降，减少了粒群向极板的自然吸附，对分离效果有所提高，其程度大于电场强度下降所减弱的粉煤灰分离效果，从总体上提高了粉煤灰的分离效果；而当极板间距增大到一定程度以后，再继续增大时对粉煤灰分离效果增加的程度就小于电场强度下降导致分离效果减弱的程度，因此，总体分离效果又有所下降。

粉尘浓度对粉煤灰脱炭效果的影响

粉尘浓度是影响粉煤灰脱炭效果的因素之一。本节试验在保持摩擦带电器材质、电压、极板间距不变的情况下，研究粉尘浓度对脱炭效果的影响。

试验条件

试验条件如表4-10所示

                       表4-10  粉尘浓度试验条件

摩擦带电器材料	电压(kV)	极板间距(cm)	气体流量(m3/s)
				铜	90	35	0.47

试验结果及分析

试验结果汇总于表4-11。

                       表4-11  粉尘浓度对分选效果的影响

试验号	粉尘浓度(kg/m3)	原灰炭含量(％)	精灰			尾灰
								产率％	炭含量％	脱炭率％	产率％	炭含量％
			1	0.4	9.05	30.89	4.84						46.52	32.96	11.02
2	0.6	9.05						32.40	1.49	83.54	30.63	14.31
			3	0.8	9.05	30.95	2.26						75.03	29.05	15.68
4	1	9.05						30.02	5.93	34.48	33.34	10.12

从试验结果来看，当粉尘浓度偏小时，由于粉煤灰颗粒和摩擦碰撞几率小，颗粒荷电不充分，粉煤灰分离效果不显著；当粉煤灰浓度增大时，粉煤灰颗粒间充分碰撞、摩擦，颗粒荷电比较充分，粉煤灰分离效果比较显著；随着粉尘浓度增大，由于颗粒集团化，使得粉煤灰颗粒碰撞，摩擦带电不充分，从而导致颗粒带电不充分而影响分选效果。

5.装置运行工况参数的优化试验

装置运行工况参数的优化试验：

影响粉煤灰分离效果的因素有电压、极板间距、粉尘浓度、摩擦带电器等，要使装置运行在最佳状态，必须对各影响参数进行交互试验，研究中采用正交试验方法进行。在已完成的单因素试验中，摩擦带电器材质对分离效果的影响中以铜质材料最为显著，同时又由于摩擦带电器材质影响因素为非连续因素，因此在正交试验中，可以固定这一参数，而重点考察电压、极板间距和粉尘浓度对脱炭效果的影响。所以本正交试验选取电压、极板间距和粉尘浓度为考查因素。正交表选用L₈(4×2)混合型正交表，电压取四水平，极板间距和粉尘浓度取二水平，至于各水平的数值则依据第三部分试验条件和结果来设置。

表5-1为正交试验的因素水平表，表5-2则为正交试验的表头设计。

                  表5-1  因素水平表

水平	因素
				A电压(kV)	B极板间距(cm)	C粉尘浓度(kg/m3)
	1	70	35				0.6
2				80	40	0.8
	3	90
4				100

              表5-2  表头设计

因素	A	B	C
						列号	1	2	3	4	5

按上述正交设计进行试验，结果与计算分析列于表5-3和表5-4中，表5-5为相应的方差分析表。

                            表5-3  正交试验安排及结果分析

试验号	因素					试验结果
												A	B	C			原灰	精灰			尾灰
	列号					炭含量％	产率％	炭含量％	脱炭率％	产率％	炭含量％
												1	2	3	4	5
	1	1	1	1	1												1	9.05	30.85	5.5278	38.92	41.85	10.18
2						1	2	2	2	2	9.05	30.07	5.6446	37.07	41.95	10.06
	3	2	1	1	2												2	9.05	31.51	4.6715	48.38	42.36	11.27
4						2	2	2	1	1	9.05	31.29	4.9547	45.25	42.21	11.01
	5	3	1	2	1												2	9.05	32.65	2.69	70.28	38.03	14.01
6						3	2	1	2	1	9.05	34.46	1.62	82.10	35.26	15.68
	7	4	1	2	2												1	9.05	38.07	1.51	83.31	34.18	16.11
8						4	2	1	1	2	9.05	38.86	1.20	86.74	33.89	16.23

