能级利用论文（精选7篇）
能级利用论文 篇1
目前燃煤机组进行制粉系统热平衡计算时,采用相关规定[1],其中对于原煤温度要求如下:原煤温度的选取,按一般经验当时,取trc=0℃;当时,取t=20℃,规程认为在工程应用上,计算精度已经够用了。原煤温度是影响原煤物理热的重要参数。在制粉热平衡计算中原煤物理热是输入热量的一项组成部分,原煤温度高低的选取将会影响磨煤机进口的干燥剂温度的高低。目前国内外对于火电厂原煤预干燥研究较少,但对应用于气化炉进煤的预干燥研究较多,因煤的水分在气化炉的炉膛中蒸发会吸收大量热,降低气化效率,还会出现进料不畅的问题。因此,在气化前对入炉煤进行干燥预处理是十分必要的,而利用气化过程中产生的低温废热进行干燥是较为经济可行的干燥方式[2,3,4,5,6]。根据类似原理本文介绍一种火电厂原煤加热技术,利用汽轮机低压能级抽汽的热量来提高原煤温度,从而引起磨煤机进口干燥剂中热风份额减少和冷风份额的增加,使磨煤机入口干燥剂温度相应降低。在空预器烟气放热量不变的情况下,由于空预器出口的热一次风热量减少,从而使热二次风吸热量增加,从而增加了进入炉膛的热量,提高了锅炉效率,降低了标煤耗,在工程应用上具有重要意义。
1 原煤温度对制粉系统热平衡的影响
制粉系统热平衡是认为在制粉系统起始断面输入总热量与终端断面带出和消耗总热量相等,以求出组成磨煤机进口干燥剂的各种气体份额及干燥剂的初温度。以下以国内某660 MW机组制粉系统热平衡进行计算,并分别计算不同原煤温度下的原煤物理热和进磨干燥剂的初温度。其计算结果见表1。
通过表1可以看出:
(1)在制粉系统热平衡计算中,随着原煤温度升高原煤物理热增加,干燥剂初温降低。
(2)随着给煤温度的升高,进磨热风在干燥剂中占的份额降低,而冷风份额升高。
造成以上现象的原因主要是由于进磨热风的部分热量由原煤的热量代替,减少了进磨的热一次风风量,增加了进磨的冷一次风风量,从而降低了进磨干燥剂温度。
2 原煤加热器及其热经济性分析
2.1 原煤加热器系统
为了解决提高原煤温度的问题,河北省电力勘测设计研究院于2015年研制开发了原煤加热器装置,本加热器是在原煤仓内安装管排式换热器。其输入端通过蒸汽管道与用于产生低压蒸汽的汽轮机连通,管排式换热器的输出端通过疏水管道与疏水器连通,疏水排入凝汽器回收利用。其系统示意如图1所示。
原煤加热器的加热热源为汽轮机低压抽汽,而被加热的为原煤仓内原煤,后者经加热后进入制粉系统,回收低压抽汽的热量;前者的温度则被降低,从而达到提高原煤温度,降低干燥风温度,提高机组效率的目的。通过低压抽汽的流量调节阀可以控制低压抽汽的抽汽量,进而人为的控制加热原煤的热量。
在原煤仓中设置原煤加热器后,通过该加热器的放热量以及热、冷一次风的调节来控制进入磨煤机的干燥剂温度和风量。即利用汽轮机低压能级抽汽的热量来提高原煤温度,引起磨煤机进口干燥剂中热风份额减少和冷风份额的增加,从而使磨煤机入口干燥剂温度相应降低。在排烟温度不变的情况下,即进入空预器的烟气放热量不变,由于空预器热一次风吸热量减少,从而使热二次风吸热量增加,从而增加了进入炉膛的热量,提高了锅炉的效率。
2.2 经济性分析[7,8]
原煤仓内设置加热器后,多抽的蒸汽不再进入汽轮机做功,而转化为进入炉膛的热量,进而减少燃煤量。本文以机组THA工况进行计算,如下:
机组每小时燃煤耗量从0℃加热至50℃所需的热量为
式中Crc———原煤比热容/k J·kg-1·℃-1;
trc———原煤温度/℃;
BB———燃煤耗量/kg·h-1。
加热原煤所需的抽汽耗量
式中HJ———抽汽焓值/k J·kg-1;
HS———疏水焓值/k J·kg-1。
抽汽在低压缸内的做功
式中Hn———排汽焓值。
进入炉膛的热量
机组降低的标煤耗
式中Nd———发动机电功率/k W;
Qnet,ar———燃煤低位发热量/k J·kg-1。
按机组年利用小时数5 500 h,煤价405元/t,则全年机组可节省购煤费用为
采用本技术后,一方面需增加管排式换热器本体设备及附件,另一方面增加抽汽和疏水管道及附件。其钢材和施工费用约为200万元。
根据以上计算,原煤仓设置加热器后,机组降低标煤耗1.72 g/k Wh,全年机组可节省购煤费用252.9万元,一年即可收回成本。在不改变制粉系统运行的条件下,达到了低压能级抽汽加热原煤的目的,系统中节省的高温热风用于锅炉燃烧放热,提高锅炉效率,达到了热量的高效率利用。其经济效益显著,比较适合于电厂应用。
3 原煤加热技术的优势、局限性
在加热原煤的各种技术措施中,原煤加热器与热电联产比较类似(水侧系统基本相同),所不同的是,前者是加热原煤,而后者是供热于用户。其技术具有以下优势:
(1)用于原煤加热的抽汽为100℃左右即可,基本上处于汽机末级抽汽,该抽汽量若用于汽轮机做功,其排气焓值较高,热量被冷却水带走,因此其做功能力较低;该部分蒸汽若用于加热低温原煤,则其最终疏水温度约为20℃,蒸汽热量被大量利用,原煤加热将低压能级抽汽用于供热,做到了低能级抽汽的深度利用。
(2)根据制粉热平衡计算,用于加热原煤的高温度热一次风量由于原煤温度的提高而减少,其节省的高温度热风进入炉膛放热,做到了高品位的热能用于发电,低品位的热能用于加热原煤。在排烟温度不变的情况下将会提高锅炉效率,减少燃煤耗量,提高了能源的利用效率,减少了环境污染,具有节约能源、改善环境、增加电力供应等综合效益。
