火力发电厂产生的粉煤灰浓缩过滤设计毕业论文.doc

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1、 目 录摘 要1Abstract2第1章 国内外粉煤灰的概论31.1 国内外火电厂粉煤灰的排放现状31.2 粉煤灰综合利用的意义41.3 国内外对粉煤灰的研究41.4 粉煤灰综合利用研究的新进展51.5 粉煤灰综合利用技术发展应注意的问题8第2章 粉煤灰的性质92.1 粉煤灰的形成过程92.2 粉煤灰的组成112.3 粉煤灰的物化性质12第3章 工艺流程相关设计143.1 拟定工艺流程143.2处理量的计算143.3 输送管道的设计153.4 阀门的设计15第4章 粉煤灰的脱水筛分174.1 脱水筛的基本介绍174.2 本设计脱水筛的选择17第5章 灰水浓缩195.1 浓缩设备的介绍195.2

2、 本设计浓缩的选择20第6章 中间设备226.1 排水管226.2 浓浆输送管道226.3 砂泵池236.4 灰浆搅拌槽236.5 砂浆泵23第7章 过滤脱水25 7.1 过滤脱水设备的介绍257.2 本设计的过滤选择27第8章 尾部处理设备298.1 灰库298.2 真空泵、压缩机29参考文献31致 谢32附录：3334摘 要本文是对火力发电厂产生的粉煤灰进行浓缩过滤设计，也是粉煤灰综合利用的预处理。本文的第1章主要在大的方面对粉煤灰进行了说明，揭示了国内外火电厂的粉煤灰排放现状,结合粉煤灰的排放现状说明了其综合利用的意义，然后阐述了国内外对粉煤灰的研究情况和综合利用的新进展，最后提出在粉煤

3、灰综合利用上存在的一些问题。第2章主要是针对粉煤灰的性质进行了说明，首先阐述了粉煤灰形成的过程，然后简介了粉煤灰的组成和物化性质。第3章制定了具体的工艺流程图，并根据设计任务计算出各种情况的灰水流量，据此确定输送管道的管径和阀门。第4、5、6、7、8章主要是根据第3章确定的工艺流程图来具体设计的，分别有粉煤灰的脱水筛分、灰水的浓缩、浓缩和脱水的中间设备、过滤脱水、灰库、真空泵和压缩机。首先介绍相关的设备，说明它们的各自优缺点，再根据本设计的要求来选择各种设备的型号。从而使预处理后的粉煤灰达到可以综合利用的要求。关键词：粉煤灰；资源化综合利用； 浓缩；过滤脱水Abstract This arti

4、cle explains the concentration and filteration design of fly ash produced by thermal power plants , namely the pretreatment of comprehensive utilization of coal ash. The first chapter mainly introduce the background and meaning .Firstly this paper reveals the current situation of fly ash discharge a

5、t home and abroad . Secondly according to the emissions of fly ash status it shows its comprehensive utilization significance.Thirdly this paper expounds the comprehensive utilization research and its new progress at home and abroad . Finally it proposes some problems in the comprehensive utilizatio

6、n of fly ash .The 2nd chapter mainly aims at the explanation of fly ash in special details ,.firstly it demonstrates the forming process of fly ash ,then also gives the detailed explanation to the fly ash composition and the nature. The 3rd chapter decides on the concrete flow chart, and according t

7、o the task of design calculates each kind of situation flow, then determines conduits caliber and valve. The 4th, 5th, 6th, 7th, 8th chapters are mainly designed by the 3rd chapter concrete flow chart., include dehydration screening, fly ash water concentration, concentration and dehydration of the

8、intermediate equipment, filtration dehydration, the ash storehouse, vacuum pumps and compressors.Firstly introduces the relevant equipments, describing their advantages and disadvantages, then according to the requirements of this design to select the type of equipment.Thus enables the conducted fly

9、 ash to achieve the comprehensive utilization request.Key words：fly ash、the resources comprehensive utilization、 Concentration、filtration and deaquation第1章 国内外粉煤灰的概论1.1 国内外火电厂粉煤灰的排放现状现代火力发电厂的锅炉，现在都用磨细的煤粉作为燃料。当煤粉喷入炉膛中，就以细颗粒火团的形式进行燃烧，充分释放热能。燃烧后的灰渣，因原煤灰分含量不同，一般占原煤质量的15%40%。煤粉锅炉的灰渣有两种形态：一种是从排烟系统中用收尘设施收集

