（环境工程专业论文）准格尔煤灰粘附机理的实验研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 本论文简单介绍了四种粉尘粘甜力测定方法 但是都没有非常完善的测 定设备 所以自行设计了两套粉尘粘附力测定装置 其中一套已经制造出来 并用于本次准格尔煤及其它燃煤飞灰的粘附力测定实验 另外一套给出了基 本设计图 此外通过丈量实验详细研究了湿度 管径 压强和粒径对4 8 删以 下准格尔煤飞灰的粘附力的影响 发现粘附力随压强和湿度的上升而增加 髓粒径的减如而增加 管径对其影响不大 作为与准格尔煤飞灰粘附力的对 比 还对张家口电厂 台肥电厂和徐塘电厂飞灰粘附力进行了测定 关键词 飞灰 粘附力 湿度 压强 粒径 a b s t r a c t t h i sp a p e rs i m p l yi n t r o d u c e sf o u ra d h e s i v ef o r c em e n s u r a t i o nm c t h o d so f d u s tw h o s ee x p e r i m e n te q u i p m e n t sa g en o tv e r yp e r f e c t s ot w oa d h e s i v ef o r c e m e n s u r a t i o ni n s t a l l a t i o n sa l ed e s i g n e d o n es e to fw h i c hh a sb e e nm a d ea n du s e d t om e n s u r a t et h ea d h e s i v ef o r c eo fz h u n g e e rc o a la s ha n do t h e rc o a la s h e sw h i l e t h eo t h e rs e tw i t ht h ee l e m e n t a r yd e s i g np l a n f u r t h e r m o r e t h eh u m i d i t y p r e s s u r e p i p ed i a m e t e ra n d 础d i a m e t e ra n do t h e rt h ei n f l u e n c i n gf a c t o r sa b o u t t h ea d h e s i v ef o r c eo fz h u n g e e rc o a la s hu n d e r4 8 a r ea t u d i e dj nd e t a i l t h r o u g hf ll a r g en u m b e ro fe x p e r i m e n t s i t 拓f o u n dt h a tt h ea d h e s i v ef o r c eo f z h u n g n e rc o a la s hi n c r c 8 s w i t ht h er i s i n go f h u m i d i t y p e s s u r e a n dt h ed e a t a o f g f a j nd m m c t e r t h ep i p ed i m m i sn e a r l yn o ti n f l u e n c e 自t h ea d h e s i v ef o r c e a s c o m p a r i s o nw i t ht h ea d h e a l v ef n r c eo fz h u n g e e rc o a la s h t h ec o a la s ho f z h a n g j i a k o et k e h 耙p o w e l m 哪 h c f c ic l e c t r i cp o w e rp l a n ta n dx u t a n ge l e c t r i c p o op l a n ta g ea l s om e n s u r a t e d w a n gt i a n p e n g e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g d i r e o t e db yp r o fy u a ny o n g t a o k e yw o r d s f l ya s h a d h e s i v ef o r c e h u m i d i t y p r e s s u r e g r a i nd i a m e t e r 华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 本论文简单介绍了四种粉尘粘附力测定方法 但是都没有非常完善的测 定设备 所以自行设计了两套粉尘粘附力测定装置 其中一套已经制造出来 并用于本次准格尔煤及其它燃煤飞灰的粘附力测定实验 另外一套给出了基 本设计图 此外通过大量实验详细研究了湿度 管径 压强和粒径对4 8 朋以 下准格尔煤飞灰的粘附力的影响 发现粘附力随压强和湿度的上升而增加 随粒径的减小而增加 管径对其影响不大 作为与准格尔煤飞灰粘附力的对 比 还对张家口电厂 