外文翻译--利用静电增加对灰尘的沉积中文版-精品.doc

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利用静电增加对灰尘的沉积

概要：

这项研究的基本思想是，利用静电沉淀来减少飞尘中重金属的浓度。

当重金属的浓度很高时会妨碍利用飞尘作为肥料，并且这种浓度是可变化的。

飞尘分馏法实验是通过在四个发电站利用静电沉淀装置进行的。

基于实验结果，第一个收集装置中重金属的浓度处于它的最低值，而最后一个装置中的浓度则是最高。

镉在作为肥料的飞尘中的浓度，可以通过应用静电沉淀分馏法，使其降低70%。

对重金属的分馏情况相比之下没有对镉进行的分馏的效果明显。

结果显示，静电沉淀分馏法在分馏将成为肥料飞尘或改善土壤方面是很合适的一种方法。

导论：

芬兰的热能工厂和发电厂每年都会产生大约400，000公吨的原始生物燃料灰烬。

这种灰烬的产生量在将来会随着生物燃料使用量的增加而增加。

木材和泥煤燃后的灰烬能够作为肥料或土壤改良物质而被应用在林地或耕地上。

并且能够达到给土壤“补钙”的目的。

对灰烬的利用一直受到它本身含尘量和重金属浓度这些因素的局限：

后者在很多情况下已经超出了芬兰在对使用土壤改良剂所规定的最高允许标准。

在2001年，燃煤灰烬的利用率（84%）相比泥煤和混合燃料灰烬的利用率（43%）高出相当多一部分。

木材飞尘的利用率却相当低，在1997年大约是6%。

从飞尘中提取出重金属能够使它更充分的被利用。

通常，似乎操纵发电厂的燃料质量是达到这一目的唯一可行的方法。

这就意味着我们必须知道这些易燃燃料的精确密度和性质，并且知道哪些物质提高灰尘含量中镉的浓度，进而筛选出含镉物质。

少量的飞尘在农业和林产方面作为肥料已被应用。

一般情况下，各种类型的灰烬在农业生产中要比化学肥料更适合作为土壤的改良物质，因为在灰烬中可溶的植物营养物质量是很低的。

泥煤主要作为一种磷酸盐肥料被应用，木材燃料灰烬对于种植在含石灰的矿物质土壤中的谷类粮食作物的生长中，主要作为一种基础的营养肥料。

土壤中灰烬的石灰和肥料效应取决于灰烬中钙和营养物的浓度，灰烬中营养物质的可溶性，土壤，土壤的性质，如酸度，营养浓度。

表2显示了四种类型灰烬的重金属浓度。

灰烬中所含有的很多物质都是极其难溶解的。

由于灰烬中的很多重金属（如镉，铅，镍）都很难溶解，可以假定灰烬肥料并不会受到重金属的显著影响。

比如说，在水系中，短时期之内然后进行施肥。

最后，一些有害的重金属可能就会被从灰烬中以一种可溶的形式释放出来，并且因此而转移到植被中去。

灰烬中的石灰效应会降低土壤中重金属的溶解程度。

灰烬最初会提高直立树木中的镉的浓度，但是一旦树木的生长提高了其中微量元素的浓度，重金属的浓度就会下降到甚至比最初还要低的水平。

一些植物物种中的镉金属浓度的升高可以持续很长一段时间。

镉被认为是所有重金属中危害最大的金属，因为它可以停留在土壤中，能够在食物链中逐渐富集，并且会使生物体中毒。

图一静电除尘器

静电沉淀（图一）是当前用于分离发电站废气中的固体物质最普遍的一种方法，它的优势包括高效率收集（高达99.9%）和它在处理不同大小尺寸微粒（甚至大小小于1流明的粒子）的适用性，以及体积不定的废气。

它的更进一步的优势是它的长期有效性，很好的使用可靠性和低廉的经营维护费用。

静电沉淀的机能很显著的依赖于将要收集的飞尘的性质特征。

将要被分离的微粒的数量和颗粒大小的分布情况对静电沉淀的机能有很大的影响。

尽管静电沉淀收集的高效性或多或少可以持续忽略微粒的量，但是它的有效迁动速度在微粒颗粒小的情况下会有所下降。

由于微粒不同的专有特性，对微粒的收集效率根据微粒的大小而有变化。

从分离的角度看，最难分离的颗粒大小是在0.2到0.5流明之间。

灰烬中的重金属浓度可以通过多层静电沉淀将废气中细小灰烬颗粒分馏出的方法来降低。

沉淀的分馏工具会受到比如限制或振荡电流这些方法的影响。

我们的研究结果已经显示出，重金属被浓缩聚集在细小灰尘颗粒中。

根据Thun和Korhonen（1999）的结果，第三层电场的静电沉淀已经停止，依赖于它的运行条件，灰尘总量的84-95%在第一层次中，4-15%在第二层次中，大约1%的在最后一个层次中。