10、下来的细粒灰尘，叫做粉煤灰或飞灰，约为灰渣总质量的70%85%，其中包括一些极细的粒子，经烟囱口排入大气中，收尘设备效率越低，飞逸的极细颗粒越多；另一种是在炉膛黏结起来的颗粒灰渣，落入锅炉底部，有的结成大块，经破碎从炉底排出，就叫做炉底灰或灰渣，约占灰渣总量的15%30%。其中粉煤灰是一种自然界所不存在的而由人工过程产生的粉状矿物资源，或者说是“再生矿产粉状资源”。1974年美国首先在内政部编辑的矿物年报中，将粉煤灰作为一种矿物资源，并列为国家最丰富的第七位固体矿物。当前，许多国家都已从历史的发展进程中认识到必须重视“工业废渣”资源的开发利用，它可以起到有效地缓冲自然资源、能源及带来颇大的环境

11、效益。尤其是20世纪70年代中期世界性能源危机后，许多国家发电厂的燃料结构发生了变化，都加快转向以煤炭为主要燃料的进程。据资料介绍，1979年各国电力系统用煤量占全国煤耗总量比例为：前苏联50%、英国45%、美国70%。随着燃料油以及天然气效率的降低和核动力的缓慢发展，用于电力系统的煤炭量将逐年增长。1985年，美国电力系统用煤量在7亿吨以上。根据联合国教科文组织的预测：燃煤发电仍将在21世纪中占重要地位，而且在21世纪中燃煤发电的绝对量可能还会增加。我国是世界主要产煤国之一，煤炭是我国当前和今后相当长时间内的主要能源，在一次能源探明总量中煤炭占90%。虽然国家大力发展水电、核电，但是燃煤发电

12、仍占主要地位。目前，我国有1000多座燃煤发电厂，而且每年还要新增发电机组400万600万千瓦。目前，全国电厂年燃煤约3.6亿吨，1994年电力系统火力发电厂粉煤灰排放量为9114万吨。20世纪末的年排灰量高达1.4亿吨，排灰量已居世界第三位，数量之大十分惊人。如此大量的灰渣全靠占地储存是不可能的，也是一种资源的浪费。2000年全国粉煤灰排放量达到1.6亿吨，占地将达到50万亩以上，加上历年的库存约11亿吨粉煤灰，每年还要递增400万600万吨的排放量。如此大量的固体废物若不加以利用，不仅占用了大量耕地，还会污染环境，危害中华民族的生存环境，制约了我国国民经济的可持续发展。1.2 粉煤灰综合利

13、用的意义粉煤灰具有潜在活性高，矿物化学稳定性好，颗粒细，有害物质少，可以改善混凝土或砂浆物理性能等优点。综合利用粉煤灰能够改善生态环境、变废为宝、节约资源，具体表现在减少堆灰场占地，防止灰渣对水体、大气环境造成污染，将其作为原料来利用，可创造明显的社会效益、环境效益、经济效益。当前，人口、资源与环境是各国面临的全球性问题。我国人口众多，资源日益紧张，环境不断恶化，对工业废渣中排放量最大的粉煤灰进行综合利用是一项利国利民利企业的工作，符合保护土地、合理开发自然资源的基本国策，也是造福子孙后代的具有长远战略性的课题。1.3 国内外对粉煤灰的研究1.3.1 国外粉煤灰综合利用概况国外粉煤灰的综合利用

14、，最早可以追朔到20世纪20年代，当时一些发达国家就开始对粉煤灰进行研究。第二次世界大战后，欧洲各国急切需要回复破坏了的建筑物和发展经济，建筑材料奇缺，由于粉煤灰的成分与火山灰一样，因此粉煤灰水泥在法国得到青睐。目前在国外，粉煤灰已经被广泛应用于建材、建工、交通、农业、化工和冶金等行业。其中利用量大而且经济效益好的应属于生产水泥和搅拌混凝土。美国利用量的39%，日本的76%，荷兰的59%都是用于这一方面。如今，在比利时、丹麦、德国、挪威、瑞典等国，通常的勃兰特水泥一部分或全部被粉煤灰水泥所取代，不仅创造出较好的经济效益，节约了大量水泥，还极大的改善了混凝土的质量。目前，国外粉煤灰产品、品种不断

15、增加，技术也有了较大的提高，利用量逐年增加，表现在以下几个方面：一、从消极储存为主转化为积极进行综合利用，一些国家的综合利用率达到100%；二、从填充、筑路等低级用途转化为把粉煤灰作为原料生产建材，化肥和提取金属、微量元素；三、从收集到加工、销售有一套完整的设备，自动化程度高；四、从过去的自用转向部分出口，如荷兰的粉煤灰向比利时出口等；五、综合利用企业的经济效益从过去的亏损或微利企业转向经济效益较好的专业化、大规模企业。1.3.2 国内粉煤灰综合利用概况我国利用粉煤灰是20世纪20年代末30年代初从上海杨树浦发电厂开始的。中国粉煤灰综合利用工作从20世纪50年代起，就一直受国家的高度重视。20