合肥电厂和徐塘电厂飞灰粘附力进行了测定 关键词 飞灰 粘附力 湿度 压强 粒径 a b s t r a c t t h i sp a p e rs i m p l yi n t r o d u c e sf o u ra d h e s i v ef o r c em e n s u r a t i o nm e t h o d so f d u s tw h o s ee x p e r i m e n te q u i p m e n t sa r en o tv e r yp e r f e c t s ot w oa d h e s i v ef o r c e m e n s u r a t i o ni n s t a l l a t i o n sa r ed e s i g n e d o n es e to fw h i c hh a sb e e nm a d ea n du s e d t om e n s u r a t et h ea d h e s i v ef o r c eo fz h u n g e e rc o a la s ha n do t h e rc o a la s h e sw h i l e t h eo t h e rs e tw i t ht h ee l e m e n t a r yd e s i g np l a n f u r t h e r m o r e t h eh u m i d i t y p r e s s u r e p i p ed i a m e t e ra n dg r a i nd i a m e t e ra n do t h e rt h ei n f l u e n c i n gf a c t o r sa b o u t t h ea d h e s i v ef o r c eo fz h u n g e e rc o a la s hu n d e r4 8 乒啊a r es t u d i e di n d e t a i l t h r o u g hal a r g en u m b e ro fe x p e r i m e n t s i ti sf o u n dt h a tt h ea d h e s i v ef o r c eo f z h u n g e e rc o a la s hi n c r e a s e sw i t ht h er i s i n go fh u m i d i t y p r e s s u r e a n dt h ed e c r e a s e o fg r a i nd i a m e t e r t h ep i p ed i a m e t e ri sn e a r l yn o ti n f l u e n c et ot h ea d h e s i v ef o r c e a sac o m p a r i s o nw i t ht h ea d h e s i v ef o r c eo fz h u n g e e rc o a la s h t h ec o a la s ho f z h a n g j i a k o ee l e c t c i cp o w e rp l a a t h e f e ie l e c t r i cp o w e rp l a n ta n dx u t a n ge l e c t r i c p o w e rp l a n ta g ea l s om e n s u r a t e d w a n gt i a n p e n g e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g d i r e c t e db yp r o f y u a ny o n g t a o k e y w o r d s f l ya s h a d h e s i v ef o r c e h u m i d i t y p r e s s u r e g r a i nd i a m e t e r p 士 l明明 本人郑重声明 此处所提交的硕士学位论文 准格尔煤灰粘附机理的实验研 究 是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间 在导师指导下进行的研究工作 和取得的研究成果 据本人所知 除了文中特别加以标注和致谢之处外 论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含为获得华北电力大学或其 他教育机构的学位或证书而使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 学位论文作者签名 量丢豳笙 日 期 型丛主 么 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有 权保管 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件 学校可以采用影印 缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文 学校可允许学位论文被查阅或借阅 学校可以学术交流为目的 复制赠送和交换学位论文 同意学校可以用不同 