论文总字数：26943字

摘 要

：当今社会，能源问题始终是发展的掣肘，而我国的主要能源依然是煤。为了解决煤利用工程中污染严重、效率低下的问题，我国积极发展大规模高效煤气化技术，其关键问题之一是煤粉的加压入炉进料技术。所以作为整个输送系统重要部件的发送罐的安全稳定运行对整个煤气化工艺系统有至关重要的作用。

近年来，静电的危害也越来越突出，虽然人们对静电的研究已经不少，但是关于料仓内粉体静电对料仓输送稳定性的研究还少有人涉及，对其产生的机理和控制方法还没有完全掌握，也没有形成被普遍认可的较完善的理论，因此需要更深一步的理论和试验研究。

本文将在实验基础上对粉体静电对料仓输送稳定性的影响作出研究，实验部分在常压上出料式发送罐气力输送试验系统实验台上进行.在实验台上进行了玻璃珠和生物质的静电特性实验。在改变物料粒径、流化风量、取样高度等参数的情况下，采集物料经流化后的静电量数据，再测量与料仓输送特性相应数据，分析粉体静电对料仓输送稳定性的影响。

最终本文将会得出发送罐内粉体静电的影响因素及规律，在此基础上分析其对料仓输送特性如输送稳定性和固气比的影响。

关键词：料仓；粉体物料；静电；输送；稳定性

Effect of powder static electric on conveying stability at hopper

03011108 Bu Huanhuan

Supervised by Liang Cai

Abstract：Nowadays ,the lack of energy keeps holding back the industrial development while the key resource of our country is still coal. To solve the problem of pollution and low efficiency, our country is actively developing large-scale coal gasification technology, one of the key of which is pressurized feeding technology. So as one of the most important components of high-pressure conveying system, the characteristics of blow tanks are of great importance to the whole system.

In recent years, the electrostatic hazard is getting more and more evident. Although there have already been many studies on statics, there is less study on characteristics of the transmission stability of the stock bin under ponder’s statics, and we don’t know the mechanism of generation and control method about it ,also have not completely accepted theory. Therefore, it is necessary to improve theoretical and experimental research on the subject.

The experiment of this article is taking on atmospheric pressure top discharge blow tanks pneumatic conveying system experiment rig. Using glass beads and biomass to take experiment of static electricity. We will gather electrostatic data of powder material after fluidifying with changing particle size, fluidization velocity and the height of sample, and then analyze data about the stability of stock bin and clarify the link between them.

Finally, we will get the influence factors and rules on the characteristics of transmission stability of stock bin under ponder’s statics.