                        表5-4  正交试验结果偏方差平方和

		因素
							A	B	C
		列    号
							1	2	3	4	5
		精灰产率	K1j	60.92	133.08	135.68
K2j	62.80						134.68	132.08
			K3j	67.11
K4j	76.93
			Sj	153.209	0.32	1.62
脱炭率	K1j						75.99	240.89	256.14
		K2j	93.63	251.16	235.91
	K3j						152.38
		K4j	170.04
	Sj						6148.48	52.73645	204.62645

                             表5-5  方差分析表

指标	方差来源	偏差平方和S	自由度f	平均偏差平方和S/f	F值	显著型水平a	显著性
								精灰产率	A	153.209	3	51.07	80.17	0.05	*
B	0.32	1	0.32	0.502	0.05
							C		1.62	1	1.62	2.543	0.25	*
e	1.27465	2	0.637			*
							脱炭率		A	6148.48	3	2049.49	3890.45	0.05	*
B	52.73645	1	52.73645	100.1	0.05
								C	204.62645	1	1204.62645	388.43	0.25	*
e	1.0537	2	0.5268

F_0.01(1，2)＝98.5  F_0.05(1，2)＝18.5  F_0.1(1，2)＝8.53  F_0.25(1，2)＝2.57

F_0.01(3，2)＝99.2  F_0.05(3，2)＝19.2  F_0.1(3，2)＝9.16  F_0.25(3，2)＝3.15

从表5-5来看，电压和粉尘浓度是影响所有指标的显著或比较显著的因素，它们的作用原理在单因素试验中已给予解释，在此不再重复分析。从表5-3中可以看出电压的不同水平与各指标，当电压为100kv时，分选效果最好。从表5-3可看出极板间距对各指标的影响不太大，这里需要给予说明：由于设计极板间距因素的水平时，考虑到单因素的结果和正交试验的目的是获得尽量好的效果，所以两水平差别较小，这样使得正交试验中其作用有所掩盖。从表5-3可以看出，粉尘浓度为0.6kg/m³时，分选效果好。

从正交试验结果分析来看，粉煤灰脱炭电分离分选的优化工况参数组合为A₄B₂C₁，即电压为100kv，极板间距为40cm，粉尘浓度为0.6kg/m³，气体流量为0.418m³/s时，精灰产率38.86％，脱炭率86.74％，此工况参数条件下运行，该套设备可将粉煤灰等级由III级提高到I级。

设备运行经济效益分析

粉煤灰静电脱炭方法及装置可以解决粉煤灰的资源化洁净利用问题，课题组运用技术经济的方法对此技术及设备进行了经济评价。在评价过程中，主要选用净现值(NPV)，益本比(B/C)，投资收益率作为评价指标。按折现率I＝10％，装置使用寿命10年，系统残值2万元计算。

本装置分离1吨粉煤灰可产出脱炭粉煤灰(或称精灰)388.6kg，能直接替代水泥在高等级公路路面修筑工程中使用。若按水泥价格160元/吨计算，则1吨粉煤灰可产生直接经济效益为：0.3886×160＝62.2元。年分离粉煤灰量可由装置运行时的气体流量、粉尘浓度和运行时间算出，为7800(0.418m³/s×3600s/h×24h/d×360d×0.6kg/m³)吨，则年直接经济效益是7800×62.2＝485160元。

因为每万吨粉煤灰的贮存占地是1334m²，而本装置年处理量为7800吨，这样每年可节约用地1.56亩地。以每亩地年值为2万元计算，则可减少成本31200元，那么本装置运行一年的收益即为516360元。

本装置所需费用主要包括：全套设备总成本，能耗，工人工资和维修费等。具体情况见表6-1。

                    表6-1  设备成本分析表

项目	金额	单位	备注
				全套设备总成本	200,000	元
能耗	11.2	元/吨粉煤灰	处理1吨粉煤灰，耗电28度，电价0.4元/度
				人工费	3,000	元/月	6人完成，人月工资500元
维修费	2,000	元/年
				年运行总成本	11.2×7,800+3,000×12+2,000＝125360元

