高效工艺参数（共7篇）
高效工艺参数 篇1
摘要：本研究以泰康镇奶牛广场的新鲜奶牛粪便为原料,综合分析厌氧发酵机理,确定一级厌氧和二级厌氧发酵的工艺参数,为寒区兴建大型沼气工程提供试验基础。
关键词：牛粪,CSTR,折流反应器,产气率
厌氧发酵[1,2]是将畜禽粪便、农作物秸秆及工农业排放废水中所含的有机物在适宜的厌氧条件下,通过微生物的作用,最终转化为沼气的过程。在此过程中,温度是影响厌氧发酵的关键因素。厌氧发酵微生物对温度的要求范围较宽,一般在10℃～60℃都能生长[3,4,5]。
本研究充分考虑寒区环境特点,在单一厌氧发酵模式下,采取两级厌氧发酵系统对奶牛粪便进行处理,大大提高了原料的利用率,使产气量达到最大程度,解决寒区沼气工程冬季因热能损耗大而不能过冬的技术难题,具有广阔的发展前景[6,7,8]。
1 试验材料与方法
本研究以泰康镇奶牛广场的新鲜奶牛粪便为原料,采用CSTR厌氧发酵装置和厌氧往复折流装置,确定一级厌氧和二级厌氧的各项工艺参数,结合产气量、COD降解率等指标,确定两级厌氧发酵工艺。以产气量作为主要考察指标,通过调节两级厌氧反应器参数,着重考察参数对两级厌氧发酵系统的影响,提高发酵原料利用率,为寒区兴建大型沼气工程提供试验基础。
2 试验方法设计
2.1 一级厌氧发酵试验
2.1.1 单因素试验
投料浓度对平均产气量的影响:将新鲜牛粪分别按照6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%的投料浓度,加入到CSTR反应器中,发酵温度53℃,发酵周期14 d,搅拌时间6 h/d,接种量30%,来研究投料浓度与平均产气量之间的关系。
接种量对平均产气量的影响:将新鲜牛粪分别按照8%投料浓度,加入到CSTR反应器中,发酵温度53℃,发酵周期14 d,搅拌时间6 h/d,接种量梯度为:0%、10%、20%、30%、40%、50%,研究不同接种量与平均产气量之间的关系。
搅拌时间对平均产气量的影响:将新鲜牛粪分别按照8%投料浓度,加入到CSTR反应器中,发酵温度53℃,发酵周期14d,研究在不同搅拌时间0h/d、2h/d、4h/d、6 h/d、8 h/d与平均产气量之间的关系,接种量30%。
2.1.2 正交试验
根据单因素试验结果,选定各因素的水平,对投料浓度、接种量、搅拌时间三个因素选用L9(34)表,进行正交试验,全面考察各因素对产气量效果的影响,并通过极差分析获得较优组合。
2.2 二级厌氧发酵试验
将一级厌氧发酵最优试验结果经孔径为0.5 mm的螺杆压滤分离机分离,分析沼液的各项参数,进行二级厌氧发酵的单因素试验。
单因素试验:研究沼液不同温度20℃、35℃、53℃下与产气量之间的关系,分析沼液COD的降解率,水力停留时间。
3 结果与分析
3.1 一级厌氧发酵单因素试验结果与分析
3.1.1 投料浓度对平均产气量的影响
随着投料浓度的增加,平均产气量稳步上升,在投料浓度为8%时达到最大值107.3 L,但是随着投料浓度的继续增加到9%～12%时,平均产气量迅速下降,这是由于在固定接种量为30%的情况下,投料浓度的增加导致厌氧体系中过度产酸,抑制了微生物的甲烷化过程,使平均产气量迅速下降,故选取固含量为7%、8%、9%的三个水平进行正交试验。
3.1.2 接种量对平均产气量的影响