方式在不同媒体上发表 传播学位论文的全部或部分内容 涉密的学位论文在解密后遵守此规定 作者签名 至丞旦逝 e l 期 垄逻j 丛 导师签名 垄2 毖4 日期 掣 华北电力大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 准格尔煤灰粘附性的研究背景及其意义 地处晋 陕 蒙交界处的准格尔煤田 是国内著名的四大露天煤矿之一 也是 我国西部特大型综合性能源基地 我国加入w t o 后 随着对西部省区重点项目投资开发步伐的加快以及北京申奥 成功京津唐地区旺盛的电力需求 新型能源成为人们普遍关注的焦点 而盛产能源 洁净型长焰动力煤的准格尔煤田随之成为电力企业看好的对象 准格尔煤田己探明 储量2 6 7 6 亿吨 服务年限1 1 5 年 其大规模的开发建设始于2 0 世纪9 0 年代 最近 内蒙古托克托电厂二期工程和岱海大型火力发电厂已经由国家计委批准 立项 与目前正在兴建的内蒙古托克托电厂一期工程和国华准格尔电厂二期工程 共同构成了对准格尔煤田潜在而巨大的用煤需求 这样 包括目前已在运行的神华 准格尔一电厂 内蒙古丰镇电厂以及华北地区沙岭子 陡河等京包沿线电厂 这些 机组客观上形成了以准格尔煤田为轴心向周边地区幅射的一个大型火力发电群 预 计到 十五一末 按照准格尔煤田煤质设计的发电厂电力达5 0 0 万k w 以上 对准 格尔煤田电煤需求量可达3 0 0 0 3 5 0 0 万吨左右 由此可见 准格尔煤田作为民族 地区工业建设的上游企业 在西部大开发中发挥着举足轻重的作用 准格尔煤田煤质具有特低硫 低磷 低熔点 高发热量 高挥发分的天然条件 最适宜作动力电煤和化工燃料 以低污染而闻名 在煤炭销售市场颇受用户青睐 被誉为 绿色环保煤炭 在东北 华北 华东和东南沿海地区有较大的市场份额 由于含硫量不足1 在严格限制硫化物的上海 福建 厦门等城市十分走俏 此 外还有部分洗选精煤集装海运远销到摩洛哥 参与国际煤炭市场的竞争 乜1 1 2 国内外研究现状 准格尔煤煤种特性为低硫 o 4 3 低氢 3 4 2 低铁 1 3 8 f e 0 低钠 0 0 2 n a 0 低钾 o 4 3 k 0 高灰分煤种 其灰分含量高达3 1 7 a 1 0 含 量达5 1 7 2 多种不利因素的同时存在 导致烟尘密度小 粒度细 比电阻高 使除尘效率下降 宏观目测烟尘排放量大阻1 针对准格尔煤飞灰硅铝含量高 钾钠含量低 比电阻高的特点 国外还没有相 关报道 国外对于具有相似特点燃煤飞灰的研究很少 相关的文献也没有查到 而国内对于电除尘器收集准格尔煤飞灰效率低的原因还没有一个确切的结论 有的 认为是铝含量高导致飞灰比电阻高 从而使得电除尘器除尘效率低 也有人认为是 1 华北电力大学硕士学位论文 飞灰中钾 钠的含量太低 粉尘荷电性和导电性差 粉尘不易在电场内荷电 影响 了电除尘器的收尘效果 还有人认为是准格尔煤飞灰粒径细啼1 密度小 易产生二 次扬尘导致了电除尘效率低 有关资料介绍 准格尔煤燃煤飞灰中含量极高的二氧 化硅和三氧化二铝属空隙率较大的物质 由于三氧化二铝高含量的煤灰极细 比重 较轻 又具有一定粘性 振打清灰困难 对静电除尘器振打后控制二次扬尘不利 但是目前还没有成熟的设备来测定粘附力 具体数值更是无从测定 只能凭感觉和 经验来判定粘附性的大小随 粘附力是飞灰的一项重要物理特性 被广泛应用于科学研究和工业生产中 以 燃煤电厂为例 共粘附性飞灰给锅炉的各受热面 引风机叶片 电除尘器的阳极板 和阴极线以及布袋除尘器滤袋的清灰造成困难 一些高压电器的粘灰还经常引起表 面爬电故障 但是粘附力也有其有益之处 如高粘附力可以使细小颗粒相互粘附 形成较大的颗粒 有利于收尘 适当的粘附力可以避免电除尘阳极板振打清灰过程 中产生二次扬尘等口 在高温下 细粉尘的粘性和粘附力的增加阻碍运行的稳定性以及在变化条件下 的放大设计 如发电厂高效燃煤系统 综合煤气化复合循环 i g c c 和压力液化床 燃烧系统 p f b c 干燥粉尘沉积和水冷壁上沉积的飞灰层厚度的增加封闭了i g c c 系统中的汽化器呻1 和煤粉燃烧室 p c 协 旧1 在p f b c 系统中 通过反向脉冲从刚 性陶瓷过滤器上分离滤饼的操作随着飞灰颗粒粘附力的增加变得非常困难 1 目前测试飞回粘附性的装置还没有特别成熟的设备 实验时使用的设备都是自 己研制的 以下是各种现有及自行设计设备的简要介绍 粉尘床分离型抗拉测试装置n 3 1 在高温下 分离型抗拉测试系统的详细资料如图1 1 所示 最初系统是一个商 业粉尘床分离型粘附特性测定系统 h o s o k a w am i c r o n c o h e t e s t e r n 引 环形单元为粉 尘填充装置 它直径5 c m 高l c m 可以分为固定和移动两个相等的部分 两部分都 由低热膨胀系数的高纯硅玻璃来制备 以消除从室温到1 3 7 3 k 温度范围内 热膨胀 对粉尘床强度的影响 2 电动 薄盒属阿 一二 可动单元 固定单元 图1 1 高温条件fe 灰粉q 障分离掣抗拉强度测试系统的简易h 移动部分被安装在 个平板上 并被3 个会属钢板悬吊起来 在位用钩于将移 动部分固定厉 粉尘样本被装进环彤单兀中 在25 p a 下使用单轴向力压实6 0 0 s 空隙率 被填充床的重量和表面体科所训箅 强度测试的温度是从室温到1 2 2 3 k 使用电炉予以6 0 