CN111999138A - 一种飞灰分级与重金属尺度分布分析方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于燃烧污染物检测领域，并具体公开了一种飞灰分级与重金属尺度分布分析方法及装置。该方法包括：对飞灰进行初步筛分，得到粒径小于100μm的飞灰；向筛分后的飞灰中添加Fe基分散剂，并利用加热后的载气将其混合均匀获得混合颗粒；对混合颗粒进行分离，将粒径大于10μm的混合颗粒分离出来；对粒径小于10μm的混合颗粒进行分级处理，得到飞灰尺度分布特性，然后对各级飞灰进行重金属含量分析，进而得到重金属尺度分布特性。本发明利用Fe基分散剂减少飞灰颗粒间的静电作用，同时降低颗粒间的附着力与凝聚力，从而促进飞灰分散；此外利用加热后的载气减弱颗粒间的作用力，进而有效提高飞灰分级与重金属尺度分布分析的准确性。

Description

一种飞灰分级与重金属尺度分布分析方法及装置
技术领域
本发明属于燃烧污染物检测领域，更具体地，涉及一种飞灰分级与重金属尺度分布分析方法及装置。
背景技术
火力发电是我国主要的发电方式，燃料燃烧过程中通常伴随着大量污染物的释放，除SO2、NOx等常规污染物外，重金属污染物的释放也引起了广泛的关注。在燃烧高温环境下，部分重金属元素会以气态形式释放，随后转移至飞灰颗粒物中，大部分的颗粒物都能被除尘装置捕集。但是除尘装置逃逸窗口的存在会导致0.1μm～1μm的颗粒物更易逃逸，且这部分细颗粒物极易富集重金属元素。排入到大气中的重金属可通过呼吸道直接进入人或动物体内，损伤呼吸***、消化***与神经***等。因此，不同尺度飞灰上重金属的分布特性直接影响除尘装置对其捕集效果，为了强化重金属和颗粒物的协同脱除，探究重金属的尺度分布，开发飞灰分级技术尤为重要。
CN201810452965.2公开了一种锅炉飞灰颗粒分级采样仪，该分级装置通过从烟道内抽取烟气，并利用多级滤网的作用直接对烟气中的颗粒物进行分级处理，使收集到的灰样成分与烟道中的飞灰组分更为接近，但该方法利用滤网对飞灰进行分级，无法满足极细颗粒物上重金属含量的分析，且收集过程会导致灰样的损失，对重金属的含量分析影响较大；CN200410066002.7公开了一种流化床干式气溶胶发生方法及气溶胶发生器，该方法利用固体颗粒物的流化态特性将混合于床料中的粉体多颗粒聚合物粉碎成单颗粒并使之气溶胶化，随后可以对产生的气溶胶浓度和粒径进行测定，但该方法中可能会导致飞灰颗粒破碎，对其尺度分布产生影响。
发明内容
针对现有技术的上述缺点和/或改进需求，本发明提供了一种飞灰分级与重金属尺度分布分析方法及装置，其中该方法利用Fe基分散剂减少飞灰团聚，促进飞灰分散，同时利用加热后的载气减弱颗粒间的黏着力，进一步促进飞灰分散，从而有效提高飞灰分级与重金属尺度分布分析的准确性。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种飞灰分级与重金属尺度分布分析方法，该方法包括如下步骤：
S1对飞灰进行初步筛分，得到粒径小于100μm的飞灰；
S2向筛分后的飞灰中添加Fe基分散剂，并利用加热后的载气将其混合均匀获得混合颗粒；
S3对所述混合颗粒进行分离，将粒径大于10μm的混合颗粒分离出来；
S4对粒径小于10μm的混合颗粒进行分级处理，得到飞灰尺度分布特性，然后对各级飞灰进行重金属含量分析，进而得到重金属尺度分布特性。
作为进一步优选地，所述飞灰分级与重金属尺度分析方法还包括如下步骤：
S5取另一份飞灰进行初步筛分，得到粒径小于100μm的飞灰，然后向筛分后的飞灰中添加标准颗粒物并重复步骤S2～S4，以得到添加标准颗粒物后的飞灰尺度分布特性，用于验证步骤S4获得的飞灰尺度分布特性的准确性。
作为进一步优选地，对步骤S3中获得的粒径大于10μm的混合颗粒进行磁选分离，以此实现所述Fe基分散剂的回收利用。
作为进一步优选地，所述飞灰为燃煤飞灰、垃圾焚烧飞灰或生物质焚烧飞灰。
作为进一步优选地，所述Fe基分散剂的添加比例为飞灰质量的0.5％～2％；所述Fe基分散剂的粒径为20μm～40μm。
作为进一步优选地，所述载气的温度为40℃～60℃。
作为进一步优选地，所述标准颗粒物为聚苯乙烯球形颗粒，所述标准颗粒物的添加比例为飞灰质量的0.5％～1％。