(3)煤粉水分对磨煤机选型具有重要影响,原煤被加热过程中必然带来原煤水分的析出,降低原煤水分含量。一方面原煤含水量高时,煤的粘度就越大,煤粒与煤粒之间及煤粒与原煤仓煤斗壁结合就越紧密,煤的流动性相对来说减少,制粉系统中堵煤和积煤的概率增大,而存积过久的积煤会发生缓慢的氧化反应,造成热量的积存,使温度逐渐升高,最后发生自行着火的现象,即煤粉的自燃。这个现象较容易发生在系统的死角或水平管道处,因为这些地方的煤粉流动性差或不流动,当原煤含水量高时,则粘结在系统死角或水平管道处而最终发生煤粉自燃现象,危及设备和人身的安全。另一方面原煤水分高时,在制粉系统运行中,热风温度及通风量一定时,磨煤机出口温度因干燥能力不足而下降。为此需提高热风温度,因受到系统通风量的限制,单一的开大热风调节门效果不明显,最后势必降低给煤机的出力来保证磨煤机的干燥出力,从而增加了制粉耗电,严重时会影响锅炉的出力。因此原煤温度提高有利于锅炉制粉系统的安全稳定运行。
原煤加热器具有以上优点,但也存在着一定的局限性。
原煤加热过程中,因其利用了汽轮机低压能级抽汽的热量,一方面增加了进入炉膛的热量,另一方面降低了汽轮机低压缸的做功能力。因此,在工程设计过程中,应综合考虑锅炉、空预器、磨煤机、汽轮机等系统对整个机组的热经济性影响,达到热量的梯级利用。
4 结论
(1)根据制粉系统热平衡计算,原煤温度选取对进磨干燥剂温度具有一定的影响,建议电厂设计人员在进行制粉计算时核实原煤温度,提高制粉计算的准确性。
(2)提高原煤温度能够有效的利用低压能级的抽汽量,增加了进入炉膛的热量,在排烟温度不变的情况下,提高了锅炉效率,减少耗煤量,提高了能源的利用效率。根据国内某660 MW超超临界机组采用原煤加热器后,可降低标煤耗1.72 g/k Wh,全年节省购煤费用252.9万元,节能效果显著。
(3)原煤加热器能够有效的提高原煤温度,降低原煤水分。一方面增强原煤流动性,对解决原煤仓堵煤具有一定的效果,另一方面有利于制粉系统安全稳定运行。
参考文献
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细分学生群体,调动能级层次 篇2
关键词：历史学科,学生群体,能级层次,教学探究
一、“物质结构原理”引发的思考
化学课程的“物质结构原理”表明:物质是由分子组成的, 分子是由原子组成的, 原子是由原子核与核外的电子组成的, 原子核是由质子和中子组成的。原子核的能量与它所带的核外的电子数量相关, 核外的电子受到原子核的吸引, 按照能量级别有规律地分布在原子核外, 形成稳定的物质结构。
自然与社会在结构规律方面是相通的。社会组织、社会团队、社会集体类似物质的结构原理。学校的教学班级也是一样, 学生好像自由电子一样分布在班级中, 并且同样按照能量级别活跃在不同的层次上, 在思想、学习、工作、生活方面有不同的表现, 在智商、情商等方面有不同的层次, 在学习能力上有不同的区别, 在学习成绩上就表现出明显的划分。我们要在全面掌握情况的基础上, 针对学生的实际情况和具体特性开展教育教学活动。面向全体学生, 让学生全面提高和发展, 营造稳定和谐的教学氛围。
在教学过程中, 我对此做了一些实践和探究。
二、认真了解学生情况, 在心目中建立“班级学生能级结构图”
(一) 了解学生的基本情况。
在我接到任课的班级以后, 首先是全面了解全体学生的基本情况, 通过细心的观察和了解, 熟悉学生的姓名、性别、性格、年龄、家庭情况、学习情况、社会交往、身体状况等, 通过了解建立基本档案, 在思想上形成基本印象。
(二) 重点了解学习情况。
通过有关班主任和各科老师, 对学生的各科学习成绩进行详细的了解, 广泛听取意见, 掌握大量的学习信息, 加强在教学过程中考查, 做到心中有数。特别了解和掌握学生对历史课程的学习兴趣和学习成绩。
(三) 大致划分学生的基本结构方位。
在了解和掌握的基础上, 按照具体情况一般划分为优秀、优良、良好、较好、可好、能好六个能级, 形成基本状况图。
(四) 动态进行观察和教育指导。
学生是一个动态的活跃群体, 天天都在进步和提高, 个个都在变化和发展。如果得到正确的教育和指导就会突飞猛进, 快速提高;如果得不到教育和指导, 就很容易产生其他怪异的变化, 随时都可能制造事端, 自暴自弃, 放任自己, 影响健康发展, 影响组织和集体的发展进步, 影响团队的凝聚力, 产生教学的消极因素。
(五) 进行优化组合。
当基本核定学生的能级结构以后, 如何进行优化组合, 是开展工作的难点。既要考虑同一能级学生的情况, 又要考虑不同能级的学生情况, 必须做到具体情况具体分析;既要让学生了解自己在什么能级, 又不能说明学生在哪个能级, 特别是有性格的学生和有思想问题的学生, 否则会事与愿违。
三、在具体操作过程中应采取的措施
(一) 抓住“两头”进行教育指导。
重点教育“优秀”能级建立起正确的历史学科思想, 他们学习成绩优秀, 有浓厚的学习兴趣, 愿意听讲上课, 学习上有主动性、自觉性, 但是他们是否有正确的学科思想, 是否有正确的学习方法, 是否有后发优势, 都无法确定, 必须进行教育指导。这个能级的学生在每个班级大约有10人, 利用课堂内外有意识地对他们进行教育, 让他们认识建立学科思想的重要性, 掌握学习方法的科学性, 在班级营造良好的学习氛围, 起到积极的榜样作用。“能好”能级的学生在班级人数大约5人, 对他们进行教育指导主要是学习方法和培养学习兴趣, 认识学习历史的必要性和社会生活的实用性, 认识历史学科在高考过程中的综合性。
(二) 在同能级层面展开竞争。
根据青年学生的性格特点和年龄特点, 争强好胜, 敢于竞争, 善于竞赛, 争先恐后。通过细心的教育和指导, 设计在课堂纪律、回答问题、作业书写、测验考试、知识竞赛、社会活动、调查研究、论文写作等方面。时时事事都设计竞赛项目和竞赛目标。对每一能级的每个学生的进步和提高都给予充分的肯定和积极的鼓励, 让学生的学习情绪处于高昂亢奋状态, 点燃学习历史的热情。在同一能级根据班级学生的具体情况进行细分, 确定不同的竞争目标和竞争指标, 调动每个学生的学习积极性, 达到学有目标, 赶有榜样, 营造和谐友谊的学习团队氛围的目的。