0 c h 的加热率对测试单元加热 抗拉强度实验前的每个温度均维 持5 4 0 s 当为持每个高温条件时 移动部分固定并 的钩了被移动 并且通过电动 机将移动部分单元拉开 通过测力传感器和差动变压器分别测定拉伸载荷和移动部 分的位移 从撮大拉仲载荷和粉尘床唾直方向的横截面计算每种粉尘床的抗拉强 度 为了讨论枯附力增力 的机理 使用热力学分析 t m a 在上升和维持1 0 2 3 或 1 1 2 3 k 的温度条件下 测试每种粉尘床样本的收缩牢 通过分析每种粉尘床样本由 时阳j 决定的收缩率 估计粘附强度的增加机理 商温电流计的设计图及其技术参数 遗 c 7 尸4 幽l2 高温也漉计构设 l 及技术特阽幽 娃计足垫十用j 测定玻璃熔化物流变学性质的利 度计的腺理 它代替了 p t r h 8 0 2 0 f 约圃丰j 形测量装胃圈 原因足发现它不适于粉尘的初步实验 带有旁侧 3 翥 华j 七电力大学硕士学位论文 突出针的不锈钢搅拌装置在第一步中被使用 理想情况下 材料的连续供给保证了测量单元和试样材料的永久接触 最初的 实物测量是搅拌器的扭矩 它是由于在低层的颗粒和粒子团分别的重新定位和位移 引起的 以此它直接与粘附特性楣冲突 由于搅拌材料使用的结果 这些实验最大 的实验温度被限制在7 0 0 以下 实验的焦点几种在粘性粉尘 带有粘附性的粉尘相似予液体和固体桥 出于这 个基的 模型粉尘 表1 被使用 它们用来给出高温过滤分质在临界条件下性能 的特性n 引 粉尘被松散的添加到坩埚里 没有经过任何的压缩 这导致体积孔隙率 大约在5 5 5 6 所有的测试均在大气压力下以重0 转 分的恒定速度下进行 加 热率在2 k m i n 表1 1 4 软化温度 瘵祝蘑捌 2 小时 假定排除粘结 由于模型粉尘的不同颗粒大小和形状可以期望获得一个清晰的 扭矩影响 在低温下适宜的粘附力是在盐的情况下通过长距离的静电影像力达到近 距离的范德瓦耳斯力重叠 对于球状颗粒 范德瓦耳颊力大约与粒子半径r 成正 比 同时静电影像力和1 r 2 成正比n7 1 然而粉尘颗粒大小对粘附性的影响很少被用 筒单的式子来表述 粘附力依靠粒子间的距离 接触瑟积 因此也与表面粗糙度 粒子形状和材料有关 例如粒子形状的影响十分依靠接触面积 对于理想的粒子形 状 球形颗粒的粘附力最小而立方体颗粒的粘附力最大 但是 一旦粒子形状南于 表面粗糙度的影响变 导无规则或是由于粘附了小的颗粒 有效接触面积和随之而来 的粘附力被降低了n 羽 然而在电流计系统使用中 粘附力将要被粒子和搅拌器以及 粒子闻所产生的两种摩擦力所重叠 但是摩擦力同样依靠粘附力 因此同样依靠表 面粗糙度 粒予形状和材料的影响侧恻 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章粉尘粘附性测定装置及各种粉尘颗粒粘附性值 粉尘的粘附力从微观上可以分为三种类型 不包括化学粘合力 分子力 范 德瓦尔斯力 毛细粘附力 静电力 库仑力 刳 1 分子力即分子间的吸引力 这种力与两分子之间的距离有关 在几个分子 直径的距离之内 这种力的作用很显著 随着分子间距离的增大而迅速下降 当距 离大于l o n m 时 可以忽略不计 由于分子力的作用 尘粒从环境中吸收液体分子 在烟尘中 这一层为水分子 层 吸收的量取决于周围环境的空气压力 温度及相对湿度 在粉料表面形成液体 分子层能够使粘附力增加 缩小粉粒间的距离 增加接触面积 当两粘附体之间的 距离增加时 分子力急剧降低 2 静电力由于各种原因 粉料颗粒会带一定的电荷 当两个带有异性电荷的 尘粒相互接近时 便产生一种静电力 这种力客观上起着一种 粘附 作用 因而 被视为一种粘附力 如果相邻带电粒子的空气介质湿度较大 则静电力作用就会显 著减弱或完全消失 一般情况下 静电力比分子力要小很多 除非是在高压电场作 用下 1 3 毛细粘附力当气体介质的湿度达到一定程度时 在粒子表面开始凝结一层 液膜 液体分子与固体分子相互作用 使液膜附着在粒子或器壁上 当两粒子表面 之间或粒子与器壁表面之间的液膜相互接触时 液体的表面张力就会形成 液桥 将两粘附体 拉 在一起 这种靠液膜的表面张力产生的粘附力 称为毛细管粘附 力 简称毛细力 与库仑力相比 毛细粘附力的作用和影响更大h 们 飞灰的粘附力不包括化学粘附力 目前国内外尚无测定飞灰粘附力的定型产 品 给飞灰粘附性的研究造成了困难 下面是本实验过程中根据国家对粉尘粘结性的测定标准 在垂直拉断法的原理 上设计了三套实验装备n 引 其中磁力激振粘附力测量装置只给出了基本的设计思 路 其他两套设备已经完成了加工制造 并用于实际测定 2 1 磁力激振粘附力测量装置装置 以下是磁力激振粘附力测量装置的设计图以及其各个部件的选择说明 本设计 的特点是测量装置的传感器后可以直接接放大电路 将微弱的信号放大后输出 用 电子手段来记录实验数值 数值可以用电脑来处理 这会使得测量数据的统计与比 较更加快捷准确 华北电力大学硕士学位论文 图2 1 磁力激振粘附力测量装置装置 2 1 1 压力传感器的选择 压力传感器大致可以分为压电式传感器和压阻式传感器 基于本课题的实验所 需 主要考虑传感器的灵敏度 2 1 1 2 2 1 1 2 钔 2 1 1 1 压电式传感器 银电极 图2 2 压电式传感器 压电效应是压电传感器的主要工作原理 压电式传感器的灵敏度定义为电输出 值与及写输入值之比 