16、世纪80年代，国家把资源综合利用作为经济建设中的一项重大经济技术政策，提出了一系列鼓励措施和优惠政策，并于1987年9月在江苏芜湖召开的第二次全国资源综合利用会议上，把粉煤灰确定为全国资源综合利用的突破口，使粉煤灰综合利用得到了蓬勃的发展。国家计委1991年又出台了中国粉煤灰综合利用技术政策及其实施要点，提出了粉煤灰综合利用总的原则：认真贯彻“突出重点，因地制宜”和“巩固、完善、推广、提高”的方针。中国洁净煤技术“九五”发展规划也把粉煤灰综合利用列为重点研究的内容之一。近年来，我国粉煤灰的综合利用取得了十分明显的社会、经济和环境效益。目前我国粉煤灰的综合利用有以下几个特点：一、粉煤灰综合利用率

17、逐年提高，但是利用效率不高。如上海、南京等地的粉煤灰利用率连年达到100%，但是大量的只是利用原灰作填充土回填、代替盆土和砂石做土建原料。部分用于制造转、砌块和板材等墙体材料，用于水泥混合材、混凝土掺合料。更高级资源化利用产品不多。二、全国综合利用水平极不平衡。近些年来，我国很多省市粉煤灰综合利用取得了新进展。除上海外，南京、南通、南昌等城市已连续几年利用率实现了100%，哈尔滨等城市粉煤灰利用率也由50%提高到了90%。总的来讲，经济发达地区及大城市利用率较高，内地及中小城市利用率较低。三、国家优惠政策强度大，但地方政府执行力度不一。国家制定了一系列鼓励资源综合利用的优惠政策，极大地调动了企

18、业的积极性。优惠政策主要是税收减免涉及地方政府的财政收入，各地态度不一，地方政府态度积极的，该地粉煤灰综合利用率就高。四、综合利用新技术和新工艺多，但是实用性和稳定性程度不高，新产品推广和使用存在较大的技术和市场壁垒。目前，中国粉煤灰综合利用技术有近200项，其中得以实施应用的仅仅70项左右。1.3.3 对粉煤灰综合利用存在的问题就电力企业而言，对粉煤灰的综合利用，主要存在两个方面的问题：一方面是粉煤灰的品质限制了其综合利用效率，如灰中含碳量高，影响了粉煤灰建材的强度；另一方面是由于粉煤灰综合利用率逐年提高，造成某些地方粉煤灰供不应求，最终影响了用灰企业的效益与积极性，时间一长，又反过来，影响

19、了粉煤灰的出路。1.4 粉煤灰综合利用研究的新进展粉煤灰、煤燃烧过程中产生的对能源的生产能力,是一种工业的副产品,是公认的一个环境污染物。因为出现的环境问题,世界各地对粉煤灰进行了大量的研究。1.4.1 粉煤灰特性研究的进展粉煤灰的质量特性，受煤种、煤粉磨的型号，锅炉形式，燃烧条件，司炉工的操作水平，电厂负荷的波动以及收尘系统运行状态等因素的影响。通过粉煤灰特性的研究，已经确立其资源化的观念，特别是新的检测方法和手段在其成分分析中广泛应用，进一步揭示各种效应及矿物资源特性，为粉煤灰的综合利用奠定了基础，提供了理论上的支持，特别是粉煤灰纳米空心球的发现及其性能的研究进一步拓宽了粉煤灰微珠的研究领

20、域。1.4.2 粉煤灰微珠分选实践与综合利用的研究粉煤灰分选获得的微珠由于质轻，呈球形，具有无毒、自润滑、分散性好、流动性好、热导率小、保温、电绝缘、隔音、稳定性高等优点，在很多领域中显示出很好的应用潜力，具有广泛的开发前景。因此，这方面的研究进展很快，主要在保温材料、耐火材料、涂料和橡塑行业的填充材料、浮力材料和反光材料等方面取得丰硕的成果。目前，在国内外正在进行作为基核制作功能材料的研究，其代表是微珠表面金属化的研究以及附载二氧化钛光催化剂的试验研究。这些应用研究都是在粉煤灰空心微珠固有特点的基础上，赋予粉煤灰空心微珠新的功能，增加了它的附加值，是一种高级的利用方式，其发展前景具有很大的吸

