论文总字数：24530字

摘 要

本文阐述了粉煤灰和生物质灰的电学特性。通过燃烧失重法测量不同燃烧灰的碳含量，经过一定量的试验，得到大部分的粉煤灰的碳含量在4~5%左右，生物质灰的碳含量稍高在10%及以上。采用能量色散X荧光光谱仪测定燃烧灰的化学成分，了解燃烧灰中的主要化学成分为Si和Al，粉煤灰中一般不含Cl元素，生物质中有一定量的Ca和S。用DR-2型高压粉尘比电阻试验台测定燃烧灰比电阻，发现生物质灰的比电阻小于粉煤灰的比电阻。燃烧灰的碳含量和化学成分会影响比电阻大小。其中燃烧灰的碳含量高，其比电阻较小；化学成分中的Al与比电阻成正相关，而化学成分中的Si，Ca和S与比电阻成负相关。通过搭建的简易的电晕荷电装置来测量燃烧灰的荷质比，得出了燃烧灰的碳含量和电晕荷电的电压与荷质比之间的关系。含碳量高的燃烧灰其荷质比高，电压高其荷质比也高。清楚了煤和生物质灰的电学特性，有利于进一步的电选脱碳。

关键词：粉煤灰，生物质灰，碳含量，化学成分，比电阻，荷质比

A study of electrical properties on fly ash and biomass ash

Abstract

This paper describes the electrical properties of fly ash and biomass ash. By burning weight loss method to measure different combustion ash carbon content, into a certain amount of test, most of the fly ash carbon content at around 4-5%, the carbon content of biomass ash slightly higher at 10% and above. Using energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer determination of the burning ash chemical composition, the combustion of main chemical composition of ash are Si and Al. The fly ash generally do not contain Cl elements, and biomass has some Ca and S elements. Measuring resistivity of combustion ash by DR-2 high-pressure test rig, founding that the resistivity of biomass ash is lower than fly ash. Besides, the carbon content and chemical composition of combustion ash will influence resistivity. The higher of the carbon content, the lower of the resistivity. The chemical composition of Al is positively correlated to resistivity, and the chemical composition of Si, Ca and S were negatively correlated to the resistivity. Measuring combustion ash’s charge-to-mass ratio by corona charging device, knowing that the carbon content of combustion ash and the voltage of the corona charging will affect it. The carbon content and voltage are positively correlated to charge-to-mass ratio. Clearing the electrical characteristics of biomass and fly ash is conducive to further electric separation decarburization.

Key words: fly ash, biomass ash, carbon content, chemical composition, resistivity,

Charge-to-mass ratio.

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 燃烧灰的利用 1

1.3 降低燃烧灰中的含碳量 2

1.4本文的研究目的和主要内容 3

第二章 实验设备及实验方法 4

2.1 燃烧灰含碳量的测定 4

2.1.1 干燥燃烧灰实验步骤 4

2.1.2燃烧灰的灼烧实验步骤 4

2.2 测定燃烧灰的化学成分 5

2.2.1 测定原理 5

2.2.2实验的操作流程 6

2.3 测量燃烧灰的比电阻 6

2.3.1比电阻测量方法 6

2.3.2 实验设备介绍 6

2.3.3测量比电阻实验过程 7

2.4 测量燃烧灰的荷质比 8

2.4.1 荷电原理 8

2.4.2 测量荷质比实验过程 8

2.5 小结 9

第三章 实验结果与分析 10

3.1 实验样品 10

3.2 燃烧灰烧失量 10

3.2.1实验数据和结果 10

3.2.2 实验结果分析 10

3.3 燃烧灰的化学成分组成 12

3.3.1 定性分析 12

3.3.2 定量分析 13

3.3.3实验结果分析 13

3.4 燃烧灰的比电阻 14

3.4.1实验数据与结果 14

3.4.2实验结果分析 15

3.5 燃烧灰的荷质比 17

3.5.1实验数据与结果 17

3.5.2 实验结果分析 17

3.6 小结 19

第四章 总结与展望 20

4.1 总结 20

4.2 展望 20

致谢 21

参考文献 22

第一章 绪论

1.1 引言

能源在我国经济发展中具有特别重要的战略地位，是我国科学技术研究的重点领域。能源是人类赖以生存和发展的基础，是国民经济的命脉，如何在确保人类社会能源可持续供应的同时减少用能过程中的环境污染，是当今世界各国共同关注的热点^[1]。我国目前能源供需矛盾尖锐，结构不合理，煤炭是我国今后相当长时间内的主要能源需求。根据人们对能源的需求和市场供应能源的预测，煤炭现在甚至将来(直到2050年或更晚)仍将在我国能源需求中起到主导作用，预计到2050年煤炭将占能源消费总量的50％一60％(目前为70％)，但总量仍会不断增加^[2]。可是燃煤的能源利用效率较低，煤炭的大量燃烧会造成较严重的环境污染，不利于可持续发展。为了满足能源需求的持续快速增长和实现能源高效清洁利用，煤炭资源的高效清洁利用被列为我国中长期科学和技术发展规划项目的优先发展主题。