是压电元件d i j 和电阻率r 等3 个参数的函数 期中每个参 数都与温度有关 压电式传感器要求负载电阻r l 必须有很大的数值 才能使测量误差小到一定 数值以内 因此常在压电式传感器输出端后面先接入一个高输入阻抗的前置放大 6 华北电力大学硕士学位论文 器 然后再接一般的放大电路及其它电路 压电式传感器的测量电路关键在予高阻 抗的前置放大器 前置放大器有两个作用 一是将压电式传感器的微弱信号放大 五是将传感器 高阻抗输崮变换力低阻抗输出 q r a 传感器的绝缘电阻 c a 传感器内部电容 c o 电缆电容 c i 前置放大器输入电容 两极板闻电压位 图2 3 匿电式传感器的等效电路 q 一 图2 5 u 尘 c 套 一极板为聚集正电荷 另一极板聚集负电荷 两种电荷量相等 两极板间聚集 7 华北电力大学硕士学位论文 电荷 中间为绝缘体 使他成为一个电容器 电容量为 c a 堕 垒生 2 1 hh s g h o 极板面积 介质介电常数 压电片厚度 空气介电常数 8 8 6 x 1 0 f c m 压电材料的相对介电常数 随材料不同丽变 雩l 线 图2 6 电阻应变片的典烈结构 压电传感器不麓用于静态测量 因为经过外力作用霜的电荷 只有在回路具有 无限大的输入阻抗时才得到保存 实际的情况不是这样的 所以这决定了压电传感 器只能够测量动态的应力 2 1 2 电阻式传感器 电阻式传感器基本原理是将被测鼍 电量转换成电阻值 最后通过对电阻值的测 量来达到测量非电量的目的 电阻一应变特性 r j d 三 2 2 8 华北电力大学硕士学位论文 r 金属丝电阻 p 金属丝的电阻率 l 金属丝的长度 s 金属丝的截面积 以忽略不计 半导体电阻的变化率主要是由 p p 一项引起的 这就是压阻式 传感器的基本工作原理 在引进横向变形的关系 则上式可写成 箐 印 了a 2 了a 一翘 1 2 弦一 1 2 肛 e 七 2 3 k a e 1 2 弘 是灵敏度系数 a p p t p 石 压阻系数 p 应力 对金属来说 翘有时可忽略不计 而泊松系数弘 0 2 5 0 5 故近似有 k 一1 2 j c l 1 2 对半导体来讲1 2 肛可以忽略不计 而 万一 4 0 x 1 0 1 1 8 0 x 1 0 1 1 所2 i v 弹性模量e 1 6 7 x 1 0 1 1 n m2 故k 一a e 5 0 1 0 0 可 见 k m m5 0 k 一1 0 0 k 此式表示 压阻式传感器的灵敏度系数要比金属应变片系数 大5 0 倍 1 0 0 倍 有时压阻式传感器的输出不需要放大就可直接用于测量 这说明 压阻式传感器的灵敏度非常高 压阻式传感器除了灵敏度高外还具有以下优点 分辨力高 压阻式传感器测 量压力时对 1 2 m m h 2 0 的微压也能反应 频率相应高 由于扩散型压式传 感器是用集成电路工艺制成的 测量压力时有效面积可做的很小 有时可做到有效 面积的直径仅有零点几毫米 这种传感器可用来测量几十千赫的脉动压力 所以频 率响应很高 测量加速度的压阻式传感器如恰当地选择尺寸与阻尼系数 可用来 测量低频率加速度与直线加速度 压阻式传感器是用半导体材料制成 半导体材料对温度很敏感 因此压阻式传 感器的温度误差较大 这是压阻式传感器的最大缺点 所以压阻式传感器必须具有 温度补偿或是在恒温条件下使用 否则其用途会受到限制 9 华北电力大学硕士学位论文 图2 7 体型半导体应变计 铝或金电 硅衬底 图2 8 扩散型半导体应变计的结构 2 1 2 振子的设计 图2 9 采用装置用放大器的接口电路 转子偏心质量激振下系统的响应 2 5 m 6 m 2 8 1 方程的建立及其解 1 0 华北电力大学硕士学位论文 旋转机械设备 如电机 离心泵 汽轮机等的转动部件 通常称为转子 由于 转子的偏心质量而引起振动的现象是很普遍的 当转子有偏心距为e 的偏心质量m 则可以建立下图所示的动力学模型 x 图2 1 0 讨论在x 方向的强迫振动问题 设电机质量为m 电机转速为n r p m 系 统的弹簧刚度为k 阻尼为c 转子的旋转角速度为甜一等石 故产生的离心惯性 o i 力为f o m e 0 3 2 若以静平衡位置为原点建立坐标x 设偏心质量在水平位置为起始位 置 则f 0 在x 方向上投影即为垂直激振力 f d s i n a t m e 0 2s i n c o t 2 4 微分方程位 尬 a h m e w 2 s m 耐或z 一搬 2 z 一竺笋s i n 耐 2 5 讨论稳态特解得 z f 一b s i n t o t 一妒 式中 丑一鲁 厄 而丽 m er 2 l 一 r m 1 一r2 2 争 2 妒呱1 螽 t g l h 2 喜r 2 幅频响应曲线及蓑频响应曲线 将上式改写为 一 m e 4 1 一厂2 2 争 2 2 6 2 7 华北电力大学硕士学位论文 以r 为横坐标 丝为纵坐标 与振幅成正比 亦可根据不同宇值得出一组曲线 打e 即幅频响应曲线 如下图所示 2 1 3 激振器的选择 1 02 o3 04 05 0 图2 1 1 频响应曲线 激振器可按用途 结构形式 干扰力类型 产生干扰力原理等方面进行分类乜引 一般从产生干扰力原理来分 有下列几类 1 机械式 2 磁力机械式 3 电 动式 4 电磁式 5 磁致伸缩式 f i 电致伸缩式 压电式 7 液压式 8 电液式 9 磁液式 1 0 磁液动力式 根据各种激振器的不同特点本装置选择 