21、引力，值得进一步研究和推广应用。1.4.3 新型建材的出现我国粉煤灰用于生产建筑材料，利用率一直保持在25%左右。粉煤灰烧结砖、生产水泥熟料及用作混合材、生产陶粒、砌砖、加气混凝土、墙体材料等，都是国家推广的成熟技术。其中陶粒、泡沫玻璃和微晶玻璃等材料的研制成功，促进了粉煤灰在建材方面更广泛的利用。利用粉煤灰为主要原料，加入一定量的胶结料和水，经成球、烧结而成的轻骨料为烧结粉煤灰陶粒。它是一种性能良好的人造轻骨料，其粉煤灰用量可达80%左右。可以配制300号混凝土。泡沫玻璃是一种新型建筑材料，它可由粉煤灰为主要原料烧结而成，其密度在0.50.8之间，具有抗压、隔热、隔音、防水、能浮出水面等性能

22、，是现代高城建筑的优质材料。泡沫玻璃作为大型雕塑材料，可制成大块，可随意切割装配。微晶玻璃是近年国际上发展起来的一种新材料。作为建筑装饰材料新产品的微晶玻璃，不仅具有强度高、抗磨损、耐腐蚀、耐风化、不吸水、无放射性污染等特性，而且色调均匀，色差小，光泽柔和晶莹，表面致密无暇，其机械性能、化学稳定性、耐久性和清洁维护方面均比天然石材优越，已被广泛用于建筑物内外墙、地面及廊柱等高档装修饰面，如星级宾馆、商务中心、金融大厦和展览馆等建筑物。采用粉煤灰制备微晶玻璃，将成为粉煤灰高附加值利用的一个方面。1.4.4 粉煤灰在建设工程中的大量应用粉煤灰用作建设工程的基本材料能节约水泥，降低生产成本和工程造价

23、；提高混凝土后期强度及抗渗性和抗化学侵蚀能力；改善混凝土的和易性，便于泵送、浇筑和振捣；抑制碱骨料反应的不良影响；降低水泥水化热，抑制温度裂缝的发生与发展；与水泥中的游离氧化钙相化合提高水泥的安定性。粉煤灰在建筑工程中主要用于大体积混凝土、泵送混凝土、高低标号混凝土及灌浆材料等。粉煤灰用于大体积混凝土方面的研究较多，三峡建设工程中粉煤灰优选和应用研究就是成功的例证。粉煤灰基础、回填、屋面和构建等房屋建设中也广泛使用粉煤灰。矿山充填等方面的应用由原来把粉煤灰单独作为充填料用于充填煤矿采空区，发展为用粉煤灰和石子混合来浇筑采空区，这种充填体不仅具有一定的强度，而且防火、隔水、隔音效果都很好。在道路

24、工程中，粉煤灰主要用于稳定路面基层，制成粉煤灰沥青混凝土，可以提高混凝土的强度和耐磨性。对软弱地基和膨胀土，可将粉煤灰和石灰等加入路基土中，可有效的改善路基的工程性质。另外，还用于护坡、护堤工程等。1.4.5 化工方面的应用 粉煤灰是一种主要含有硅、铝化学成分的特殊资源，以其特有的物理性质，而被用于化学工业中，从粉煤灰中提取铝、锗等金属，改性粉煤灰用作塑料、橡胶等工业的填料，更可以粉煤灰为主要原料制备微晶玻璃和分子筛等，展示了粉煤灰在化学工业中广阔的应用前景。1.4.6 环境方面的应用粉煤灰表面疏松多孔，表面积较大，且有一定活性基因，所以粉煤灰具有吸附性，包括物理吸附和化学吸附，它属于吸湿性多

25、孔物料。当粉煤灰与工业废水接触后，就吸收废水中的BOD、COD、色度等污染物，直至达到吸附平衡为止。另外，粉煤灰中含有的沸石、炭粒等无机离子，有交换特性和很强的吸附脱色作用。它可制成絮凝剂、高分子筛和过滤介质等，对造纸、电镀、印染、中草药等行业产生的废水具有一定的净化作用，还可以利用不同PH值的粉煤灰处理酸性和碱性废水。国外的研究证实，粉煤灰还可以有效去除富营养型湖泊表面层水和间隙水中的磷酸酶。粉煤灰因含有较多的碱性物质，是一种优良的低浓度烟气脱硫吸附剂，本身还可吸附大气颗粒物；用来改性粉煤灰制得的吸附剂比表面积增大许多倍，可用来处理。粉煤灰能更有效地遏制城市固体废物燃烧过程中的排放。1.5