Key words: stock bin; powder material; static electricity; conveying; stability

目 录

摘要 I

Abstract II

1、 绪论 1

1.1 课题的研究背景和意义 1

1.2 静电学基础知识简介 2

1.2.1 静电学历史及概述 2

1.2.2 流化床静电研究现状 3

1.3 料仓输送稳定性的研究 5

1.3.1 煤粉供料输送系统及研究情况 5

1.3.2 料仓输送特性的研究 6

1.4 本章小结 6

2、 实验装置和物料特性 7

2.1 实验装置 7

2.1.1 常压上出料式发送罐 8

2.1.2 供气系统 8

2.1.3 静电测量系统 9

2.2 物料特性 10

2.3 实验流程 11

2.3.1 流化后测静电 11

2.3.2 流化后输送 11

2.4 本章小结 11

3、 粉体静电与输送特性研究 12

3.1 料仓内粉体静电特性的影响因素 12

3.1.1 流化风速的影响 12

3.1.2 物料种类的影响 13

3.2 料仓的输送特性 14

3.2.1 输送特性的研究概况 14

3.2.2 固气比的影响因素 14

3.2.3 静电量对固气比的影响 14

3.3 料仓输送稳定性 16

3.3.1 料仓输送稳定性的判定方法 16

3.3.2 料仓输送稳定性的影响因素 16

3.3.3 静电量对输送稳定性的影响 17

3.4 本章小结 18

4、 结论与展望 20

4.1 结论 20

4.2 展望 20

致 谢 22

参考文献 23

粉体静电对输送稳定性的研究

1、 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

现代社会，工业发展越发迅速，能源的重要性随之越来越突出。而能源结构的变化也成为我们不得不予以重视的领域。自从英国18世纪60年代的工业革命之后，世界能源的主要构成就从木柴变为煤炭；之后的近一百年来，世界的煤炭产量一直处于上升趋势，其占世界能源构成的比重也越来越大。但19世纪二十年代，世界能源构成又发生了巨大的变化：石油和天然气取代了煤炭成为世界能源的主要构成。接下来，石油和天然气的构成比例稳步上升，而煤炭在世界能源构成上的优势再不复昔日的明显。在此环境下，我国的一次能源消耗量也迅速攀升，石油消耗量稳步增大，且随着经济的发展，我国对石油的需求量越来越大，但针对我国国情来说，我国的油气资源始终比较匮乏，煤炭资源相对丰富，短期内我国能源构成不会出现以油、气为主的情况。

近年来，我国对国际石油市场的依存度也越来越高：2003年，我国第一次超过日本，成为世界第二大原油进口国。预计，今后我国石油资源的对外依存度也不会降低，必将持续超过50％。但鉴于我国煤炭为主，石油主要靠进口的国情，未来几十年内，煤炭在我国的能源结构中仍会占主体，是我国最重要和最可靠安全的能源。而我国对煤炭资源的利用方式一直以直接燃烧为主，由此可能产生大量粉尘、SO₂甚至引发酸雨等严重的环境污染问题，这已成为严重制约我国经济的可持续健康发展、影响我国人民生活质量的重要因素问题，必须得到有效解决。为解决上述的严重问题，我国现在采取的主要途径是“以煤代油，以煤制油”，其中高效大规模的煤气化技术是龙头。目前，有关煤的气化的目标是提高气流床的气化技术，这就需要它可以达到单系列和大型化两个要求，因为这两个特点也位于现代工业高速发展的重要标志之列。因此，煤的气化需要满足更多更高的要求，即要争取做到高效且大规模。气流床混合剧烈、高压、高温的现有特点已经帮助它达到高效率、大规模和高能力的要求，所以它现在也已经被很多与食品、制药及发电等相关的行业广泛地应用。其中，作为整个煤粉供料及输送系统的重要组成部件的发送罐，其发料特性和输送稳定性会直接影响到气化炉的气化工艺指标和安全稳定运行。发送罐出料方式有两种类型：上出料式和下出料式，这两种类型的发送罐气力输送系统在工业中都得到广泛的应用。其中，关于下出料式发送罐的研究已经比较充分，因此本文的研究是针对下出料式发送罐的。

在粉体的输送过程中，由于粉体颗粒、发送罐壁面互相之间接触、碰撞、摩擦和分离等过程较多，所以很容易导致静电。静电的危害有很多，其电荷积累会使粉体结片，从而有较大粘性，导致其难以流动，形成沟流、死区，甚至出现火花放电和爆炸等现象，对粉体的输送性能有很大的不利影响。目前，一些电阻率很高易积累静电的材料如塑料、橡胶等的广泛应用，使得静电能积累到很高的程度，因此静电危害已经对不少行业安全生产造成了严重威胁。对料仓来说，静电可以通过增大物料与仓壁间的粘着力使粉体料仓结拱、架桥，严重威胁到料仓的安全稳定运行。

目前为止，关于气力输送系统和静电现象方面的课题已经被普遍研究。但是，人们对出料罐内粉体静电特性研究较少，对其产生的机理及控制方法还未完全掌握，至今没有形成完善的理论，还需要更深一步的理论和实验研究。

本次毕业设计针对料仓内的气力输送系统进行了相关实验研究，通过改变粉体种类、粒径，流化风速和取样高度等实验参数和物料特性，研究料仓内粉体在不同实验工况下经过流化后的静电特性的影响因素及其变化规律，在分析了料仓内物料粉体的静电特性受不同参数的影响规律后，本文介绍了料仓输送固气比及输送稳定性CV等的定义、计算方法及意义，对料仓内粉体的静电特性对料仓输送固气比与输送稳定性影响的特性进行了实验研究与理论分析。