随着接种物(上批厌氧发酵物)接种量的增加,可提高厌氧体系中的产甲烷菌群总量,使得牛粪中大分子有机物经水解酸化阶段后迅速甲烷化,既可防止罐内酸化中毒,又可加快反应进程。因此,在接种量为0%-30%时,平均产气量有上升趋势,尤其在10%～30%时平均产气量呈对数增长,在接种量为30%时,达到最大值100.5 L。但是在接种量为30%～50%时,平均产气量迅速下降,究其原因是由罐内的装料容积引起的。在装料容积保持不变的情况下,随着接种量的增加,导致投料量减少。虽然接入了大量的甲烷菌群,但是微生物可利用的底物减少,使平均产气量下降。综上所述,选取接种量为20%、30%、40%的三个水平进行正交试验。
3.1.3 搅拌时间对平均产气量的影响
结果显示,随着每天搅拌时间的延长,平均产气量也随之缓慢增加,而对平均产气量的影响不大。但是在不搅拌的情况下,平均产气量较每天搅拌2h的试验组高,原因可能是在厌氧消化过程的初始时期,罐内还处于好氧阶段,抑制了罐内液面处甲烷菌的生长,如果这时搅拌开启,会使更多的甲烷菌受到抑制,所以在进料初期不宜搅拌。在厌氧消化后期,则是搅拌时间越长越有利于甲烷菌与底物之间的作用面积,故选取4 h/d、6 h/d、8 h/d三个水平进行正交试验。
3.2 一级厌氧发酵正交试验结果与分析
以上述三项单因素试验分析结果为基础,进行正交试验,并进行极差分析。正交试验方案和结果如表1所示。
由极差分析可知,各因素对平均产气量影响计算值的大小顺序为A>B>C,即投料浓度>接种量>搅拌时间,最佳的因素水平组合为A3B1C1,即投料浓度9%、接种量20%、搅拌时间4 h。而利用单因素试验结果做因素效应曲线图得到的观测值为A2B2C3,即投料浓度8%、接种量30%、搅拌时间8 h。将结果进行验证试验,结果为通过正交计算得到的工艺参数是准确的,最佳的因素水平组合为A3B1C1,其平均产气量为157.8L。各因素与水平直观图如图1所示。
进行正交结果方差分析可知,A投料浓度为显著性因素,采用q检验法对A因素各水平进行多重比较,根据表2计算LSRα,k得出,在α=0.05水平下,A1与A2均数间差异不显著,其余均数间均差异显著。在α=0.01水平下,A1与A2均数间差异不显著,其余均数间均差异显著。多重比较结果显示,以A3最好,即投料浓度为9%对试验所取得的效果最好。对于B、C因素,由于各水平间的差异不显著,所以理论上可以在各自所取得的水平范围内任意选取一水平,实践中可从操作的难易度、成本的经济性、试验条件的可行性等方面综合因素考虑确定。三个投料浓度水平对试验效果的多重比较,如表2所示。
3.3 二级厌氧发酵单因素试验结果与分析
由于二级厌氧发酵试验采用200 L厌氧往复折流复合反应器,其最大的水力停留时间(Hydraulic Retention Time简写作HRT)为反应器有效容积与水流速度之比,即HRT=V/Q (h)=134/(4.8×80%)=35 d,为方便观测沼液二级发酵过程中不同温度下COD的去除率及产气量的影响关系,在折流反应器的出料管位置下部增加4个出料口,使得HRT可调整为7 d、14d、21 d、2 d、35 d。由下图可以看出沼液不同温度20℃、35℃、53℃下与COD的降解率、产气量、水力停留时间之间的关系。