(三) 在不同能级之间展开竞争。
在同一能级竞争的基础上, 能级与能级之间就形成了动态变化。每隔一个阶段、一个时期就要进行新的排列组合, 形成新的“能级结构图”。在不同能级之间的竞争的过程中, 只要教育指导得法, 肯定会出现进步大、发展快的学生, 这样就打破了原来的能级结构图, 及时调整能级状态, 让学生产生动力和压力, 树立起新的目标, 提高自己的勇气。
四、在具体操作过程中总结出的经验与教训
(一) 得到的经验
1. 正确进行“动态能级”划分与组合有利于详细了解学生, 全面掌握学生情况, 符合“物以类聚, 人以群分”的自然和社会的客观实际情况, 对于教师掌握教育教学对象是非常重要的。
2. 正确开展和谐友谊的竞赛, 适合高中学生的年龄特征和性格特征, 容易激发学生的学习热情和增强学习兴趣, 提高学习成绩和增强学习效果, 形成良好的学习氛围。
3. 客观评价学生的进步和发展, 对于学生的自我认识有积极的帮助作用, 促进学生增强认识自我、战胜自我、超越自我的能力。
(二) 应该吸取的教训
1. 注意能级划分的准确性、客观性、科学性、及时性。
2. 注意竞赛项目的正确性、可比性、有益性、友谊性。
3. 注意组织者人格力量的权威性和教育指导的及时性。
4. 注意能级管理和班级管理的协调性和目标的一致性。
五、“动态能级优化组合工作法”的实践和探究感言
189Re的两个新能级 篇3
关于189W的实验数据不多。 J. Flegenheimer等在1963年报告有关189W衰变的第一个实验工作[1]。他们测定189W的半衰期为11 min,获得它的β端点能量为(1.4 MeV)。接着,在1965年, P. Kaurance等通过192Os(n, α)189W 产生189W,并研究其衰变性质[2]。测得189W的半衰期为(11.5±0.3)min,β端点能量为(2.5±0.2)MeV。同时,获得它的能量为94、130、178、222、258、360、417、550、855和955 keV的10条γ射线。观测到222和258 keV 2条γ线的级联关系。在S. Mirzadeh等的工作中,也涉及189W衰变γ的观测。他们利用192Os(n, α)189W反应生成189W,通过γ单谱的测量,观测到189W的能量为260.4和421.7 keV的γ射线,同时得到它们的相对强度[3]。关于189W衰变γ比较详细的工作是由W. F. Yang 等1997年给出的[4]。他们 利用14 MeV中子轰击天然锇靶,在多种放射性产物当中,包括189W,经化学分离从被轰击过的靶物质中分出钨并制成薄源,由一台HPGe γ探测器对源进行γ射线单谱测量。经分析,他们获得22条189W的衰变γ射线。其中,18条是新发现的。到目前为至,未见有关189Wγ射线精确符合测量的报道。S. –C. Wu和H. Niu只是基于W. F. Yang等的γ射线数据[4]和C. R. Hirning等的反应数据[6,7]给出如图1所示的包括189W的能量为222.0和 260.4 keV 2条γ射线的一个简单衰变纲图[5]。
本工作旨在验证由先前工作[2,5]所给出的符合关系,考察其子体189Re的低位能级结构。借助于X-γ和γ-γ符合方法完成189W衰变γ射线的观测。实验证明,(n, γ)和(n, α)反应是产生189W的有效途径。根据实际条件,本实验选择192Os(n, α)189W反应来产生189W。
实验是在中国科学院近代物理研究所的600 kV高压倍加器上利用14 MeV中子进行的。14 MeV中子是由氘轰击TiT 靶通过T(d,n)4He反应产生的。实验所用的靶子是～100 mg/cm2 厚的同位素192Os金属粉末。由14 MeV中子辐照该靶产生189W。辐照时间为30 min,以适合189W的10.7 min的半衰期[5]。辐照结束后,用改进了的靶辐照传输系统将它们传送到铅室中。辐照结束20 s后使用如下探测器开始进行测量:1) 一个小平面高纯锗X射线和低能γ射线探测器,它对57Co 的122 keV射线的能量分辨为580 eV,它的有效直径和灵敏层深度分别是32 mm和10 mm; 2) 一个由四个同轴N型锗探测器组成的CLOVER 探测器,其中,各探测器都具有25% 的探测效率和2.1 keV的能量分辨(对60Co的1332 keV线)。这两个探测器被面对面地放在铅室中源的两边。每次测量持续30 min,同样是考虑189W的半衰期[5]。使用多参数数据获取系统(MPA3)记录γ(X) 射线单谱事件和三参数γ(X)-γ-t符合事件。这里,t是每个事件距测量开始时刻的时间。为了增加统计,上述过程重复进行了多次。
在辐照过程中,分别通过(n,2n), (n,γ), (n, p)和(n,α)等反应产生了Os、Re和W的一些放射性源。由于189W相对低的产额和来自于实验中所产生的其他核的强本底,直接通过γ单谱获得189W的衰变γ射线是行不通的。为了观测到189W的衰变γ射线,做了X-γ符合测量。与61.1 keV Re Kα1和59.7 keV Re Kα2 X射线符合的部分γ射线谱给在图2中。
仔细跟踪最关心的(260.2±0.4)keV这条γ线,图3给出它的衰变曲线。测定260.2 keV这条γ线的半衰期为(11.2±1.7)min,这与先前的结果是一致的[5]。根据跃迁能量和半衰期,可以断定260.2 keVγ线来自于189W的β衰变 [5]。从图2清楚地看出,在由260.2 keVγ线开门的γ谱中,观测到(210.2±0.4)和(229.6±0.4)keV 2条γ线。不但,它们的能量和半衰期与先前的结果相符[5],而且,在图2 Re的特征X射线开门的γ谱中也看到了它们,故可以指定这2条γ线来自189W的γ衰变。再加上,注意到,210.2和229.6 keVγ线之间不存在符合关系。于是,便可以建议如同图4所示189W的一个简单衰变纲图。另外,在图2中,还可看到177.6、403.7和421.4 keV 189W的γ射线[5]。由于Os的Kα2 X 射线的能量61.5 keV接近Re的 Kα1 X能量61.1 keV,图1中出现了190mOs IT 的186.7和361.3 keVγ线。