1.2 静电学基础知识简介

1.2.1 静电学历史及概述

静电是物体之间由于接触、摩擦产生的很常见的现象，人类对电现象的最早的认知就是静电。早在公元前,人们就发现了唬拍能吸引小物体。16世纪,人静电现象开始被较系统地实验研究, 17世纪关于它的研究达到鼎峰。19世纪伏打发明电堆,获得电流之后,对动电的研究终于被大众关注。之后的一百多年里,人们依然更加重视动电学，对静电学相对比较忽视。所幸,近几十年来,由于大量高分子绝缘新材料的涌现,静电学再次为人们所关注,其应用也日趋宽泛。因此，对于物理学来说，静电学算是一个古老却又重新焕发活力的重要分支学科。

20世纪20年代，静电学的应用非常广泛，其给人们带来了很多便利，但是,事物都有两面性：随着工业飞速发展和高分子材料的大量推广，静电的危害渐渐明显。因静电产生火花后导致的爆炸等恶性事故造成了重大经济及安全损失。我国对静电的研究工作在上世纪70、80年代虽然开始变得系统深入，但是仍然存在很多不足。为了避免由于静电带来的不利影响，减少因为静电带来的损失，有关静电以及其对粉体输送特性的影响方面的研究可以说是迫在眉睫。

静电产生的机理较为基础：在自然状态下，物质的原子核中正电荷数与负电荷数是平衡相等的。但当进行某些操作，如物质之间的反复接触摩擦等，都可以使物体带电，这是通过使原子核中的正、负转移或者分离。对于静电产生机理，目前有两种分类：接触带电和摩擦起电。

静电测量是利用相应的测量装置测量有关静电的物理参数，常被测量的主要参数有电位、电荷、电位差和电流等。静电测量的主要方法有法拉第筒法，静电探头法、感应贴片法等。其中最常用的两种方法分别为法拉第筒法与静电探头法。静电探头可用于确定产生的静电压或静电流。法拉第筒法则常被用于粉体平均带电水平的测量中，它是根据静电感应原理测量物质上所带静电荷的一种装置，一般用于直接测量颗粒表面的电荷积累量的场合。法拉第筒法更为常用，本次毕业设计静电量的测量也都是通过法拉第筒法测量，下图1.1为法拉第筒的示意图。

图1.1 法拉第筒

本文要对静电现象产生的原因及其对料仓输送稳定性的影响作出深入研究，因为气固流化床中的静电的产生和积累现象是难以避免的,我们研究的目的是对更好、更高效地地利用静电为生产、生活服务和更有效地对静电进行控制,减少因为静电造成的损失。所以本次毕业设计在研究料仓输送系统中静电对稳定性的影响的同时，力求能为降低静电带来的不利影响做理论准备。

1.2.2 流化床静电研究现状

静电的研究已经有比较久远的历史，但是对于流化床静电研究还比较少，属于比较新的学科。因为载气带动，粉体在气力输送的过程中碰撞、摩擦比较严重，所以其静电现象也比较明显。含水率对输送管道中粉体颗粒静电特性影响比较大，据许盼等学者研究，粉体颗粒在含水量比较小时，导电性比较差，输送过程中静电荷产生量也比较大，当含水量增加，粉体导电性增强，静电对于粉体输送特性的影响反而呈现减弱的趋势。目前，大多数关于气力输送中的静电研究都是专注于气固流化床的领域，相关学者还从物料特性、操作参数等方面对静电现象及其产生机理进行了研究。

流化风速对流化床内静电特性的影响也很受重视。据研究，随着流化风的表观气速增大，其四周颗粒电荷的密度也呈增加趋势。这是因为，在流化床中，流化风的表观气速增大会导致气泡尺寸增大、升速更快，颗粒与颗粒间碰撞增多，随即静电水平也增高。也有学者对三维的流化床进行研究，他们在其不同高度放置4个静电探头，研究发现：随着流化风速的改变，静电量呈现明显变化规律，即流化风速越大，静电量也越大。此外，4个不同探头探得的不同高度的静电量呈现出不同极性，这验证了另一个结论，即：大颗粒与小颗粒的电荷极性不同。

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