26、粉煤灰综合利用技术发展应注意的问题1、在巩固与发展现有技术的基础上，继续寻求大用量粉煤灰利用途径，重点开发高掺量粉煤灰制品及长距离输灰技术。2、大力开发能产生巨大经济效益的高技术、精细利用途径，针对粉煤灰中某些利用价值较大的颗粒组分，进行分选与深加工利用。3、由于灰渣的种类日趋复杂化和多样化，其资源利用向多元化方向发展，随着洁净煤燃烧技术的发展，循环流化床燃烧灰渣和烟气脱硫副产品的排放量剧增，同时，低燃烧器的采用，将会导致粉煤灰中的未燃烧碳含量的增高。洁净煤燃烧产物的特性与常规粉煤灰有较大的差异，针对不同的灰渣类型，采取各自不同的处置与利用途径。4、将粉煤灰的利用与大型工程建设紧密结合起来。粉

27、煤灰用于高等级公路、桥梁、河流大坝、石油钻井平台等大型工程建设，具有吃灰量大、技术含量高、经济效益显著等特点，可对粉煤灰的利用起巨大推动作用。5、加强粉煤灰利用与环境治理的结合。一方面，在粉煤灰利用时，将注重其对周围环境的影响，如利用粉煤灰改良土壤或生产农肥，要对其中有害元素的含量及其溶出性进行详细研究；另一方面，可将粉煤灰处理或加工后，用于环保领域。6、加强对粉煤灰的基础研究，从微观与微量的层次上，详细研究其各项特性及其与形成条件的关系，将煤炭资源特性煤的燃烧燃烧产物的利用有机结合起来，研究不同煤种、不同炉型条件下的粉煤灰特性，建立粉煤灰的科学分类体系，从无序中找出有序的规律，为粉煤灰的深度

28、开发利用与污染防治提供科学依据。第2章 粉煤灰的性质2.1 粉煤灰的形成过程根据热力学第一定律和第二定律，粉煤灰的形成是煤粉能量守恒，灰渣总熵不断增加，从热能到粉煤灰潜能的能量转化过程，粉煤灰的产生包括煤粉的燃烧、灰渣的烧结、破碎、颗粒熔融、骤冷成珠等。电厂燃烧煤粉的锅炉实质上是粉煤灰产生的反应炉。煤粉由高速气流喷入锅炉炉膛，有机物成分立即燃烧形成细颗粒火团，充分释放热量。粉煤灰形成的过程，即是煤粉颗粒中矿物杂质的物质转变过程，也是化学反应过程。当温度超过1000时，石英如果没有与黏土矿物结合，将溶解于熔融的铝硅酸盐中，在随温度升高大约达到1650将开始挥发。在400时，高岭土开始失水形成偏高

29、岭土。当温度超过900偏高岭土将形成莫来石和其他无定形石英。伊利石是典型的富铁、镁、钾、钠的黏土矿物，当温度超过400时开始分解形成铝硅酸盐。大约在800时，碳酸盐开始分解释放出生成石灰，其他碳酸盐也会分解释放出然后生成相应的氧化物，但分解的温度不同，如天蓝石为500，白云石为750。铁是影响煤灰中矿物相比较重要的元素。在实验室条件下，黄铁矿300开始分解，失去硫后生成，然后在500时氧化生成赤铁矿和磁铁矿，硫氧化后生成。煤中绝大部分铁都是以形式存在，特别是在烟煤中更是如此。因为硫氧化速度很慢，在火焰中也只是部分氧化，形成熔点较低、相对密度较大的共晶体，甚至温度高达1100时仍有存在。在锅炉燃

30、烧过程中，煤中大部分含铁矿物质在碳及一氧化碳的作用下，形成氧化铁、四氧化三铁，新生成的铁氧化物再与新生的硅、铝、钙质玻璃体连生在一起，形成球状或似球形的铁质微珠。黄铁矿在氧化气氛中短时间燃烧时形成磁黄铁矿，其化学反应为： (2-1-1) 燃烧时间长时，磁黄铁矿则按下列反应变成磁铁矿： (2-1-2)赤铁矿在与粉煤燃烧时的化学反应如下： (2-1-3) (2-1-4) (2-1-5)褐铁矿在燃烧时，先排出化合水，变成不含水的赤铁矿，然后按上述反应也被还原成磁铁矿。经燃烧后粉煤灰中的铁主要以磁铁矿和赤铁矿的形态存在，有少量的，还有在高温下还原而成的少量金属铁，这是过还原现象。煤粉在燃烧过程中，铁、