压电式激振器较好 其基本原理是 由于一些晶体如钛酸钡 锆钛酸铅等 不仅具 有受到外力时表面上产生电荷的压电效应 而且在受到外电场作用时 可使原子发 生位移 从而使晶体产生应力及机械性变形 这种电致伸缩效应称为逆压电效应 利用逆压电效应 可以将压电材料制成振荡器 超声波换能器等 在用作激振器时 通常将压电晶体片粘贴在被激物体表面 在晶体极化面上施 加电压 压电片即带动被激物体产生运动 压电激振器的激振力受压电片大小与压电转换常熟的限制 一般都很小 只适 宜于小型 薄壁的场合 在没有合适的压电片时 也可以用压电式加速度传感器逆使用 即使加交变电 压与其输出端 装置在被激物上的传感器即带动被激物一起运动 在压电激振时 应充分估计压电片 或压电传感器 粘贴于被激物上引起的附 加质量和附加刚度所产生的影响 华北电力大学硕士学位论文 2 2 套筒式粘附力测量装置 实验开始阶段使用的是双套筒式粘附力测量装置 其中包括 t g 6 2 8 a 型分析 天平一台 中2 3 中3 0 m 3 6 不锈钢上下料筒各一对 其中m 3 0 中3 6 上料筒长 7 0 c m 下料筒长5 0 c m m2 3 上料筒长4 6 c m 下料简长6 2 c m 上下料筒内外壁均需 光滑 接口处要尤其磨制平滑 并且严密吻合 一个有弹性的内壁光滑的铁皮圆筒 长度稍高于下料筒 要能够裹紧上下料筒 锥形底座一个 其锥底半径小于料筒半 径 自制托盘一个 首先将t g 一3 2 8 b 型分析天平进行改装 去掉所有两边托盘和阻 尼装置 保留调平横梁 实验时先将天平两端进行调平 具体如下图所示 俪 一s h j 嶝 2 3 i t 一1 一一一口c t 一一一 il i 腻i 飞灰粘附力测定装置 l 一上搴 撩2 专其 二支意 3 下誊喜撩 唾一底渣5 一滴管鬻l 袋求嚣 8 拜璐 阁2 一董3 支柱式粘舔力测量装置 测定装置分为两部分 左侧为试样区 右侧为称量区 其中左侧包括 1 上料 筒 2 卡具 3 下料篱和4 底座 右侧包括 5 滴管和盛承器以及6 环码 图2 一l 毒支柱式粘附力测耋装置卡具的设计 1 4 广 k 华北电力大学硕士学位论文 测定时的气象条t 件 r 粘附力 m g c m 2 平均粘附力 m g c m 2 标准误差 仃 2 5 3 0 8 9 9 1 9 9 3 1 5 8 3 1 2 5 9 1 9 7 1 7 1 9 8 7 9 l 5 1 6 8 0 7 6 4 4 8 6 2 3 3 0 8 2 9 0 4 5 7 6 1 3 5 5 6 7 3 1 8 2 2 8 5 9 2 1 0 1 4 1 4 2 6 1 2 1 1 1 2 3 1 5 华北电力大学硕士学位论文 第三章粉尘粘附性测定标准及实验装置的优化设计 3 1 粉尘粘附性测定标准 以下是国家标准对粉尘粘附性测量标准的规定 粘结性的测定垂直拉断法g b t1 6 9 1 3 9 1 9 9 7 n o r m a lp u l1r i f tm e t h o d 3 1 1 范围 本标准规定了测定粉尘粘结性的一种试验方法一垂直拉断法 本标准适用于粉尘粘结性的测定 3 1 2 引用标准 下列标准所包含的条文 通过在本标准中引用而构成为本标准的条文 本标准 出版时 所示版本均为有效 所有标准都会被修订 使用本标准的各方应探讨使用 下列标准最新版本的可能性 g b t1 6 9 1 3 卜1 9 9 7 粉尘物性试验方法第l 部分 试验尘样的采集 g b t1 6 9 1 3 2 1 9 9 7 粉尘物性试验方法第2 部分 有效密度的测定比重瓶法 g b t1 6 9 1 3 3 1 9 9 7 粉尘物性试验方法第3 部分 堆积密度的测定自然堆积法 3 1 3 定义 本标准采用下列定义及g b t1 6 9 1 3 1 g b t1 6 9 1 3 2 和g b t1 6 9 1 3 3 中定义 3 1 3 1 粉尘充填率p a c k i n gf r a c t i o no f d u s t 容器中的粉尘表观密度和其有效密度之比率 3 1 3 2 粉尘粘结性c o h e s i o no fd u s t 粉尘的自粘性 即尘粒间的相互作用 3 1 4 原理 粉尘装入可分套筒样品盒 震动充填致密 然后 在粘度天平上垂直拉断粉尘样品 测得的粉尘样品垂直拉断强度 表征粉尘的粘结性 1 6 华北电力大学硕士学位论文 3 1 5 设备 3 1 5 18 0 目标准筛 电热千燥箱等实验室常规设备 3 1 5 2 可分套筒样品盒 参见图1 即内径都为2 c m 的可垂直上挂的轻质上套简 带底盘的上沿与上套筒下沿平齐配合的下套筒 由夹具夹紧成一体的装粉尘样品的 筒状盒 上套筒高2 4 c m 下套筒探2 2c m 3 1 5 3 震动器即可使样品盒中粉尘震动充填致密的装置 3 1 5 4 粉尘粘度天平即一台按图1 规定可由类似t g 6 2 8 a 型天平改装的粉尘样品 垂直拉断测力装置 应水平放置在试验台上 t 番询 臭乓 f 翟焉 可调交絮 桔援天平 两 i c 蕾 格水翻 叠j l i c 麓 图3 1 3 1 5 5 分析天平 最大称量2 0 0 9 感量0 1 m g 精度3 级 3 1 5 6 i 6 0 m m x 3 0 m m 称量杯 尘样刮片 毛刷 3 1 6 测定步骤 3 1 6 1 试验尘样的采集应符合g b t1 6 9 