按照本发明的另一方面，提供了一种飞灰分级与重金属尺度分布分析装置，该装置包括进料模块、筛分模块和测试模块，其中：
所述进料模块包括振动筛、进料器和送风机构，所述振动筛与所述进料器连接，用于将飞灰进行初步筛分得到粒径小于100μm的飞灰并送入所述进料器中；同时所述进料器还用于放置Fe基分散剂；所述送风机构用于提供加热后的载气，从而将所述进料器中筛分后的飞灰和Fe基分散剂送入所述筛分模块；
所述筛分模块包括混合室、旋风分离器和飞灰分级机构，所述混合室的入口与所述进料器和送风机构的出口连接，用于将所述Fe基分散剂和筛选后的飞灰混合均匀获得混合颗粒，所述混合室的出口与所述旋风分离器连接，以此将所述混合颗粒送入所述旋风分离器进行分离，得到粒径大于10μm的混合颗粒和粒径小于10μm的混合颗粒，并将所述粒径小于10μm的混合颗粒送入所述飞灰分级机构进行分级处理，得到飞灰尺度分布特性；
所述测试模块用于对分级处理后的飞灰进行重金属含量分析，以此获得重金属尺度分布特性。
作为进一步优选地，所述进料器还用于放置标准颗粒物，以得到添加标准颗粒物后的飞灰尺度分布特性，进而验证原始飞灰尺度分布特性的准确性。
作为进一步优选地，所述飞灰分级机构为ELPI荷电低压颗粒物撞击器，LPI低压撞击器或安德森八级撞击器。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明提供了一种飞灰分级与重金属尺度分布分析方法，该方法能够有效减少飞灰团聚对尺度分析的影响，其中通过将飞灰与Fe基分散剂混合，利用Fe基分散剂的导电性能减少飞灰颗粒累积的静电电荷，进而减少飞灰颗粒间的静电作用；同时添加Fe基分散剂后，飞灰颗粒间的碰撞减少，降低了颗粒间的附着力与凝聚力，从而促进飞灰分散；此外，由于飞灰颗粒的吸湿作用，颗粒表面的水分会极大地增加颗粒间的黏着力，本发明利用加热后的载气将其混合，能够有效减弱颗粒间的作用力，进一步促进飞灰分散，进而有效提高飞灰分级与重金属尺度分布分析的准确性；
2.此外，本发明通过对比添加标准颗粒物前后得到的飞灰尺度分布差异得到标准物质的回收率，可以对分级结果的准确性进行验证，获得每一次实验得到的飞灰尺度分布与实际飞灰的尺度分布，进而得到准确的重金属尺度分布特性；
3.本发明还提供了一种飞灰分级与重金属尺度分布分析装置，该装置利用Fe基分散剂和加热后的载气使飞灰颗粒分散获得混合颗粒，同时利用混合室为混合颗粒提供一个缓冲扩散和混合的空间，并且可以尽量模拟烟道取样的环境，通过调节混合室的尺寸使流体流速降低，能够有效抑制气流湍流，减少飞灰团聚对重金属尺度分布分析的影响，使获得的重金属尺度分布接近实际尺度分布。
附图说明
图1是本发明优选实施例提供的一种飞灰分级与重金属尺度分布分析装置的结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-第一送风机，2-第一过滤器，3-第一加热器，4-喷嘴，5-分散刷，6-进料器，7-振动筛，8-第二送风机，9-混合室，10-旋风分离器，11-真空泵，12-飞灰分级机构，13-测试模块，14-第二过滤器，15-第二加热器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明实施例提供了一种飞灰分级与重金属尺度分布分析方法，该方法包括如下步骤：
S1利用振动筛7对飞灰进行初步筛分，得到粒径小于100μm的飞灰并送入进料器6中，该飞灰为燃煤飞灰、垃圾焚烧飞灰或生物质焚烧飞灰；
S2向筛分后的飞灰中添加Fe基分散剂，混合后经过分散刷5定量输送至喷嘴4，该过程利用Fe基分散剂的导电性减少飞灰颗粒间的静电作用，促进飞灰颗粒分散，然后利用加热后的载气将其送入混合室9进一步混合均匀获得混合颗粒，利用载气温度减少颗粒表面的水分，进而减弱颗粒间的黏着力，促进飞灰分散，另一方面利用混合室9的缓冲扩散与混合作用进一步促进飞灰分散，同时减少飞灰团聚对尺度分布的影响；
S3利用旋风分离器对混合颗粒进行分离，将粒径大于10μm的混合颗粒分离出来，对其进行磁选分离，从而将Fe基分散剂进行回收并加以重复利用；
S4因Fe基分散剂的粒径均大于10μm，故粒径小于10μm的混合颗粒中均为飞灰，对粒径小于10μm的混合颗粒进行分级处理，以此得到飞灰尺度分布特性，然后对各级飞灰进行重金属含量分析，进而得到重金属尺度分布特性；