根据一级厌氧发酵试验结果,测得经固液分离机分离的沼液COD为24 800 mg/L,由图2所示沼液COD含量在0～7 d内迅速下降,因为沼液刚进入反应器内,往复折流板限制了沼液的流速,其中的悬浮固体被沉降在反应器底部,导致发酵前期COD降解的效果比较明显,由次要坐标轴显示的数据看,53℃时沼液平均产气量比35℃和20℃的产气量高,这是由于二级厌氧发酵试验的温度与一级发酵试验时相同,而35℃和20℃的试验组则需要菌种的适应时间,故在发酵初期产气量不高。在7～35 d发酵期间内,沼液COD呈缓慢下降趋势,其中35℃和53℃的试验组在35 d时达到900 mg/L以下,而各温度试验组的产气量虽有提高,但是在21 d时,35℃试验组的产气量高于53℃试验组,原因是由于高温菌群经过了一级厌氧发酵,继续发酵产气量呈下降趋势,而35℃试验组在21 d后产气量超过了53℃实验组,考虑是中温菌群的作用所致,需要进一步研究。35℃和53℃的试验组平均产气量均高于20℃试验组。综上所述,根据试验条件的可行性、成本的经济性等方面的因素,二级厌氧发酵试验的发酵温度为35℃。
4 结论
本研究利用畜禽粪便进行厌氧发酵生产沼气,不仅可以从源头上减少焚烧干牛粪所带来的环境污染,并且可以产生大量的有机生态肥——沼渣,施用沼渣可很好地改善土壤理化性状,提高土壤肥力,减少使用化学肥料所带来的环境污染,加快生态农业建设。另外,通过高温厌氧发酵能杀死畜禽粪便中的病原虫卵,避免畜禽粪便直接还田所产生的作物病虫害等问题。
项目组根据寒区大型沼气工程发酵原料利用率低、冬季不能连续稳定运行的问题,运用CSTR反应器和厌氧往复折流反应器两级厌氧发酵系统对奶牛粪便进行处理,使发酵原料高效利用的同时,降低后续沼液处理工艺的难度,达到最佳的厌氧发酵效果。一级厌氧发酵试验得到最优工艺条件组合为投料浓度9%、接种量20%、搅拌时间4 h。二级厌氧发酵试验的最适温度为35℃。为充分发挥现有工艺设施的潜力,进一步提高我国的畜禽粪便综合处理效率,实现沼气工程的工业化生产,特别是对以牛粪作为发酵原料的大型沼气工程提供基础参考数据。
参考文献
[1]杨小芳,伏健,董琦,等.奶牛场粪便处理技术研究进展[J].湖南畜牧兽医,2012.(06):14.
[2]ISMAIL M.NASIR.TIN1A I.MOHD GHAZI.ROZITA OMAR et al.Anaerobic digestion technology in livestock manure treatment for biogas production:A review[J].Engineering in Life Sciences,2012,12(3):258-269.
[3]关正军.李文哲,郑国香.等.牛粪固液分离液两相厌氧发酵技术[J].农业工程学报,2011,27(7):300-305.
[4]李裕荣,刘永霞,赵泽英,等.畜禽粪便厌氧发酵的产气特点及其发酵物养分的变化动态[J].西南农业学报,2012,(06):2305-2310.
[5]李艳宾,张琴,李为,等.接种量及物料配比对棉秆沼气发酵的影响[J].西北农业学报,2011,20(1):194-199.
[6]JIAJUN WANG.CHIQING DUAN.YAQIN JI etc.Methane emissions during storage of different treatments from cattle manure in Tianjin[J].Journal of Environmental Sciences,2010,22(10):1564-1569.
[7]方华舟.安冬梅.王培清.等.牛粪自然好氧发酵微生物变化规律[J].环境工程学报,2013,(01):333-339.
[8]韩敏,刘克锋.高程达.沼液无害化处理和资源化利用文献综述[C].中国环境科学学会.2013:14.