31、铝和硅的氧化物首先造成渣形成熔化物，出炉后磁铁矿先结晶，故基体为硅铝酸盐玻璃物，磁铁矿晶粒在其间分布。凡有硅存在的地方均含有铝和少量铁。粉煤灰中的磁铁矿均在1100以下结晶，晶体不完整，最大晶粒为0.02mm左右。同样由于各电厂燃烧的煤种、煤质和锅炉的炉型，燃烧制度以及除尘方式等各异，粉煤灰中磁珠性质、粒度组成、含量等也不同。对粉煤灰形成过程的研究一般是以黏土质矿物到硅酸盐玻璃体的转变为主要对象。黏土质矿物在受热到300时开始脱去表面的吸附水，到650时开始脱去结晶水，1100时矿物晶格开始破坏。当受热温度继续升高时，灰粒就从软化表面开始熔融。在矿物杂质中还有另一些含水矿物，如石膏等，达到相当

32、的脱水温度时，也产生脱水的变化。碳酸盐矿物等在高温下排出，硫化物和硫酸盐排出和；碱性物质在高温下则部分挥发。煤在燃烧过程中的加热速度非常快，即使很小的颗粒也会存在温度梯度和时间间歇，因此，反应和转变并不总是必然的结果。灰粒在高温和空气的湍流中，可燃物烧失，灰分聚集、分裂、熔融，在表面张力和外部压力等作用下形成水滴状物质飘出锅炉后骤冷，就固结成玻璃微珠。有些微珠是壁薄中空的微珠，密度比水小而浮于水面上，成为微珠，而壁厚及无空的微珠密度比水大而形成沉珠。漂珠壳内封闭气体主要是和。的来源可能是碳酸盐的分解和含碳物质的燃烧所致。在生成漂珠及气体时，需要含碳物质和硅物质接触，并且氧化铁的含量必不可少，一

33、般氧化铁的含量不能少于5%，当小于5%时生成的漂珠很少，氧化铁含量超过8%时微珠的含量就显著增加。但大部分粉煤灰中漂珠的含量相对粉煤灰的量都很少，一般不足1%，沉珠相对粉煤灰的含量较大，一般占粉煤灰的20%60%。煤粉燃烧及粉煤灰形成过程： 均匀成核和碰撞聚结现象 蒸发 亚微细粒粉煤灰 煤粉颗粒 非均匀质凝聚（矿物质+空隙裂缝） 燃 50%燃烧（灰分+焦炭） 烧 颗 75%燃烧（熔融灰分聚合） 粒 90%燃烧 100%燃烧（粉煤灰颗粒）图2-1-1当煤在锅炉内燃烧时，由于炉内温度很高，使硅铝等氧化物处在高温熔融状态，炉内的湍流作用使这些物质悬浮在气流中，而过高的温度和过大的湍流速度使熔融的物质

34、迅速膨胀，当温度下降时，外界的气压从四面八方均匀压向这种物质，使其表面以最大张力来承受。湍流作用使这些物质在冷凝过程中处于悬浮旋转状态，因而形成球状体。由于内部气体珠扩散，往往形成中空微珠，而当冷却速度过快时，壁薄的空心微珠会破裂，成为不规则的碎片，所以要获得含珠率较高的优质漂珠，除了要有优良的煤质外，还要严格控制燃烧温度，并且调节好冷却速度。这个过程使粉煤灰微珠获得转化过程的化学能、形态能、表面能等潜在能量，玻璃微珠越多，潜能越高，同时表明粉煤灰中炭粒、海绵状多孔玻璃体发展为玻璃微珠的程度也越完全。2.2 粉煤灰的组成2.2.1 化学组成粉煤灰的化学组成与黏土相似，其中以和的含量占大多数，其

35、余为少量的、及等。此外，粉煤灰中还含有少量镓、铟、钪、铌、钇等微量元素及镉、铅、汞、砷等有害元素。一般，粉煤灰中的有害元素含量低于允许值。粉煤灰的化学组成是评价粉煤灰质量的重要技术参数。如常根据粉煤灰中含量的多少，将粉煤灰分成高钙灰和低钙灰两类。粉煤灰的烧失量可以反应锅炉燃烧状况。烧失量越高，粉煤灰质量越差。粉煤灰中、的含量直接关系到它作为建材原料使用的好坏。此外，粉煤灰中的、对水泥和混凝土来说是有害成分，对其含量要有一定的限制。2.2.2 矿物组成粉煤灰是一种高分散度的固体集合体，是人工火山灰质材料，其矿物组成十分复杂，主要包括无定形相和结晶相两大类。无定形相主要为玻璃体，约占粉煤灰总量的5