S5取另一份飞灰进行初步筛分，得到粒径小于100μm的飞灰，然后向筛分后的飞灰中添加标准颗粒物并重复步骤S2～S4，以得到添加标准颗粒物后的飞灰尺度分布特性，用于验证步骤S4获得的飞灰尺度分布特性的准确性。
进一步，Fe基分散剂的添加比例为飞灰质量的0.5％～2％，Fe基分散剂的粒径为20μm～40μm，从而保证最大限度地减弱飞灰颗粒间的作用力，促进飞灰分散，并避免添加比例过高导致颗粒间阻力增大。
进一步，加热后载气的温度为40℃～60℃，从而保证飞灰表面水分充分蒸发，降低飞灰颗粒间的黏着力，促进飞灰分散，并避免由于温度过高导致静电作用增强，飞灰颗粒间作用力增大。
进一步，标准颗粒物为聚苯乙烯球形颗粒，该聚苯乙烯球形颗粒中不含重金属，不影响飞灰重金属尺度分布特性的检测结果，同时标准颗粒物的添加比例为飞灰质量的0.5％～1％，从而保证在不影响10μm以下飞灰重金属含量分析的条件下，验证飞灰分级的准确性。
按照本发明的另一方面，提供了一种飞灰分级与重金属尺度分布分析装置，该装置包括进料模块、筛分模块和测试模块，其中：
进料模块包括振动筛7、进料器6和送风机构，振动筛7与进料器6连接，用于将飞灰进行初步筛分得到粒径小于100μm的飞灰并送入进料器6中；同时进料器6还用于放置Fe基分散剂，筛分后的飞灰和Fe基分散剂在进料器6中混合后经过分散刷5定量输送至喷嘴，并利用送风机构中依次连接的第一送风机1、第一过滤器2和第一加热器3所产生的加热后载气的作用下送入筛分模块；同时该送风机构还包括第二送风机8、第二过滤器14和第二加热器15，其产生的加热后的载气直接通入混合室9中，用于控制进入混合室9中的风量；
筛分模块包括混合室9、旋风分离器10和飞灰分级机构12，混合室9的入口与进料器6和送风机构的出口连接，用于将Fe基分散剂和筛选后的飞灰混合均匀获得混合颗粒，混合室9的出口与旋风分离器10连接，以此将混合颗粒送入旋风分离器10进行分离，得到粒径大于10μm的混合颗粒和粒径小于10μm的混合颗粒，并将粒径小于10μm的混合颗粒送入飞灰分级机构进行分级处理，得到飞灰尺度分布特性；
测试模块13用于对分级处理后的飞灰进行重金属含量分析，以此获得重金属尺度分布特性。
进一步，进料器6还用于放置标准颗粒物，以得到添加标准颗粒物后的飞灰尺度分布特性，进而验证原始飞灰尺度分布特性的准确性。
进一步，飞灰分级机构为ELPI荷电低压颗粒物撞击器，LPI低压撞击器或安德森八级撞击器，并且该飞灰分级机构与真空泵11连接，用于调节撞击器入口流速，满足其额定工况需求。
现以具体的飞灰分级装置及重金属尺度分布分析方法为例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
S1对飞灰进行初步筛分，得到粒径小于100μm的飞灰；
S2向筛分后的飞灰中添加2％的Fe基分散剂(粒径为20μm～40μm)，并利用45℃的载气将其混合均匀获得混合颗粒；
S3对混合颗粒进行分离，将粒径大于10μm的混合颗粒分离出来；
S4对粒径小于10μm的混合颗粒进行分级处理，得到飞灰尺度分布特性，然后对各级飞灰进行重金属含量分析，进而得到重金属尺度分布特性；
S5取另一份飞灰进行初步筛分，得到粒径小于100μm的飞灰，然后向筛分后的飞灰中添加1％的标准颗粒物并重复步骤S2～S4，以得到添加标准颗粒物后的飞灰尺度分布特性，标准颗粒物回收率达到95％，证明该飞灰分级较准确。
实施例2
S1对飞灰进行初步筛分，得到粒径小于100μm的飞灰；
S2向筛分后的飞灰中添加0.5％的Fe基分散剂，并利用60℃的载气将其混合均匀获得混合颗粒；
S3对混合颗粒进行分离，将粒径大于10μm的混合颗粒分离出来；
S4对粒径小于10μm的混合颗粒进行分级处理，得到飞灰尺度分布特性，然后对各级飞灰进行重金属含量分析，进而得到重金属尺度分布特性；
S5取另一份飞灰进行初步筛分，得到粒径小于100μm的飞灰，然后向筛分后的飞灰中添加0.75％的标准颗粒物并重复步骤S2～S4，以得到添加标准颗粒物后的飞灰尺度分布特性，标准颗粒物回收率达到94％，证明该飞灰分级较准确。
实施例3
S1对飞灰进行初步筛分，得到粒径小于100μm的飞灰；