高效工艺参数 篇2
1.1 水力停留时间对去除效果的影响
HRT是影响两级高效藻类塘与水生植物塘净化效果的重要因素之一。因为在高效藻类塘与水生植物塘运行过程中, 当HRT过小时, 水中的污染物质不能被藻类和微生物等充分的吸收和分解, 也不会由于沉淀或者挥发作用而呈现出明显减少的趋势, 这样就会使藻类塘和水生植物塘出水中污染物的浓度依然较高, 出现去除效果不佳的现象。当水力停留时间过长时, 由于藻类和微生物的同化吸收等作用, 会使水中营养物质的浓度降低, 甚至会出现水中营养物质不足的现象, 使藻类和微生物的活性减弱, 进而使污染物的去除效果降低。综上所述, 本实验选择HRT为2d、3d和4d进行实验。
1.2 水深对净化效果的影响
水深是影响高效藻类塘运行效果的一个重要因素。高效藻类塘的水深较深时, 阳光不能照射到塘的底部, 藻类塘底部的藻类不能进行或者只进行微弱的光合作用, 不能为藻类塘底部供给足够的氧, 这就使藻类塘底部DO浓度降低, 形成缺氧层, 使好氧微生物不能降解水中的污染物进行正常的生理活动, 从而导致污染物的去除率降低。当藻类塘中水深较浅时, 由于藻类塘中水的体积较小, 所以水中所含的藻类和微生物的生物量均较少, 大量的污染物未经吸收或者处理就随水流出, 使出水中污染物的浓度依然较高。合适的水深, 阳光可以直接照射到塘底部, 既可以保证藻类塘中有足够多藻类的生物量, 又可以使塘底部的藻类进行正常的光合作用, 产生氧气, 使水体中DO的浓度升高。在O2的条件下, 好氧微生物生理代谢活动强烈, 吸收水体中大量的污染物, 进而使污染物去除率升高。所以选择合适的水深是高效藻类塘高效运行的一个前提。综上所述, 在本实验中选择藻类塘和水生植物塘的水深为30cm、40cm和50cm进行实验。
1.3 光补偿对净化效果的影响
光照是影响藻类塘中藻类生长和微生物活性的重要因素, 同时光照还是藻类塘中水温变化的主要原因。在一定的光照时间长度和光照强度范围内, 光照时间越长、光照强度越大, 藻类塘中藻类的生长繁殖就越快, 藻类的光合作用就越强, 藻类塘中DO浓度升高, 好氧微生物的活性就越强, 对污染物的去除率就升高。当光照时间过短或者光照强度较弱时, 藻类生长速度缓慢, 光合作用弱, 对水中污染物的净化效果降低。由于进水藻类和微生物生理活动能力等因素的限制, 当光照时间过长时, 水中污染物的去除效果就会维持在一定的水平不变, 所以也不是光照时间越长, 污染物的去除效果越好。综合考虑, 在本实验中确定光补偿条件下每天的光照时间为12h, 光暗比为1:1。当自然光照不足12h时, 用日光灯做光源进行照射。
2 水生植物塘净化效果研究
2.1 水生植物塘对COD净化效果
当进水COD平均浓度为73.83mg/L时, 出水中COD平均浓度为59.24mg/L, 平均去除率为20.73%。
2.2 水生植物塘对TP和PO43--P净化效果
进水中TP浓度为1.75mg/L~3.14mg/L时, 出水中TP的平均浓度为1.49mg/L, 平均去除率为30.75%。水生植物塘进出水PO43--P浓度变化可知, 进水PO43--P浓度为1.97mg/L~2.56mg/L时, 出水中PO43--P浓度为1.5mg/L, 去除率为29.76%。
2.3 水生植物塘对TN和NH4+-N的净化效果
研究期间水生植物塘对NH4+-N的去除率有逐渐升高最后达到稳定的趋势, 期间水生植物塘对NH4+-N的平均去除率可以达到77.69%。水生植物塘中的水深为50cm, 这就使水中存在好氧层和缺氧层, 加之塘底一定厚度附有微生物的砾石基质, 所以在水生植物和细菌等微生物的共同作用使水中的NH4+-N有很好的去除率。TN浓度变化情况可知, TN的去除率较为稳定, 运行期间TN的平均去除率为25.79%。
2.4 水生植物塘进出水NO3--N和NO2--N浓度变化