根据以下3条理由,可以断定,先前指定222 keVγ射线是从482.4 keV能级衰变下来的说法是不正确的,同时,260.2 keVγ射线是与210.2和229.6 keVγ射线符合,而不是222 keVγ射线。
(1)在P. Kauranen等的工作中[2], 当时测量γ射线只能使用NaI探测器,它的能量分辨很差,没办法区分210.2和229.6 keVγ线,把这2条γ线误认为1条γ线,能量定为222 keV。
(2)前面已经讲到,图1所呈现的衰变纲图是按照189Wγ单谱的测量结果和189Re的能级数据给出的,而并非直接由符合测量结果得到的,因此,是不可靠的。
(3)从图3可以看出,260.2 keVγ射线是由189Re的260.2 keV 3/2+态到基态5/2+ 的退激所产生的。从而,可以推断,210.2和229.6 keV 2条γ线是分别由189Re的470.4和489.8 keV态到260.2 keV态的退激所产生的。这是首次从γ射线衰变推导出来的189Re的2个能级。在R. Hirning等的工作中[6,7],由于大的α峰的宽度,分别相应于189Re的470.4 和489.8 keV能级的2个α峰可能是被相应于481 keV能级的强α峰所掩盖。
本文报告189W衰变γ的符合测量,用X-γ和γ-γ符合方法测量189W的衰变γ射线。根据符合关系,建议189W的包括210.2, 229.6和260.2 keV 3条γ射线的一个新的简单衰变纲图。发现189Re的470.4和489.8 keV 2个新能级,改进了189Re先前的能级信息。
摘要：建议189W一个新的简单衰变纲图。指定189Re能量为470.4keV和489.8keV的2个新能级。改进了先前189Re的能级信息。
关键词：189W衰变纲图,189Re能级信息,新能级
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太阳能级多晶硅生产工艺 篇4
随着全球范围内传统能源的枯竭以及石油价格不断攀升,太阳能作为环境友好能源受到全世界的广泛关注。尤其是如何生产高效率、低费用的太阳能电池成为科学家的研究重点。多晶硅是作为光伏转换器最好的材料之一,在未来50多年的时间内,还不可能有其他材料能替代硅成为电子和光伏产业的主要材料[1]。在太阳能电池组件中,作为原材料之一的高纯多晶硅占总费用的20%[2,3]。因此,在不影响转化效率的前提下,降低多晶硅的费用是降低太阳能电池费用的主要方法。降低多晶硅费用的方法有:(1)研发低成本半导体级多晶硅的生产工艺或在已有工艺的基础上降低生产成本。(2)生产低纯度、低成本但是能满足太阳能电池生产需要的多晶硅,也称为太阳能级多晶硅。1975年至今,世界各地的科学家在降低半导体级硅生产成本以及生产低成本太阳能级多晶硅方面做出了巨大的努力。
1 挥发性硅化合物的还原或热分解法
挥发性硅化合物的还原或热分解法生产多晶硅是以冶金级硅为原料,基于气相纯化的一种工艺方法[4]。表1列举了通过挥发性硅化合物的还原或热分解生产高纯硅的几种主要生产方法[5]。
1.1 三氯氢硅氢还原法
三氯氢硅氢还原法是由西门子公司研发的,故又称为西门子法。该方法开始于20世纪50年代,经过数十年的应用和发展被不断完善,先后出现了第一代、第二代、第三代生产工艺,而第三代西门子法生产工艺被称为“改良的西门子法”[6]。改良的西门子法实现了完全闭路生产,是目前国际主流厂商生产多晶硅的主要工艺[7,8]。世界上有7家大公司使用该方法生产多晶硅,产量占当今世界总量的70%~80%[6,9,10]。
该方法第一步是通过冶金级硅和干燥的HCl反应生成中间产物SiHCl3。化学反应方程式为:
Si+3HCl → SiHCl3+H2 (1)
然后对产物进行化学提纯,得到高纯三氯氢硅,杂质总量降低到10-7~10-9数量级[11]。
第二步用氢还原高纯的三氯氢硅,所用氢必须提纯,以免污染产品。在生产多晶硅时,要以高纯硅棒作为载体,并加热到1100℃。化学反应方程式为:
SiHCl3+H2 → Si+3HCl (2)
生产实践证明,三氯氢硅比较安全,方便运输、储存,且该方法工艺成熟,经验丰富,产品质量高。同时改良的西门子法还实现了H2、SiHCl3、SiCl4和HCl的循环利用,完善的回收系统又可保证物料的充分利用。生产流程图见图1。
为了提高SiHCl3的一次转化率和沉积速率以便能更有效地降低生产成本,世界各大多晶硅厂商都在现有成熟固定床技术的基础上,用流态化技术改造传统的西门子法反应器。流化床反应器很大程度上增加了反应面积,使得反应速率明显提高,从而降低硅生产能耗和成本。该方法生产的多晶硅是粒状,不能直接提供区熔使用,但可以作为连续直拉硅的原料,目前产品产量和纯度比钟罩型还原炉技术低,但是完全可以满足太阳能级硅的要求。
西门子法的派生技术——气液沉积法,也引起了广泛关注。该方法的优点主要有:(1)采用石墨管状炉可将反应温度提高到Si熔点以上,不但有效地提高了SiHCl3的还原率,在很大程度上也提高了Si的沉积速率,约为经典西门子工艺的10倍。(2)在生产过程中,硅以液态出现,解决了流化床技术中出现的粉尘问题,还可实现连续操作。但是该方法所得产品中碳和重金属的含量较高,碳原子含量为0.01%,重金属原子含量约为0.00001%,用该产品制备的太阳能电池的效率为15.6%[6]。如果辅以除碳工艺,该方法可以大大降低太阳能级多晶硅的生产成本。尽管如此,西门子法生产成本高、投资大、工艺流程长、三氯氢硅还原率低、技术操作难度大等缺点依然存在。