1 3 1 的规定 登记粉尘采样工况 3 1 6 2 尘样在1 0 5 c 下干燥4 h 放置室内自然冷却后通过8 0 目标准筛除去杂物 准备测定 注对于在小于等于1 0 5 c 时就会发生化学反应或熔化 升华的粉尘 干操温度须 相应降低 3 1 6 3 夹紧可分套筒样品盒 置于称量杯内 空盒和称量杯称重记录 称量杯称 自重 记录 3 1 6 4 样品盒置于震动器 待测粉尘注人样品盒 震动充填致密 然后取出该样 品盒 用刮片刮平上端粉尘 且用毛刷将周边沾尘清扫干净 放人称量杯 样盒和 称量杯称重记录 3 1 6 5 尘样充填率按式 1 计算 1 7 华北电力大学硕士学位论文 占 鱼 j d p v 3 1 式中 占一尘样充填率 g 一样盒和称量杯质量 g g o 一空盒和称量杯质量 g v 一样品盒容积 c m 3 俳一粉尘有效密度 g e m 3 3 1 6 6 调整粘度天平于零位 将样品盒放在粘度天平的可调支架上 调节支架使 样品盒上套筒垂直上挂接触天平左臂挂钩而不使其受力 然后轻轻松开固定样品盒 上下筒的夹具 不让其有任何错动 待测 3 1 6 7 将轻质盛水筒放在粘度天平右臂挂盘上 用注水器通过滴水管往筒内慢慢 滴水 同时观察天平指针 觉察天平指针左偏跳即停止注水 此时尘样已被垂直拉 断 3 1 6 8 将有半截尘样的上套简从天平上轻轻取下 连筒带尘全部放入称量杯 3 1 6 9 盛水简称重记录 上样简和称量杯称重记录 3 1 6 1 0 粉尘样品垂直拉断强度 即粉尘的粘结性按式 2 计算 p f f i 兰二g 跬 鱼 3 2 a 式中 p 一粉尘样品垂直拉断强度 g c m 2 w 一盛水简量 g g s 上一上样筒和称量杯质量 g g 一称量质量 g a 一尘样截面积 c m 2 3 1 6 1 1 应连续测定3 5 次 求出算术平均值p c p 和均方差 屯 1 n p i 3 3 d 一 1 n 一足 2 3 4 式中 l r 华北电力大学硕士学位论文 n 试验次数 p 粉尘样品垂直拉断强度的测定值 舍弃偏离算术平均值3 1 9 的测定值 取所余测定值的算术平均值为测定结果 3 1 7 测定报告 a 报告委托单位 粉尘名称和来源 b 报告测定日期 测定人员 测定方法及设备名称和编号 c 报告测定环境气候j 尘样充填率和相应的粉尘样品垂直拉断强度 即粉尘的粘结 性 3 2 粘附力测量装置各参数的优化设计 3 2 1 双套筒式粘附力测定装置 以下是用双套筒式粘附力测量装置测定粘附力的测量步骤 1 分别用8 0 目 1 2 0 目 1 4 0 目 2 0 0 目和3 2 0 目筛将待测灰样进行分级 分别 测定各粒径段灰样的粘附力 2 尘样在1 0 5 下干燥4 h 放置室内自然冷却后准备测定 3 记录测量的温度与湿度 4 调整天平零点 使天平处于平衡位置 5 调整底座与挂钩处于垂直位置 6 使用双套筒式测量装置时应当使外层套筒裹紧上下料筒 不让其活动 7 将适量的待测灰样放入上下料筒内 分别用2 3 6 x1 0 3 p a 和7 0 8 x1 0 3 p a 砝码 压实3 分钟 使灰样填实 8 使用双套筒时应当用锥体慢慢将下料筒项起 注意一定要慢 要轻 9 打开天平 向盛水容器中慢慢滴水 直至上下料筒分离瞬间 迅速用电子天 平称量容器和水的重量g 以及上料筒和灰的重量6 下面是用双套筒式粘附力测量装置测定的4 8 朋以下的准格尔煤灰的粘附力 值 压实时间 3 分钟 不锈钢管直径 p 3 0 截面积s 7 0 7 c m 2 上料筒高度 4 8 m m 6 9 m m 下料筒高度 5 0 m m 表3 1 1 9 温度 2 0 c 相对湿度 1 6 华北电力大学硕士学位论文 由上面的表可以看出双套筒式粘附力测量装置对准格尔煤灰粘附力的测定数 值存在较大偏差 分析原因可能是锥体顶起下料筒 使下料筒离开外层套筒时 外 层套篱使得上下料筒发生轻微移动 这样测量的数值就会存在较大的不同 在重复 多次后发现一直存在较大的偏差 即使用非常轻微的力也会使得测量值相差非常明 显 在经过慎重考虑决定放弃双套篱式粘附力测量装置 重新设计选用其他类型的 装置器进行实验 3 2 2 支柱式粘附力测定装置 支柱式粘附力测定装置的使用方法与双套筒式粘附力测定装置的使用方法基本 相同 只不过将 8 步改为 7 一将上下料筒放在底盘上 调节2 卡具的三个圆柱型 杆使上下料筒处于稍稍卡紧的状态 8 一轻轻用天平上的挂钩钩住上料筒的挂钩 注意操作时一定要轻 千万不要触动上下料篱接霉处 3 2 3 支柱式粘附力测量装置参数的优化设计 3 2 3 1 压力的影响 以下是不同压强 不同管径和不同质量时 4 8 胛以下的准格尔煤灰拉断面的 影峨实验 压实时间 3 分钟 不锈钢管直径 垂3 0 截面积s 7 0 7 c m 上料筒高度 4 8 r a m 如 华北电力大学硕士学位论文 6 9 m m 下料筒高度 5 0 m m 压强为 0 6 1 9 1 0 3 p a 1 0 1 4 1 0 3 p a 1 4 0 1x1 0 3 p a 1 7 9 7 x1 0 3 p a 1 9 8 2x1 0 3 p a 2 1 8x1 0 3 p a 和7 0 8 1 0 3 p a 压强一质量对拉断面的影响 表3 2 温度 1 8 5 c 相对湿度 1 6 强 p a 灰层高度 m m 灰的质量 g 密度 g c m 3 现象 1 1 