                       表6-2  成本-效益分析表

年份	成本①	效益②	净效益③＝②-①	折现因子④＝(1+I)-11	成本现值⑤＝④×①	效益现值⑥＝④×②	净效益现值⑦＝④×③	累计净效益现值
									0	325360	516360	191000	1	325360	516360	191000	191000
1	125360	516360	391000	0.909	113952.24	469371.24	355419	546419
									2	125360	516360	391000	0.826	103547.36	426513.36	322966	869385
3	125360	516360	391000	0.751	94145.36	387786.36	293641	1163026
									4	125360	516360	391000	0.683	85620.88	352673.88	267053	1430079
5	125360	516360	391000	0.620	77723.20	320143.20	242420	1672499
									6	125360	516360	391000	0.564	70703.04	291227.04	220524	1893023
7	125360	516360	391000	0.513	64309.68	264892.68	200583	2093606
									8	125360	516360	391000	0.466	58417.76	240623.76	182206	2275812
9	125360	516360	391000	0.424	53152.64	218936.64	165784	2441596
									合计					1046932	3488528

由表6-2的计算结果可得出：

$\mathrm{NPV}=\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{CI}-\mathrm{CO})}_i{(1+i)}^{-i}=2441596$

B/C＝PVB/PVC＝3488528/1046932＝3.33＞1

R＝516,360/200,000＝2.58

从以上分析可以看出，评价指标NPV＞0，B/C＞1，投资收益率高。所以运用本设备及技术有良好的经济效益，为实现粉煤灰的资源化水平的提高提供了技术前题。

结论

通过在高压静电脱炭装置上对粉煤灰颗粒摩擦荷电机理，粉煤灰颗粒经过摩擦带电状况及进行电选的可行性进行研究；对摩擦带电器进行研究，确定了不同材质，如钢、铜、铝、铁等摩擦材料对粉煤灰颗粒荷电的影响；运用流体力学理论及电场理论分析和计算了粉煤灰颗粒在高压电场中的运动规律；进行了粉煤灰脱炭系统工况参数的优化试验，确定出电压、极板间距、摩擦材料、粉尘浓度对系统结果的影响，优化粉煤灰电分离脱炭装置工艺参数；最后运用技术经济评价方法对此项装置和方法进行了评价。研究证明：

(1)粉煤灰静电脱炭方法及装置，能将粉煤灰含炭量从9.05％降为1.20％，脱炭率为86.74％，产率为38.86％。

(2)本装置脱炭后的炭含量为1.20％，完全可以直接替代水泥用于公路路面修筑工程，为粉煤灰资源化利用提供了一种新的途径。

(3)本方法及装置的经济效益、社会效益和环境效益较高，符合我国可持续发展战略的要求，具有推广应用价值。

附图说明：

图1为粉煤灰静电脱炭装置结构主视图；

图2为粉煤灰静电脱炭装置结构左视图；

图3为网状摩擦带电器结构示意图。

具体实施方式：

本发明的结构如图1、图2和图3所示：由上向下依次包括进料器7，分散器6、收集箱3，风管2和风机1，在分散器6下端出风口上罩有由铜或铁或钢材料制成的网状摩擦带电器5，在网状摩擦带电器5与收集箱3之间装有由阴、阳两块纵向平行布置的极板9、10和高压电源装置11组成的高压负极静电分离器。高压负极静电分离器上端分别装有用环氧树脂制成的绝缘板4。阴、阳极板9、10之间的间距为30-45cm，最佳间距为35cm，阴极板上的电压为60-100kv。

Claims (4)

1、一种粉煤灰静电脱炭方法，其特征是：它是将含尘浓度为0.04-1kg/m³的粉煤灰，在气流量为0-1800m³/h的速度下送入负极高压静电分离器中，负极高压静电分离器的极板尺寸是200cm×284cm，极板间距是30-45cm，粉煤灰由进料器进入倒置的漏斗形分散器进行均匀分散后，再通过摩擦带电器，由于粉煤灰中炭与无机灰份的电性差异，在负极静电场中运动轨迹的不同，分别向相反方向偏移，被吸附到极性相反的极板上，使炭粒带上正电，无机颗粒带上负电，然后直接进入静电分离器进行炭粒与无机灰粒的分离。

2、一种用于权利要求1所述的粉煤灰静电脱炭方法的立式电场粉煤灰脱炭装置，其特征是：由上向下依次包括进料器，分散器和收集箱，在分散器下端装有网状摩擦带电器，在网状摩擦带电器与收集箱之间装有阴、阳两块纵向平行布置的极板和高压电源装置组成的高压负极静电分离器。

3、根据权利要求2所述的立式电场粉煤灰脱炭装置，其特征是：上述的阴极板上的电压为60-100kv。

4、根据权利要求2所述的立式电场粉煤灰脱炭装置，其特征是：上述的网状摩擦带电器的材料为铜或铁或钢。

Images