粉煤灰是燃煤电厂排放的固体废弃物，随着电力工业的迅速发展，而火电厂作为发电厂中的主力，粉煤灰排放量逐年急剧增加。燃煤电厂排放的大量粉煤灰对生态环境造成了较严重的危害，并且粉煤灰的资源化程度不高问题又造成了资源的浪费。因此开发粉煤灰资源化新技术，提高粉煤灰资源化水平成为我们面临的艰巨任务^[3]。生物质能作为一种新能源，并且生物质燃料的总量很丰富，生物质能是世界的第四大能源。生物质燃料的来源较广，通常包括农林废弃物，如秸秆、稻壳、甘蔗渣、动物粪便及城市垃圾等。在当今能源短缺的情况下，生物质能就发挥了很大的作用。从70年代开始，很多国家就开始关注和开发生物质能，现在在全球范围内已经建立了很多生物质燃料的电站^[4]。生物质燃料电站虽然相比于燃煤电厂来源更加广泛，但是生物质电厂的效率较低，生物质燃烧灰中的含碳量高，造成的损失更大。要提高生物质燃烧的效率和对生物质燃烧灰的资源化，难以避免的要提取和去除灰中的碳。

因此综上所述，通过脱出粉煤灰和生物质燃烧灰中的残炭再利用不仅可以提高燃烧效率，也可以提高燃烧灰的资源化。

1.2 燃烧灰的利用

粉煤灰是燃煤电厂（主要为煤粉炉及流化床锅炉）的主要副产品，其综合利用和高附加值利用，不仅可为燃煤电厂带来可观的经济效益，也具有显著的环境和社会效益。粉煤灰的利用主要体现在下面几方面：

1、粉煤灰的大用量利用。其中，重要的大用量利用途径之一是利用粉煤灰来修筑高等级道路的路堤。粉煤灰的良好排水性能和轻质高强的特点使其优于一般的土方回填材料，采用粉煤灰能够提高路堤稳定性和强度，以致减少路基沉降的概率。并且受雨季影响小，能够缩短施工工期。另外实践证明，压实的粉煤灰用作工程填筑能够起到很好的效果。

2、粉煤灰在建材产品中的利用。烧结的粉煤灰砖是其中一种，因其吃灰量大，节省土，成本低，投资少，发展很快。粉煤灰加气混凝土作为一种节能型的墙体材料，取得了明显的社会和经济效益。粉煤灰作为建材是用量最大的途径。

3、粉煤灰在混凝土中的利用。粉煤灰在混凝土中的利用是近年来粉煤灰利用技术中最活跃的，是在建设系统推广中最有成效的。粉煤灰能够使水泥颗粒和致密水泥浆体扩散，使得混凝土的密实性、强度和耐久性提高。随着科技的进步，粉煤灰混凝土利用技术又有了新的进步和成果^[5]。

综上可知，对于粉煤灰有很多的利用技术，但是当粉煤灰的含碳量超过一定的标准时，它会阻碍粉煤灰替代传统原材料在更高层次的应用。因此，如何解决碳—灰分离的问题，是提高粉煤灰固体废弃物的综合利用率和资源化程度的关键^[6]。

生物质燃烧灰是生物质电厂的主要废弃物，随着生物质的大量使用，生物质燃烧灰的排放越来越多，生物质燃烧灰的利用备受瞩目。生物质灰的利用：

1、建筑利用，建筑利用分为直接和间接利用。修路时将生物质灰当做填充物作为路基是直接利用的一种；将生物质灰作为建筑原材料的掺和物或部分替代物，例如混凝土，是间接利用的一种。