i 一 0 6 1 9 1 0 3 p a 6 24 0 0 9 1 没有拉断面 1 0 1 4 1 0 3 p a 1 4 0 1x1 0 3 p a 1 7 9 7 x1 0 3 p a 7 0 8 1 0 3 p a 5 9 5 7 5 4 4 7 4 0 4 0 4 0 4 0 o 9 6 0 9 9 1 0 5 1 2 0 没有拉断面 没有拉断面 没有拉断面 没有拉断面 墨堡 兰 垄星壹鏖 里竺 壅塑堕量 盟童鏖型 竺 婴墨 一 0 6 1 9 1 0 3 p a 1 0 1 4 x1 0 3 p a 1 2 1 2 x1 0 3 p a 1 4 0 1x1 0 3 p a 1 7 9 7x1 0 3 p a 1 9 8 2x1 0 3 p a 2 1 8 x1 0 3 p a 7 0 8x1 0 3 p a 7 5 7 3 7 2 5 7 0 6 9 5 6 9 6 8 5 6 3 5 没有断面 没有断面 有凹凸不平断面 有凹凸不平断面 有凹凸不平断面 断面较平 断面较平 断面平整 1 4 0 1x1 0 3 p a 1 5 9 6 x1 0 3 p a 1 7 9 7 1 0 3 p a 1 9 8 2x1 0 3 p a 2 1 8 1 0 3 p a 8 7 8 4 5 8 4 8 3 8 2 5 0 9 8 1 0 0 1 0 l 1 0 2 1 0 3 没有断面 有凹凸不平断面 有凹凸不平断面 断面较平 断面较平 7 0 8 x1 0 3 p a 7 3 56 01 1 5 断面平整 2 l 舛 卯 兜 仉 陀 n o o o 1 1 1 1 1 如 如 如 如 如 如 如 华北电力大学硕士学位论文 表3 4 温度 1 8 5 c 相对湿度 1 6 压实时间 3 分钟 不锈钢管直径 m 3 6 截面积s 1 0 1 8 c m 2 上料筒高度 7 0 m m 下料筒高度 5 0 m m 表3 5 温度 1 7 1 2 相对湿度 3 6 0 8 8 1 0 3 p a 没有断面 华北电力大学硕士学位论文 1 2 0 0 1 0 3 p a 1 4 0 1 1 0 3 p a 1 5 9 6x1 0 3 p a 8 2 8 0 7 8 8 0 8 0 8 0 0 9 6 o 9 8 1 0 0 有凹凸不平断面 有凹凸不平断面 有凹凸不平断面 1 7 9 7 1 0 3 p a7 6 58 0 1 0 3 断面较平 压实时间 3 分钟 不锈钢管直径 衄 下料筒高度 4 6m i l l 表3 9 m 2 3 截面积s 4 1 5 c m 2 上料筒高度 6 2 5 温度 1 7 相对湿度 2 7 压强 p a 灰层高度 m m 灰的质量 g 密度 g c i i l 3 现象 0 0 1 1 0 x1 0 3 p a 0 0 2 5 9 1 0 3 p a 6 1 5 92 0 0 7 9 0 8 2 没有断面 有凹凸不平断面 0 0 6 9 3 1 0 3 p a5 32 00 9 1 断面平整 表3 1 0 温度 1 7 1 2 相对湿度 2 7 从上面的实验中可以发现质量一定时随着压力的增大 灰样的拉断面经历了从 没有到凹凸不平直至到最后的非常平整 压力一定时 随着质量的改变 拉断面经 华北电力大学硕士学位论文 历了与质量一定压力的增大时同样的状况 在中3 0 的管径管径中 4 0 9 的灰样在密度 达到1 2 0g e m 3 情况下依然没有平整断面 主要原因是4 0 9 灰样对于m 3 0 管径来说略 显不够 经7 0 8 1 0 3 p a 压实3 分钟后上料筒内的灰已经很少了 这样导致上料筒灰 的重力大于灰与上料筒内壁的摩擦力 这样灰样就从上料筒中滑出 这对粘附力的 测定是不行的 所以用中3 0 管径测定粘附力时选择的灰样质量都要大于4 0 9 3 2 3 2 管径的影响 在湿度一定的条件下 分别用中2 3 m 3 0 和 3 6 的管径测定准格尔煤灰的粘 附力 进而得到管径对通过粘附力的影响 以下是7 0 8 1 0 3 p a 压强下使用支柱式 粘附力测量装置 在改变湿度时测定的4 8 朋以下的准格尔煤灰的粘附力 表3 1 l管径 m 3 0 温度 1 8 5 c 室内相对湿度 5 5 华北电力大学硕士学位论文 从以上数据来看 m 2 3 5 的数据要好比其它两个管径的数据稳定 数值间偏差 不是很大 3 2 3 3 拉断部分的设计 不论对于何种实验装置 拉断部分的设计都是至关重要的 拉断部分是否合适 将直接影响实验数据的正确与否 本实验在开始前先后进行了多次实验 下面是各 种方法的优点和不足 挂钩法 可以给上料筒焊接一个提手 但是由于料筒壁太薄 导致焊接时料筒 极易被烧穿 所以放弃该法 另外可以将上料筒上端打通对称的两个小孔 用弹性 较好又容易弯曲定型的材料做一个提手 此外还可以用胶水粘帖一个提手 本实验 采用的是焊锡丝作为提手材料 对于拉钩长度的要求是十分严格的 在天平没有打 开时 将料筒挂上挂钩时料筒不能被拉动 打开天平时 随着加入的水量增加 拉 钩要垂直地将上 下料筒拉开 为了保证垂直拉断 可以将上料筒上端以间隔1 2 0 粘帖3 段等长的焊锡丝 这样三段长度构成正三棱锥形 在拉断时可将拉力均匀的 分散给三条棱 防止拉偏 另外不论俩条互为1 8 0 的提手 还是互为1 2 0 的提手 一定要将提手的中心于料筒中心放在一条直线上 这是垂直拉断的重要保证 华北电力