灰尘中镉的浓度可以通过静电沉淀的分馏法，被降低至少15-25%。

由于锅炉受到议论和怀疑，来自于以树皮为燃料和树木碎屑为燃料的发电站（大锅炉）的灰烬被划分为以下重量百分比级别，底部灰烬70-90%，气旋飞尘10-30%，静电沉淀飞尘2-8%和粉尘排放0.1-0.3%。

在灰尘燃烧和流化床燃烧中，产生的飞尘所占份量为80-100%。

多达75-90%的重金属存在于飞尘通过静电沉淀后的那些细颗粒中，图二展示了在底部灰尘，气旋灰尘和静电沉淀喉飞尘中锌，铅，和镉的含量（mg/kgandm-%）。

基于表二种的数据。

各种灰尘类型中的重金属浓度

重金属mg/kg煤灰泥煤灰木材燃灰树皮燃灰

砷（As）2.3–2002–2000.2–607–28

镉（Cd）0.01–2500.05–80.4–404–20

铬（Cr）3.6–740015–25015–25040–81

铜（Cu）30–300020–40015–30057–144

汞（Hg）0.01–800.001–10.02–10.012–0.4

镍（Ni）1.8–80015–20020–25036–52

铅（Pb）3.1–18005–15015–100053–140

锌（Zn）14–13,00010–60015–10,0001100–5100

表一

土壤改良中允许的最大重金属浓度

来自发电站A的飞尘中的物质

元素发电站A：

飞尘（mg/kg）允许最大值浓度（mg/kg）

2002年2001年1999年

汞（Hg）<2.50.31–2.0

镉（Cd）2.695.056.33.0

砷（As）18.3419.733550

镍（Ni）––100

铅（Pb）56.59106.552.7150

铜（Cu）86.7290.1178600

锌（Zn）189.7376.97061500

可以这样确定，例如，静电沉淀飞尘含镉量要比气旋灰尘高，这是部分由于和气旋灰尘相比较，静电沉淀飞尘分离了含大部分重金属的细小颗粒。

在这种情况下，一部分飞尘根据它在气旋灰尘的残余和它的浓度密度等情况适合于作为肥料。

在一个机械分类器在灰尘到达沉淀器之前被连接的情况下，静电沉淀法比传统的方法更能有效地分馏飞尘。

数据三显示了一个以燃烧生物燃料的发电站的基本规划设计图，并且其中在静电沉淀之前提供了多级旋风分离器装置。

飞尘中所含的多达75-90%的重金属（镉和锌）一定要通过静电沉淀法分离出并会存在于微粒的一小部分中。

合适的设计规划和调整过的静电沉淀装置在原则上，是能够将那部分微粒飞尘从废气中分离出来的，而那部分飞尘含有最大量的重金属，但是却只是全部飞尘量的一个小部分。

飞尘中主要部分的重金属浓度也因而能够被降低到所允许的浓度最大值以下。

2.原料和方法

飞尘的分馏试验是在4个发电站进行的（ABCD）。

发电站的静电沉淀是在不同的电压水平下进行的，并且样品是来自于电压稳定程序。

从静电沉淀装置中提取的所有样品都来自于在灰尘被放入筒仓之前安置在静电沉淀装置之下的灰尘进料装置中。

通过石墨法分析样品中的铅，铜，锌，砷，和镉的存在情况，并且应用Malvern装置来决定粒子颗粒大小。

发电站A使用泥煤，树木碎片和石油以及机械木材工业中的副产品作为燃料。

发电站的锅炉有效燃料容量是150兆瓦。

分馏试验室利用当前发电站的3层静电除尘装置进行的。

发电站B使用两个锅炉，一个是泡沫焦性石墨循环流化床锅炉（燃料容量55兆瓦），另一个是单流化床锅炉（燃料容量42兆瓦）。

试验的实施是利用单流化床锅炉进行。

该发电站的主要燃料是碾碎的泥煤块和木材燃料，煤烟和铝的氧化物的混合物。

来自两个锅炉中的飞尘是通过2层的静电除尘被传送到共同的灰尘筒仓之中。