2、化工利用，从生物质灰中提取钾盐和硅，变废为宝，节约了资源。

3、环境利用，可用于环境污染的治理，例如重金属离子的吸收。

4、农业利用，其一是作为养分循环，把生物质灰中的营养元素归还土地以保持可持续生产能力；其二作为肥料利用，以生物质灰为原料制成有益生长的材料^[7]。

与粉煤灰类似，生物质灰中的残炭也会影响生物质灰的资源化，并且生物质灰中的含碳量更高。可见，解决碳—灰分离问题至关重要。

1.3 降低燃烧灰中的含碳量

不管是粉煤灰还是生物质灰，要想提高原本燃料的利用率和灰的资源化程度，降低或分离灰中的残炭很重要。现在要实现这种情况，大致有以下几种方法^[8,9,10]：

1、燃烧法：燃烧法是将电厂排放出的灰再次放到燃烧装置中进行燃烧，已到达降低灰中碳含量的目的，并且再次燃烧产生的热量可被利用，节约能源。在燃烧过程中，采用特殊的流化床，可以燃烧掉灰中的大部分碳，具有较好的除碳效果。

2、浮选法：浮选法是利用未燃尽碳与无机矿物颗粒表面湿润性的差异，借助于浮选药剂与浮选设备进行分离，采用浮选法分离灰中的碳是世界各国普遍的一种碳分离技术，是湿选法。灰中碳粒的表面润湿性和可浮性与煤和生物质中碳颗粒相近，而灰中接触角较小。在泡沫浮选过程中，由于碳粒具有较大的接触角，所以它能粘附于气泡表面上浮，而燃烧灰中的其它颗粒接触角较小，不能粘附于气泡表面而仍留在灰浆中。且在浮选药剂的作用下,碳粒与其它颗粒之间的润湿性差别增大，因此能够实现碳粒与其它颗粒的有效分离。浮选法存在的缺陷：

1）湿法过程，脱碳后需要重新对物料进行脱水和干燥。

2）所用药剂成本高，用的浮选剂含有异味会对产品的应用会造成一定影响。

3) 要想能有一个好的分离效果，浮选的时间比较久。

4) 分选炭粒挥发分低，不易点燃。

3、电选法：电选是利用自然界中各种矿物和物料电性质的差异而使之分选的方法。在燃烧灰中，碳是导电性良好的导体，而其他矿物是导电性不好的非导体，这种电性差异给燃烧灰的电选提供了前提条件而进行分离。燃烧灰是非导体物料，碳粒是良导体物料，在圆形电晕电场中，当燃烧灰获得电荷后，碳粒因导电性能良好，很快地将所获电荷通过圆筒带走。碳粒在离心力的作用下，脱离圆筒表面，被抛入导体产品槽中，而非导体的灰颗粒所获得的电荷在表面释放的速度缓慢，因此在电场力作用下吸附在圆筒表面上，从而被旋转圆筒带到后部，由卸料毛刷排入非导体产品槽中，最终达到碳—灰分离的效果。并且电选法是一种干法，电选是一种干式作业，不产生废水和对环境污染等问题，因此日益被人们重视和扩大到应用当中^[11]。

电选与浮选脱炭法的比较：电选粒度范围是中粗粒(gt;45μm)，浮选粒度范围是中细粒(lt;100μm)；电选具有无需干燥、成本低的优点，而浮选具有尾灰含碳量低的优点；电选的尾灰含碳量较高，浮选后需干燥、流程较复杂；电选适用于含碳量较低的干灰，浮选适合各种灰^[12]。

分析粉煤灰和生物质燃烧灰脱碳的国内外研究现状，现价段我们更倾向于干法即电选法来降低燃烧灰中的含碳量，因此为了能够有效的实现电选来达到效果，我们需要知道燃烧灰的某些电学特性。

1.4本文的研究目的和主要内容

众所周知，含碳量高不利于粉煤灰和生物质燃烧灰的利用，特别是高附加值利用。例如，用于混凝土、水泥等建筑材料是目前燃烧灰的最主要利用途径。其中烧失量（主要是含碳量）是评价燃烧灰品质的重要指标之一，过高的烧失量意味着灰的品级低、价值低，而这些品级和价值低的燃烧灰往往难以利用甚至不能利用。因此，从电厂燃烧灰中分离残碳，可有效提高燃烧灰产品的品级，促进燃烧灰的综合利用。此外，所分离出的碳也是一种高附加值的产品，可用作燃料、低值吸附剂、生产活性碳原料、填料、染料、催化剂或催化剂载体等。

电选法在我国也得到了较多的研究，但实际应用于电厂燃烧灰的分选的并不多，规模一般也很小，与国际先进水平有较大的差距。值得指出的是，目前这类方法应用的目的主要是针对燃烧灰的脱碳提质，即降低燃烧灰中的含碳量，也即使目标产品成为合格的燃烧灰。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：24530字