36、0%80%，大多是和形成的固熔体，且大多数形成空心微珠。此外，未燃尽的细小炭粒也属于无定形相。粉煤灰的结晶相主要有石英砂粒、莫来石、-硅酸二钙、钙长石、云母、长石、磁铁矿、赤铁矿和少量石灰、残留煤矸石、黄铁矿等。在粉煤灰中，单独存在的结晶相极为少见，往往被玻璃相包裹。石英有的呈单体小石英碎屑，也有附在炭粒和煤矸石上呈集合体的，多为白色。莫来石多分部于空心微珠的壳壁上，极少单颗粒存在，它相当于天然矿物富铝红柱石，呈针状体或毛粘状多晶集合体，分布在微珠壁壳上。因此，从粉煤灰中单独提纯结晶相十分困难。2.2.3 颗粒组成粉煤灰是一种微细的分散物料。在其形成过程中，由于表面张力的作用，大部分呈球状，表

37、面光滑，微孔较小，小部分因在熔融状态下互相碰撞而粘连，成为表面粗糙、棱角较多的集合颗粒。因而，粉煤灰颗粒大小不一，形貌各异，主要的为球形颗粒和不规则多孔颗粒，且其中90%的颗粒粒度为-40m或-60m。球形颗粒表面光滑，粒径一般从数微米到数千微米，密度和容重均大，在水中下沉，也叫“沉珠”。沉珠依化学成分为富钙和富铁玻璃微珠。不规则多孔颗粒包括多孔炭粒和多孔铝硅玻璃体。其中，多孔炭粒属惰性组分，呈球粒状或碎屑，密度与容重均小，粒径和比表面积均大，有一定的吸附性，可直接作为吸附剂，也可用于煤质颗粒活性碳。当粉煤灰用作建材时，其对粉煤灰的性能有不良影响。粉煤灰制品的强度和性能均随含碳量的增加而下降。

38、粉煤灰中颗粒，根据其结构粗略可分为密实微珠、空心微珠、海绵玻璃、铁质微珠、多孔炭粒及单颗粒石英、长石等。2.3 粉煤灰的物化性质2.3.1 物理性质粉煤灰是灰色或灰白色的粉状物，含水量大的粉煤灰呈灰黑色。它是一种具有较大内表面积的多孔结构，多半成玻璃状。其主要物理性质有密度、堆密度、孔隙率及细度等。表2-3-1 粉煤灰的物理性质物理性质定义数值密度/（）在绝对密实状态下，单位体积的粉煤灰质量22.3干容量/（）干粉煤灰在松散状态下的单位体积的质量550650，最高800孔隙率/粉煤灰中空隙体积占总体积的百分率6075细度粉煤灰颗粒的大小，常用4900筛筛余量或比表面积表示一般为4900筛筛余量

39、10%20%或比表面积270035002.3.2 粉煤灰的活性粉煤灰的活性是指粉煤灰在和石灰、水混合后所显示出来的凝结硬化性能。粉煤灰的活性是潜在的，需要激发剂的激发才能发挥出来。常用激发剂有石灰、石膏、水泥熟料等。粉煤灰中含有较多的活性氧化物、，它们能与氢氧化钙在常温下起化学反应，生成较稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙。因此粉煤灰和其他火山灰质材料一样，当与石灰、水泥熟料等碱性物质混合加水拌和成胶泥状态后，能凝结、硬化并具有一定强度。粉煤灰的活性不仅决定于它的化学组成，而且与它的物相组成和结构特征有着密切的关系。高温熔融并经过骤冷的粉煤灰，含大量的表面光滑的玻璃珠。这些玻璃微珠含有较高的化学内能

40、，是粉煤灰具有活性的主要矿物相。玻璃体主中含的活性和活性含量愈多，活性越高。除玻璃体外，粉粉煤灰中的某些晶体矿物，如莫来石、石英等，只是在蒸汽养护条件下才能与碱性物质发生水化反应，常温下一般不具有明显的活性。少数含氧化钙很高的粉煤灰，由由于其本身含有较多的游离石灰和一些具有水硬活性的矿物，如硅酸二钙、三铝酸五钙等，因此这种粉煤灰加水后，即可自行硬化并产生一定的强度。 第3章 工艺流程相关设计3.1 拟定工艺流程 本设计拟定工艺流程如下所示 灰水 （灰水比1:20） 脱水筛 筛出大于2mm粒径的粗颗粒耙式浓缩池 砂泵池 （灰水比1:4）砂泵 水（滤液） 灰浆搅拌槽 （反吹式） 自动滤液罐 真空过