发电站C装备两个锅炉，锅炉1是一个单流化床，它的燃料容量是267兆瓦。

锅炉2是一个泡沫焦性石墨循环流化床，燃料容量是315兆瓦。

试验是通过利用泡沫焦性石墨循环流化床锅炉进行的。

发电站所用的燃料主要是碾碎的泥煤块和各种木材燃料。

两个锅炉都被安装了3层的静电沉淀装置，使锅炉中的飞尘能够由空气作用被吹到一个共同的灰尘筒仓。

D发电站的流化床锅炉设备所产生的电能是77兆瓦，它的热容量是246兆瓦。

流化床锅炉中所使用的燃料主要是碾碎的泥煤块和木材废物。

废气中的飞尘通过一个3层的静电沉淀装置来进行分离。

3.结果

在A发电站的静电沉淀试验中（试验1-7），所使用的燃料是由49%的泥煤和61%的木材燃料构成。

静电沉淀装置1-3层的灰尘过滤烟窗被取样并且进行了分析。

（图表4）

基于结果，静电沉淀装置第一层镉的浓度处于它的最低值，而在第三层中则是最高值。

这是由于较大颗粒的飞尘微粒在第一层中积聚，而第三层中则容纳了含有最小微粒的飞尘。

第一层中镉浓度的变化范围在2.2-3.6mg/kg之间，同时第三层中的镉浓度变化范围则是在7.2-12.4之间。

这些浓度受很多种性质情况的影响，比如电子稳定程序，燃料质量、性质，和废气的流动率。

几乎在每个静电沉淀装置第一层中镉的浓度都低于为灰尘作为肥料使用所规定的允许浓度的最大值极限（3.0mg/kg）

在试验进展过程中，静电沉淀装置层中的运转中循环周期阻滞比率被控制在0-2之内。

0值是指被讨论的装置层所有的半循环周期在通常情况下都能正常活跃。

2值是指只有半周期的三分之一起作用。

因此运转循环周期阻滞的这个评价阐述了有多少连续的半周期已经关闭，也就是，分离器的补充电流的跳动频率是多少。

在当前的研究中，运转循环周期阻滞价值由微观kraft（牛皮纸）控制器来操控，它的主要任务就是将电压保持在靠近击穿电压值附近。

最重要的就是能够影响和改变静电沉淀装置第一层中的性能。

第一层能够使飞尘产物中含有的重金属的浓度水平达到适合作为肥料的标准，例如，图表5显示了静电沉淀装置的运转循环周期阻滞比率在第一层中对飞尘中镉浓度水平的影响。

在其他的情况之中，静电沉淀场的闪络数量的增加或减少则不在此控制之内。

有越多的半周期场发生无效，就会导致所产生的飞尘中重金属含量越低。

镉的浓度变化也是由燃料质量和性质变化引起的，除了控制本身，还存在其他因素之中。

图表6显示了静电沉淀装置的过滤器电压是如何影响在第一层的镉浓度水平重金属浓度水平随着电压的升高而升高。

这是由于较高的电压能够更加有效的分离也含有重金属的优质微粒。

过滤器电压水平比运转周期阻滞比率风有效的显示了电场的真实情况。

在其他情况中，同时也要考虑任何一种电场中发生通电击穿的情况。

表7显示了从试验5.6.7种得出的结果，它的一到三层电场中微粒的大小等级在直径10流明到50流明之间的情况。

直径10流明大小是指关于样品的90%我微粒都较大，而10%的较小。

直径50流明是一个二等分的微粒大小等级，或者说关于样品中的微粒大小较大的和较小的二者比例为1：

1。

根据这些数据，较小的微粒倾向于集中在静电沉淀装置的第三个电场中，而较大的微粒倾向于集中在第一个电场中。

这些小微粒含有最高的重金属浓度（表8）。

数据显示可作为肥料的镉浓度水平在微粒大小种类方面超过小于16流明的微粒。

镉浓度在D发电站中处于最高值。

这是由于在与其他的发电站所用燃料的比较中，该发电站的木材燃料占较大的比重。

在分馏之后，静电沉淀装置第三层电场中的灰尘中镉的浓度逐渐累积，至少要为第一层电场中的浓度的5倍。

除此之外，在这些试验中，在D发电站，有效地分馏灰尘是不可能的。