1.2 硅烷法
硅烷法是以硅烷为提纯的中间产物,经过热分解制取多晶硅的方法。该方法的主要步骤是制备中间产物硅烷,主要制备方法有:(1)硅化镁法。使Mg2Si与NH4Cl在液氨中反应生成硅烷。这种方法原料耗量大、成本高、危险性大。(2)以SiF4与NaAlH4为原料制备硅烷,该方法由美国MEMC公司采用。(3)歧化法。歧化法是目前制备硅烷的主要方法。该方法是以冶金级硅为原料,通过生成中间产物SiHCl3而制取硅烷,其副产物SiCl4和H2都可以循环使用,分为3步。
(1)SiCl4、H2与冶金级硅混合反应合成SiHCl3,该反应在500℃、30MPa条件下进行。反应方程式为:
3SiCl4+2H2+Si→4SiHCl3 (3)
(2)SiHCl3歧化生成SiH2Cl2和SiCl4,经过精馏得到高纯SiH2Cl2,SiH2Cl2再进行催化歧化反应,并经过精馏提纯得到高纯SiH4。该反应在60℃、0.3MPa条件下进行。反应方程式为:
2SiHCl3→SiH2Cl2+SiCl4 (4)
2SiH2Cl2→SiH4+SiCl4 (5)
(3)SiH4在800~1000℃条件下热分解得到高纯硅。反应方程式为:
SiH4 → Si + H2 (6)
由于该生产过程的反应温度很低,因此多晶硅的生产成本明显降低。以每年1000t的生产规模为例,据估计1kg多晶硅成本仅为20美元,但是还没有在实际生产中得以证明。尽管如此,在今后的研究中,硅烷法的生产工艺一定会得到改进,并将设计一套基于硅烷法的低成本生产设备[12]。该方法与西门子法比较,具有硅烷易提纯、含硅量高、分解速率快、分解率高、分解温度低、能耗低、硅产品纯度高、转化率高、副产物少等优点,但是也有突出的缺点:硅烷易燃、易爆、安全性差且粉尘多[13]。为了降低成本,硅烷的热分解过程也引入了流化床技术。该方法的优点有:(1)由于流化床分解炉无需大量的冷却水降温,能耗降低。(2)可以提高硅烷的分解速率和硅的沉积速率。缺点是制备的多晶硅纯度没有固定床分解炉高,但是完全可以满足太阳能级硅的质量要求。
1.3 氯硅烷还原法
用金属或化合物(如NH3或CH4)还原氯硅烷生产太阳能级多晶硅,Hunt列举了用此方法生产多晶硅的可能性反应[4]。但是,到目前为止,能够大量商业生产的研究主要是Na和Zn还原氯硅烷生产多晶硅。
1.3.1 Na还原法
Na还原法是分别将SiCl4和Na汽化后送入石墨反应器,SiCl4与Na直接反应生成多晶硅。反应方程式为:
SiCl4 + 4Na → Si + 4NaCl (7)
该反应的副产物NaCl为气态而Si为液态,因此,在反应器中它们以两相存在。从反应器中出来后,用一个温度保持在1425℃的坩埚收集。此时,NaCl作为气体收集,而液体硅在坩埚中收集,在1425℃条件下的收集效率可达到60%~80%。该方法生产的硅的主要杂质是Na((300~600)×10-6)和B(<25×10-6),其他的杂质含量都在5×10-6以下[14]。该方法要保证原料以及收集坩埚的纯度,它们的纯度越高,所得多晶硅的纯度就越高。
与该方法相似,用Na还原SiF4也可制取低成本的多晶硅。SiF4可以由磷肥厂的副产物H2SiF6制取。将NaF加入H2SiF6反应可制得99%纯度的Na2SiF6。反应方程式为:
H2SiF6 + NaF → 2HF + Na2SiF6 (8)
高纯Na2SiF6干燥后,在700℃下热分解得到SiF4。反应方程式为:
Na2SiF6 → 2NaF + SiF4 (9)
将Na碎粒送入装满SiF4气体的反应器中,反应器要预热到400℃,在1.01×105Pa下SiF4与Na反应生成Si。反应方程式为:
SiF4 + 4Na → Si + 4NaF (10)
反应产物Si和NaF以及少量的Na2SiF6移到石墨坩埚中,加热到1420℃以上,此时熔融的硅粒集中在下层,而NaF则聚集在上层,冷却后形成明显的2层,从而达到完全分离。Si也能用酸浸的方法分离出来。用此方法制备的硅主要杂质有:Na (1×10-6)、Cr(3×10-6)、Fe (< 7×10-6)、Ni (2×10-6)、Cu (4×10-6)、B (0.1×10-6)、P (0.2×10-6),其他杂质的含量都小于0.5×10-6 [15]。
1.3.2 Zn还原法
由于锌比氢的化学活性强,Zn-Cl键的亲和力比H-Cl键亲和力更强,早在20世纪50年代就有人用过此方法,但是该方法制备的多晶硅纯度达不到电子级,因此被西门子法取代。近来随着太阳能电池的发展,美国的Battelle Clumbus研究所[16]重新对此方法进行了研究。该方法包括3个基本步骤:(1)在含有硅种子颗粒的流化床内进行SiCl4的锌还原反应。(2)ZnCl2的熔盐电解得到Zn和Cl2,从而实现循环利用。(3)通入熔盐电解的产品Cl2,并加入原料SiO2、C和SiC或冶金级硅,合成得到SiCl4。实验设备由一个直径为50mm的石英流化床反应器构成,该反应器带有一对完整的Zn加热器,把Zn加热为气体,并带有热电偶,从而控制温度。原料SiCl4在一个单独的容器中瞬间汽化,然后从流化床的底部预加热后,进入流化床。反应的副产物通过一个石墨衬底的无压钢冷凝器,该冷凝器带有吸气机和未反应SiCl4的二次冷凝装置。在流化床中,以大约250μm的硅颗粒作为种子,将Zn粉碎并加热到900~1027℃,这时Zn为气态,在927℃条件下与SiCl4反应得到Si。反应方程式为:
2Zn(g) + SiCl4(g) → Si(s) + 2ZnCl2(g,l) (11)
用此方法制备的硅中杂质B的含量为0.02×10-6,主要杂质是Zn (3000×10-6)、Fe(5×10-6)、Ni (25×10-6)和Cu (4×10-6)[17]。由于锌挥发性高,在制作过程中可挥发掉,对制备太阳能电池没有影响。该方法具有流程短、设备少、投资少、操作简便、锌的化学活性强、沉积速度快、电耗低、生产周期短等优点。不足的是制取的硅纯度较低,不能达到电子级,但能达到太阳能级,因此该方法可制备低成本太阳能级多晶硅。周鸿军等[18,19]对锌还原法的产业化应用进行了研究分析,并报道了进展情况。日本SST公司对锌还原法进行了开发和技术深化,可以制备纯度达到6N(99.9999%)以上的多晶硅[20]。目前,日本智索、新日矿控股、东邦钛3家公司从2007年开始共同对其独特的锌还原法(JSS)制造太阳能电池用多晶硅技术进行产业化研究,可生产8~9N(99.999999%~99.9999999%)级多晶硅[21]。锌还原法已经发展成为一种生产低成本太阳能级多晶硅的工艺,生产工艺见图2[22]。
西门子法的主要副产物是SiCl4,如果将此方法用于处理西门子法的副产物,是一种不错的选择。西门子法主要生产半导体级多晶硅,而锌还原法生产太阳能级多晶硅,既能满足当前太阳能级多晶硅日益增长的需求,又减少了西门子法的生产成本,并能实现整个生产的闭路循环。
1.3.3 等离子氢还原法
等离子氢还原法是在一个30kW的等离子体反应器上进行,H2作为放电气体产生等离子,同时也作为SiCl4的还原剂,再将SiCl4直接通入反应器。在反应器中,氢气被等离子体化后解离为化学活性的原子态,原子氢再与SiCl4反应生成多晶硅。该方法一次转化率超过70%,纯度达到7N,生产成本低、能耗小,并且该方法为多晶硅生产原料的选择放宽了条件,产品纯度达到太阳能级,为低成本太阳能级多晶硅生产提供了一条新途径[23]。
2 冶金级硅精炼法
冶金级硅精炼法是以冶金级硅(98.5%~99.5%)为原料,经过冶金提纯得到纯度在99.999%以上用于生产太阳能电池的多晶硅原料的方法[24]。冶金级硅的主要杂质是Fe、Al、Ca、Ti、B和P[25],然而含量会随着地域的不同而改变。该生产过程主要有湿法精炼、火法精炼和定向凝固等步骤。
2.1 湿法精炼
湿法精炼常作为冶金级硅精炼法的第一步,将冶金级硅粉碎至20~40μm,再加入各种酸进行浸出。为了优化这个精炼过程,按不同的顺序加入酸(HCl、HF、H2SO4和王水),并控制不同操作条件(温度、浓度和时间)进行实验[26,27,28]。总的来说,通过酸浸能降低1~2个数量级的杂质[26]。通过这个过程,能除去Fe、Al、Ca等金属杂质,然而不能有效地去除B、P、C杂质。
2.2 火法精炼
火法精炼是将由惰性气体稀释后的活性气体(氯气、氧气或它们的混合物)通入熔融硅中,溶解在硅中的杂质与活性气体反应生成挥发性的气体或形成渣而去除[29]。Al、Mg、Mn和B很容易与氯气反应生成挥发性的氯化物(1400℃以上),Al、B、Mg、Ti、P、Ca和C与氧气反应生成相应的氧化物,CO2很容易被气体带走,除B和P外的其它杂质的氧化物进入渣中,B和P的氧化物很难除去。然而湿氢气作为活性气体时,能与B形成硼化氢而有效地去除杂质B。CO2作为活性气体时,能有效地去除P和C。总的来说,火法精炼能降低1个数量级的杂质,重要的是能降低主要杂质B、P和C的含量。科研人员已经对火法精炼做了大量的研究,通过设计不同的步骤和设备有效地去除杂质。如在真空炉中通过电子束的作用,硅中的磷含量能彻底地去除;液态硅在槽中精炼可以使碳含量由100×10-6降低到5×10-6,硼含量从14×10-6降低到(0.1~0.3)×10-6,磷含量从26×10-6降低到0.05×10-6[30]等。
2.3 定向凝固
定向凝固通常是作为冶金级硅精炼法的最后一步,是确保制备的多晶硅达到太阳能级的主要步骤,在冶金级硅精炼过程中起着至关重要的作用。由于在硅中,除B和P外气体杂质的偏析系数都很小,因此用此方法能有效地除去其他杂质,但是只能微弱地去除B和P。
由上述3种方法可知,单独的任何一种方法都不能制备太阳能级多晶硅。因此需要对冶金级硅精炼的各种方法按照最优化的方式组合在一起。如进行综合处理后的多晶硅的杂质含量如下:B、P、Fe、Al的含量都低于0.1×10-6;C的含量低于5×10-6 [30]。总的来说,冶金级硅精炼法不能有效地去除B和P,因此在选料时如果选用B和P含量少的冶金级硅,能制备纯度很高的多晶硅。
3 展望
手术室能级对应管理路径的探讨 篇5
1 资料与方法
1.1 一般资料
手术室有10个手术台, 日平均手术量30例左右, 配置护理人员26名, 按一般手术室护士高、中、低职称的比例, 其中副主任护师2名、主管护师8名、护师6名、护士10名;工作20年以上3名、11～20年6名、6～10年7名、1～5年8名、1年以下2名;学历:本科8名、大专18名;已进修人数10名。护士与床位比为 (2.5～3) ∶1。
1.2 方法
护士能级对应工作从比例关系、层次结构、年龄结构、知识结构等方面对护士进行分配[3]。
1.2.1 人员分组情况及标准