41、滤机 空气压缩机 真空泵 FA（水分35%，按33%计算）图3-1-13.2处理量的计算在设计任务的提出中，设计年用干灰量为5万吨，这种干灰量实际是含有水分的，在这里按含水率为33%计算。具体计算如下：实际粉煤灰的含量：万吨灰水比为1:4时，灰水的总质量为万吨，此时的时处理量为。灰水比为1:20时，灰水的总质量为，此时的时处理量为。 3.3 输送管道的设计3.3.1 管道的介绍 黑色金属管，有无缝钢管和有缝钢管之分。无缝钢管分为普通无缝钢管和不锈钢无缝钢管。普通无缝钢管广泛用于压力较高的管道，如热力管道、制冷管道、压缩空气管道、氧气管道、乙炔管道，以及腐蚀性介质以外的各种工程管道。不锈钢无缝钢

42、管价格昂贵，主要用于有特殊要求的化工管道。有缝钢管分为低压流体输送钢管和卷焊接钢管。低压流体输送钢管应用于小直径的低压管道上，如给水管道、煤气管道、热水管道、蒸汽管道、碱液及废气管道、压缩空气管道。卷焊接钢管主要用于大直径低压管道，一般用于热力管网或煤气管网。在这里，本设计选择普通无缝钢管。3.3.2 管道的选择一般来说，对于密度大的流体，流速应取得小些，如液体的流速就比气体的小得多。对如黏度较小的液体，可采用较大的流速，而对于黏度大的液体，如油类、浓酸及浓碱液等，则所取得流速就应该比水及稀溶液低。对于含有固体杂质的流体，流速不宜太低，否则固体杂质在输送时容易沉积在管内。水及低黏度液体在管路中

43、的常用的经济流速范围是1.53.0，根据上述说明，这里流速选取u=2.0。管子一般有一定的规格，所以根据选择的流速和已有的流量还有相对应的灰水比的灰水浓度算出相应的管径大小。具体计算如下：水的密度为，我国粉煤灰的密度大都在 之间波动。在这里就取。灰水比为1:20时，灰水密度为 (3-3-1)对应的体积流量为 (3-3-2)对应的管道的内管径大小为 (3-3-3)查询热压无缝钢管的管径规格选取外径为159mm，壁厚为10mm的管子。流速的校核：， (3-3-4)流速是符合的。3.4 阀门的设计 阀门是最重要的设备和管道附件之一，它的作用主要是设备和管道的截流、切换流道和调节流量。环保工程中最常用

44、的阀门有闸阀、截止阀、蝶阀、球阀等。3.4.1 闸阀闸阀是利用在阀体内一与介质流动方向垂直的阀板的升降来控制阀的启闭。它主要可在环保工程的设备和管道中作截流和切换流道之用，作调节流量使用时效果不如截止阀，一般不宜作调节流量之用。闸阀的特点如下：1、密封性能较截止阀好；2、流体阻力小；3、具有一定的调节性能，并能从阀杆升降的高低，识别调节量的大小；4、适用于制成大口径的阀门；5、除用于蒸汽和一般液体介质外，还适用于黏度较大和含有粒状固体的介质；6、加工较截止阀复杂；7、密封面磨损后不便于修理。3.4.2 截止阀截止阀是利用装在阀杆下面的阀盘与阀座相配合来控制阀的启闭的。截止阀在环境工程的设备和管

45、道中作截流、切换流道和调节流量使用。但流体阻力较大，为防止堵塞或磨损，不宜用于带颗粒和黏度较大的介质。截止阀的特点如下：1、与闸阀比较，调节性能较好。但因阀杆不是从手轮中升降，不易识别调节量的大小；2、密封性一般较闸阀差；3、流体阻力较闸阀、球阀、旋塞大；4、密封面较闸阀少，便于制造和检修；5、价格比闸阀便宜；6、适用于蒸汽和一般液体等介质，不宜用于粘度较大、易易沉淀的介质。3.4.3 蝶阀蝶阀的阀板为一圆盘，可绕阀体内一固定轴旋转，当圆盘旋转至与流体流方向平行时，阀门开启；当圆盘旋转至与流体流方向垂直时，阀门关闭。蝶阀可在环境工程的设备和管道中作截流、切换流道和调节流量之用。蝶阀的特点如下：1、与相同公称压力等级的平行式闸阀比较，尺寸小，重量轻；2、密封性能好；3、开启力小，开关较快；4、具有一定的调节性能；5、适用于温度低于80，压力低于1MPa的一般液体介质。3.4.4 球阀球阀