根据得出的结果，铅，铜，和镍的浓度从分馏的角度看并没有什么问题。

至于这些金属，飞尘不经过分馏而直接作为肥料应用是可以的。

锌，砷和镉的浓度可能超过允许的最大极限时，如果将飞尘当作肥料使用就会因此引起很多的问题。

对于这些金属，将飞尘作为肥料应用时，就要取决于燃料的成分和分馏的效力。

表10显示了对B，C，D发电站各种不同大小的微粒的分析。

基于这些数据，可以这样说，在静电沉淀装置的第一层电场中仍有粗糙的灰尘。

在发电站BCD，静电沉淀装置是通过调节电流值来控制的。

然而，静电沉淀装置的生产力容量取决于它的电压水平。

电压和电流的比例并不是均衡对称的。

当电流大小被降低50%的时候，电压仅仅会降低10-20%。

而且，当电流的给定值降低时，就会有相当的更少的击穿情况。

在各种实验之间，平均电压值并没有改变并达到一个足够的值是有很多原因的，以致于影响到静电沉淀装置的分离效率。

这就意味着对静电沉淀装置中的电流不同的调整并没有对实验期间的重金属浓度产生很大的影响。

4.结论。

燃烧后产生的灰烬，它的化学性质和物理性质，还有作为最后结果的灰烬的体积，都取决于易燃燃料的成分和性质。

燃烧技术和参数（相关因素），例如温度，燃烧效率，补给空气体积，还有锅炉的燃烧环境以及以灰烬的恢复防御体系，都对最终得到的结果灰烬的性质有影响。

从飞尘性质的角度来看，分离灰烬的装置尤其重要，因为在灰烬的构成上，它的废气中的细颗粒部分是至关重要的，

飞尘中的微粒经常被重金属富集并浓缩强化。

飞尘中重金属浓度水平的较大变化范围是飞尘在实际应用中受到质疑。

飞尘中含的重金属浓度会超过可作肥料使用的法定要求局限。

木材燃烧灰烬中最让人质疑的重金属就是镉。

在芬兰，当前的有效法令规定的极限值是3mg/kg。

而木材灰烬则超过了这个极限值。

在若干情况中，重金属的发射性可以通过科技加工方法来降低。

这些包括瓦斯泻出体积的最小值，废气收集，空气流通的利用，原料和能源的有效利用，以及含有最小重金属浓度的原料和燃料的利用。

并且，飞尘的性质可以通过分馏而被改变。

分馏的目的是将高密度和重金属浓度的细小微粒部分从适合实际应用的那部分中分离出来。

分馏实验证明了在静电沉淀装置第一层电场中重金属的浓度处于最低值，而在第三层中则是最高值。

重金属在飞尘微粒中会得到富集和增多。

含有最大颗粒的飞尘微粒会在第一层电场中积累，而在第三层电场中则主要更多是细小含尘微粒。

由于这样，第一层中积累的灰尘含有较少的重金属。

灰尘中的重金属浓度会受到如电压稳定程序，燃料性质，和废气的流动率的影响。

镍，铅和铜是重金属，他们的浓度不超过对木材和泥煤燃灰作为肥料使用所规定的极限值。

至于这些金属，在考虑到当前许可条件要求的情况下，没有必要使用分馏法。

然而，分馏明显的降低了飞尘中这些金属的浓度。

基于测试得到的结果，可以说，静电沉淀装置可能会增加运转循环周期阻滞的比率的特性，这样为了好的性能将会降低在分离细微颗粒方面的效果。

重金属的浓度的增长是与电压的增加相联系的。

这是由于高电压能够更有效的分离那些含有重金属的细微颗粒，这就意味着静电沉淀装置的分离效果可能就要受使用的最大电压值和运转循环周期阻滞的时间的影响。

这些调整可能会减少电场一的分离效果，这样就使得重金属浓度的最小值能够在最终的灰烬中积累增加。

相对地，重金属在细微颗粒中具有的发射性将会由于通过加强静电沉淀装置最后一层电场的效果而被减弱。

对于静电沉淀法在分馏上的参数我们并不能给出全面评价和估计。

使用后的燃料中的重金属浓度能够出现很大的差距和不同，并且很难决定所要求的合适分馏方法，除非使用的问题燃料已经被加以分析过。