S2向筛分后的飞灰中添加1％的Fe基分散剂，并利用40℃的载气将其混合均匀获得混合颗粒；
S3对混合颗粒进行分离，将粒径大于10μm的混合颗粒分离出来；
S4对粒径小于10μm的混合颗粒进行分级处理，得到飞灰尺度分布特性，然后对各级飞灰进行重金属含量分析，进而得到重金属尺度分布特性；
S5取另一份飞灰进行初步筛分，得到粒径小于100μm的飞灰，然后向筛分后的飞灰中添加0.5％的标准颗粒物并重复步骤S2～S4，以得到添加标准颗粒物后的飞灰尺度分布特性，标准颗粒物回收率达到96％，证明该飞灰分级较准确。
本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种飞灰分级与重金属尺度分布分析方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1对飞灰进行初步筛分，得到粒径小于100μm的飞灰；
S2向筛分后的飞灰中添加Fe基分散剂，并利用加热后的载气将其混合均匀获得混合颗粒；
S3对所述混合颗粒进行分离，将粒径大于10μm的混合颗粒分离出来；
S4对粒径小于10μm的混合颗粒进行分级处理，得到飞灰尺度分布特性，然后对各级飞灰进行重金属含量分析，进而得到重金属尺度分布特性。
2.如权利要求1所述的飞灰分级与重金属尺度分布分析方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤：
S5取另一份飞灰进行初步筛分，得到粒径小于100μm的飞灰，然后向筛分后的飞灰中添加标准颗粒物并重复步骤S2～S4，以得到添加标准颗粒物后的飞灰尺度分布特性，用于验证步骤S4获得的飞灰尺度分布特性的准确性。
3.如权利要求1所述的飞灰分级与重金属尺度分布分析方法，其特征在于，对步骤S3中获得的粒径大于10μm的混合颗粒进行磁选分离，以此实现所述Fe基分散剂的回收利用。
4.如权利要求1所述的飞灰分级与重金属尺度分布分析方法，其特征在于，所述飞灰为燃煤飞灰、垃圾焚烧飞灰或生物质焚烧飞灰。
5.如权利要求1所述的飞灰分级与重金属尺度分布分析方法，其特征在于，所述Fe基分散剂的添加比例为飞灰质量的0.5％～2％；所述Fe基分散剂的粒径为20μm～40μm。
6.如权利要求1～5任一项所述的飞灰分级与重金属尺度分布分析方法，其特征在于，所述载气的温度为40℃～60℃。
7.如权利要求2所述的飞灰分级与重金属尺度分布分析方法，其特征在于，所述标准颗粒物为聚苯乙烯球形颗粒，所述标准颗粒物的添加比例为飞灰质量的0.5％～1％。
8.一种飞灰分级与重金属尺度分布分析装置，其特征在于，该装置包括进料模块、筛分模块和测试模块(13)，其中：
所述进料模块包括振动筛(7)、进料器(6)和送风机构，所述振动筛(7)与所述进料器(6)连接，用于将飞灰进行初步筛分得到粒径小于100μm的飞灰并送入所述进料器(6)中；同时所述进料器(6)还用于放置Fe基分散剂；所述送风机构用于提供加热后的载气，从而将所述进料器中筛分后的飞灰和Fe基分散剂送入所述筛分模块；
所述筛分模块包括混合室(9)、旋风分离器(10)和飞灰分级机构(12)，所述混合室(9)的入口与所述进料器(6)和送风机构的出口连接，用于将所述Fe基分散剂和筛选后的飞灰混合均匀获得混合颗粒，所述混合室(9)的出口与所述旋风分离器(10)连接，以此将所述混合颗粒送入所述旋风分离器(10)进行分离，得到粒径大于10μm的混合颗粒和粒径小于10μm的混合颗粒，并将所述粒径小于10μm的混合颗粒送入所述飞灰分级机构进行分级处理，得到飞灰尺度分布特性；
所述测试模块(13)用于对分级处理后的飞灰进行重金属含量分析，以此获得重金属尺度分布特性。
9.如权利要求8所述的飞灰分级与重金属尺度分布分析装置，其特征在于，所述进料器(6)还用于放置标准颗粒物，以得到添加标准颗粒物后的飞灰尺度分布特性，进而验证原始飞灰尺度分布特性的准确性。
10.如权利要求8或9所述的飞灰分级与重金属尺度分布分析装置，其特征在于，所述飞灰分级机构(12)为ELPI荷电低压颗粒物撞击器，LPI低压撞击器或安德森八级撞击器。
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