26名护理人员共分6个组: (1) 专科手术配合组 (腔镜手术组、心胸手术组、骨科手术组、泌尿科手术组、神经外科耳鼻喉组、妇产科组;每组设一名组长, 组员4名) 。 (2) 感染监控组 (3) 专职器械仪器敷料管理组 (4) 专职护理文书质控组 (5) 专职临床路径护理组 (6) 科研教学培训组。A.专科手术配合组长6名, 准入标准:护理专业本科以上学历, 主管护师, 护理工作经历10年及外出进修本专业半年, 具备先进的护理学科发展知识和技能, 具有领导能力, 能影响其他人, 带领学科发展。专科手术配合护士20名, 准入标准:护理专业大专及以上学历, 护士及以上职称, 有1年手术室护理工作经验, 经过不少于3个月的手术室专业培训合格的注册护士, 具有较强的本专科业务技术能力, 敏锐精细观察能力和突发事件的应变能力等。B.感染监控护士2名, 准入标准:护理专业本科及以上学历, 护师以上职称, 手术室工作5年及外出进修半年, 通晓手术室感染监控制度, 监测方法及评价标准等。C.专职器械仪器敷料管理护士2名, 准入标准:护理专业本科及以上学历, 护师及以上职称, 手术室工作5年以上及外出进修半年, 熟悉手术器械, 仪器的使用流程维护及保养, 熟悉手术敷料的种类、规格、使用要求及制作方法, 具有快速冷静处理突发事件的能力, 具有与医护有效沟通、协调能力等。D.专职护理文书质控护士2名, 准入标准:护理专业大专及以上学历, 护师及以上职称, 手术室工作经历5年以上, 通晓护理文书标准及与护理文书相关的法律、法规等问题, 并能应用工作实践。E.专职临床路径护士2名, 准入标准:护理专业大专及以上学历, 护师及以上职称, 并取得心理咨询师资格, 手术室工作经历5年以上, 具备为患者提供健康教育的知识和技能, 具备敏锐的洞察能力和突出的应变能力, 并能应用护理知识和技能对患者实施整体护理, 会运用肢体语言与患者有效互动, 并能促进患者的健康行为。并会对自我情绪进行调节和自控等。F.科研教学培训护士2名, 准入标准:学历为护理本科以上, 主管及以上护师, 手术室工作15年以上并外出进修手术室专业基地培训, 通晓手术室专业理论和操作技术, 知识全面, 技术娴熟, 能较好地协助护士长进行行政管理、技术管理、在职培训, 在科教研方面起骨干作用。
1.2.2 各类护士对应的工作职责
(1) 专科手术配合组长主要从事各种复杂的、新开展手术的护理指导, 以及院外会诊等, 专科手术配合护士主要从事巡回护士或器械护士工作。 (2) 感染监控组护士主要从事本科室空气、物表、手、消毒液、无菌物品采样监测, 并对其结果进行分析评价, 制定出整改措施, 并负责院感知识的宣传培训工作等。 (3) 专职器械仪器敷料管理护士主要从事特殊器械、敷料检查、整理、准备、灭菌工作, 负责仪器维修、保养、清点等工作。 (4) 专职护理文书质控护士, 主要负责查对各类护理文书漏缺及追踪等工作。 (5) 专职临床路径护士主要从事围手术期术前、术后随访、健康教育、心理护理并于病房护士及医师沟通交流患者相关情况。 (6) 科研技术培训护士, 主要负责专科业务训练、进修、实习生、低年资护士带教管理以及科研论文撰写。
1.3 统计与方法
使用SPSS12统计软件, 包括建立数据库, 进行统计学分析。
2 结果
手术室2009年开始实施能级对应管理, 将2008年 (实施前) 与2009年 (实施后) 的患者满意度, 医师满意度, 护士工作满意度以及护理质量各级指标进行比较。
2.1 护理质量提高
见表1。
表1显示, 实施护士能级对应管理后, 护理质量各项指标较实施前均提高。
2.2 患者满意度医师满意度护士工作满意度提高
见表2。
表2显示, 实施护士能级对应管理后, 患者、医师对护理工作的满意度以及护士自身工作满意度均显著提高。目前科内掀起撰写护理论文的高潮。
3 讨论
3.1 手术室实施能级对应管理有利于提高整体护理质量
能级管理模式是近年来倡导的一种新型管理模式, 具有科学性和灵活性, 使护士在最能发挥其才能的职位上, 各尽所能, 各得其所[4]。实现护士的自身价值, 协助护士长进行二级管理。每组护理人员按其职责圆满地完成了自己的任务, 保证了整体护理质量的提高。
3.2 手术室实施能级对应管理有利于提高服务对象满意度
护士的实际工作能力与分层次管理模式适应患者和医师的需求。让最合适的护理人员相对固定在一个组, 每天安排该组工作流程, 增加护士实践机会, 缩短专科业务培训周期, 促进护士岗位速成, 提高手术室工作效率和质量, 提高服务对象满意度。
3.3 手术室实施能级对应管理有利于提高护士工作成就感
护理人员按职称、技能、技术含量匹配相应的岗位, 真正做到人员落实到位, 不浪费人力资源, 有利于团队精神的形成, 提高护士队伍整体效能, 使工作有计划, 有步骤地完成。护士长结合其他管理方法, 根据护士、患者、医师三方要求进行安排手术。但有时需求与时间冲突, 无法达到双赢, 穿插弹性排班, 满足护士业务学习, 生活娱乐等需求, 一年来护士的工作满意度有了显著提高。通过实行能级管理, 调动了护士积极性, 增强了护士的成就感, 主动提高自身素质, 希望能胜任更高一级的岗位。
参考文献
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[2]郎黎薇, 程云.能级对应的病历管理模式研究[J].护理管理杂志, 2002, 2 (2) :8-10.
[3]周咏梅, 叶文琴, 张玲娟, 等.国内外护士分级现状与我国护士能级结构设置[J].解放军护理杂志, 2007, 24 (1) :36-38.
氢原子能级的几个问题分析 篇6
1．氢原子在基态的能量
库仑力提供电子绕原子核做圆周运动的向心力，则:．得电子绕原子核运动的动能为:.
氢原子在基态时电子的动能为:,r1=0.53×10-10m,e=1.6×10-9C，得:
将氢原子核外的电子从基态移到无穷远处的过程中，克服库仑引力做的功等于氢原子电势能的增加量．即
则氢原子在基态的电势能为:
氢原子在基态的能量为动能与电势能之和，即:E1=Ek1+Ep1=(13.6-27.2)eV=-13.6 eV.
总能量为负值仅表示电子在该状态中的能量是小于它脱离原子而静止与无穷远处的能量，意味着氢原子是比较稳定的．
二、氢原子在激发态的能量
按玻尔原子理论氢原子核外电子的不同可能轨道对应不同的能量，轨道服从rn=n2r1，即:r2=22r1,r3=32r1,r4=42r1…．
(1)氢原子核外电子在可能轨道上的动能公式为:
(2)氢原子在各能级的电势能公式为:
(3)氢原子在各激发态的总能量与基态能量关系为:
(4)相邻两能级间的间距为
能级利用论文 篇7
1. 由氢原子光谱推测能级结构
氢原子光谱有连续谱和线状谱, 线状谱由经验公式描述
此式称为广义巴尔末公式, 是氢原子发光的波数。光量子论是确定的理论, 爱因斯坦的光电效应理论解释, 提出光能量总是一个单元的整数倍, 这个能量单元为hv或, 称为光量子。如果把广义巴尔末公式两边乘以hc, 得
(2) 式左边是光子能量, 右边必然也是能量[1]。右边是两项之差, 两项的形式相同, 可以理解为能量在两个状态的差值。这样 (2) 式的物理意义就清楚了, 氢原子发出光子的能量等于其内部能量的减少量, 就是能量的转化与守恒定律。氢原子内部能量为动能与势能之和, 是负值, (2) 式表示成
这样, 氢原子的内部能量
n称为主量子数, 取1以上的正整数。可见, 氢原子的内部能量取分立值, 称为能级。
2. 物理思想和方法
物理思想是指物质的结构、运动和相互作用的客观存在反映在人们的意识中经过思维活动产生的结果。这种思维活动来源于社会实践, 尊重客观规律, 尊重实践经验又不囿于经验, 是符合辩证法的思维活动, 思维活动的结果必须经得起实践的检验。物理学的每一个进展都包含着科学家们思维活动的精髓, 闪耀着他们物理思想的火花, 而氢原子结构和运动的研究拉开了物理学由经典理论到量子论变革的序幕, 批判性、创新性的物理思不想断熠熠生辉。
氢原子内部能量是量子化的, 这与我们过去的观念格格不入。在经典物理学及生活实践中, 有一个根深蒂固的观念——连续性, 在这个观念下建立起来的运动方程, 只要给定初值条件, 就可以由运动方程预知将来的结果。经典物理是经过实践检验了的, 有大量实验证明, 但由经典力学和经典电磁辐射理论来描述氢原子内部结构、运动和发光情况, 得出的结论是不符合实验事实的。经典辐射理论认为带电粒子做周期运动就要发出辐射即电磁能, 电子会沿着螺旋线运动坍缩到原子核上, 光谱也只有连续谱, 不会有线状谱。因此经典理论在描述氢原子结构和运动的时候出现了矛盾, 波尔认真思考、分析了这个问题后, 他的看法是:在经典物理理论框架中用卢瑟福模型解释原子的稳定性是不可能的[2]。波尔认为, 原子的稳定性问题必须用另外一种观点来看待, 即电子绕原子核旋转而不辐射能量, 这种能量不变的状态称为定态, 这与经典辐射理论格格不入的, 但必须这么看待, 以解决电子坍缩问题, 也就是说经典辐射理论在原子内部是不适用的。电子不会坍缩到原子核上, 则表明电子必然有一个最小的轨道限制电子的坍缩, 也是电子能量最小的轨道, 电子在这个轨道上运动是稳定的, 不会再发出能量, 这个定态称为基态。
氢原子怎么发光的问题, 则由广义巴尔末公式 (1) 式给出线索, 并由此推出氢原子内部能量 (4) 式, 该式表明氢原子可以处在一系列的定态, 这些定态由正整数n表示。但要注意, 前面由 (1) 式到 (4) 式的推导不能算作数理逻辑的论证, 因为 (1) 式是由实验数据凑出的一个表示形式, 它的右边不是可控制的已知物理量, 只是一个经验公式。 (1) 式两边乘以hc, 从而得到 (4) 式, 没有物理依据, 包含人为因素, 因此把 (4) 式看成氢原子内部能量, 不是实验的结果, 也不数理逻辑推导的结果, 而且此式的形式和内涵都与已知的理论不相容。因此, (4) 式作为氢原子内部能量的依据是不充分的, 它只是一个线索, 由这个线索出发可以解释氢原子发光的问题, (3) 表明了氢原子发光的物理含义, 即氢原子每发出或吸收一个光子都是氢原子从一个定态到另一个定态的跃迁, 其能量等于这两个定态能级的差。
这里, 玻尔提出了一个新的概念——跃迁。氢原子从一个定态到另一个定态, 亦即电子从一个轨道到另一个轨道是跃迁, 不能理解成在空间划过一条轨迹到达另一个轨道, 这与卫星变轨是完全不同的物理图像, 否则光谱又只能是连续谱。跃迁这个概念, 玻尔提出时也无法定义、无法解释, 暂时理解成在一个轨道上消失了一个电子, 而在另一个轨道上出现了一个电子。后来人们把这幅物理图像比喻成原子中的幽灵, 是不能直观想象的, 跃迁的概念是在量子力学建立后由统计物理的理论来解释。
氢原子的这一系列定态必须要有理论论证, 玻尔归纳了以上的分析, 提出了关于原子结构的普遍理论, 称为玻尔理论:定态假设、频率条件和轨道角动量量子化条件。其中定态假设和频率条件在前面已经表述, 轨道角动量量子化条件则是由对应原理推出。玻尔提出这个理论的依据是:核式模型、光量子论和氢光谱实验资料。由这个理论结合牛顿力学可以推出氢原子内部能量公式, 和 (4) 式一样。
讨论最简单的情况, 电子做圆轨道运动, 氢原子内部能量包括电子的动能、电子和原子核的库仑吸引能, 把原子核看成静止不动的。
氢原子能量
将轨道角动量量子化条件2πrmv=nh n=1, 2, 3, …
代入上式可得
对氢原子, z=1, (5) 式与 (4) 完全一样。
由氢原子光谱推测能级结构, 从而描述氢原子结构和运动, 这就是物理学常用的从表象到机理的方法。玻尔在依据不充分的情况下通过假设提出了原子内部的量子化规律, 部分地描述了氢原子内部的结构和运动, 也为量子力学的建立打下了思想基础。假设是现代物理重要的物理方法之一, 它不是凭空猜想, 是把欠缺的依据补充完整, 由此建立的理论必须是符合逻辑的, 并且能够通过实践检验。这就需要物理学家的直觉和想象, 不崇拜经验和权威, 大胆想象、敢于创新。教师在关于氢原子能级的教学中, 不仅要教给学生量子理论的知识, 而且要引导学生的思维, 让学生了解物理学的研究方法, 使学生建立起物理思想, 培养学生的创新思维。
参考文献
[1]褚圣麟.原子物理学[M].高等教育出版社, 1979:29.