NO2--N浓度变化不大, 而NO3--N浓度在水生植物塘中出现明显减少的现象。其原因可能是在水生植物塘中NH4+-N大量存在的条件下水生植物不直接吸收NO3--N, 而是优先利用NH4+-N作为氮源供自身的生长需要, 由此可知水生植物塘中NO3--N的减少不是由于水生植物吸收而引起的。水生植物塘中NO3--N的减少有两个途径, 第一就是由于水生植物的吸收;第二就植物塘中的反硝化作用。由前面分析可知, 在NH4+-N充足的条件下发生第一个途径是不可能的, 所以我们认为水生植物塘中NO3--N的减少是由反硝化作用引起的。
3 水生植物塘除藻研究
水生植物塘的主要作用就是去除二级高效藻类塘出水中的藻和仅以净化水质。进水中Chl-a浓度较高且有轻微的波动, 变化范围为0.16mg/L~2.16mg/L, 研究期间平均值为1.6mg/L。而出水中Chl-a浓度变化不大, 较为稳定, 变化范围为0mg/L~0.025mg/L, 研究期间平均值为0.01mg/L。对Chl-a的平均去除率可以达到99.38%。由此看来, 水生植物塘确实是一种可行的高效藻类塘后续除藻的设施, 与高效藻类塘结合可以成为一种去除效果很好的联用塘污水处理工艺。
4 结论
本章通过对两级藻类塘与水生植物塘联用工艺运行参数和水生植物塘水质净化效果的研究, 得出的主要结论如下:
1) 两级藻类塘与水生植物塘联用工艺的最佳运行参数为:HRT=4d、水深为50cm、通过光补偿保证每天光照时间为12h、进水中PO43--P浓度为2.4mg/L~4mg/L、TP浓度为2.6mg/L~4.72mg/L、NH4+-N浓度为13mg/L~17mg/L、COD浓度为90mg/L~140mg/L、TN浓度为15.16mg/L~28.45mg/L;
2) 水生植物塘对二级高效藻类塘出水中藻类和浊度去除率分别为99.38%和89.12%。
摘要：本文主要研究两级高效藻类塘与水生植物塘在不同水力停留时间 (HRT) 、水深、污染负荷和有无光补偿等运行条件下对水质的净化效果, 确定高效藻类塘与水生植物塘联用工艺的最佳运行条件。
关键词：高效藻类塘,水生植物塘,工艺参数
参考文献
[1]范成新.太湖非点源污染负荷与对策研究[J].河海大学学报, 1996.
高效工艺参数 篇3
双层卷焊管是由成型机将双面镀有钎料(铜)的带钢沿带宽方向卷曲720°,然后通过加热装置将管筒层间焊成一个整体——钢管[1]。按成型、钎焊工序是否连续进行,双层卷焊管的生产工艺可以分为连续式和半连续式。连续式生产线结构紧凑,生产速度快,容易实现自动控制。
如图1所示,该连续式制管生产线主要由开卷机、成型机组、钎焊炉、冷却管、牵引机、矫直辊系、涡流探伤仪和成卷机组成。
1-开卷机;2-成型机组;3-钎焊炉;4-冷却管;5-一次牵引机;6-垂直矫直装置;7-涡流探伤仪;8-水平矫直装置;9-二次牵引机;10-气动标定装置;11-成卷机
当生产线运作时,放置于开卷机上的双面镀铜钢带在牵引力的作用下进入成型机组,由成型辊系卷轧720°形成双层卷焊管管筒;再经芯棒和辊轮定径后进入电阻直热式钎焊炉,管筒层间铜料在1 200℃高温下熔化相互渗透,冷却后牢固结合在一起;双层卷焊管出炉后在一次牵引机的带动下进入涡流探伤仪,进行焊接质量检测,缺陷处由标定装置自动标记;最后卷焊管在成卷机上自动成盘。其中牵引机通过闭环直流调速以保证制管速度的稳定和生产线的连续运转。在进行探伤检测时,焊管在前后垂直和水平矫直轮的作用下形成多个支点,同时受到二次牵引装置的拉力张紧而不产生抖动,保证了涡流探伤的正常进行。
2双层卷焊管的制造工艺分析
双层卷焊管的制造工艺可分为开卷、卷管、钎焊、冷却、矫直、探伤、成卷等工序。整个过程是不间断连续完成的,其中,卷管成型质量是影响双层卷焊管尺寸的关键工序,而钎焊又是影响双层卷焊管成型质量的关键工序,所以本文重点介绍卷管和钎焊两个工序。
2.1 卷管成型
在双层卷焊管的生产中,管筒成型过程是全部生产工序中最困难也是最重要的一道工序,管筒成型质量的好坏不仅直接影响成品管的尺寸和形状精度,而且对后续焊接工艺的成败也有着决定性影响[2]。双层卷焊管的卷管成型是通过水平辊与立辊交替布置的成型机组完成的,其成型过程如图2所示。
成型机装置由坡口辊、成型辊及定径辊、芯棒及传动装置等组成。双层卷焊管成型示过程可分为3个阶段。
(1)轧边阶段。
首先在坡口辊的辊轧作用下,钢带边缘被轧压成一定角度的坡口,其目的是使双层管内层、外层能平滑搭接。
(2)卷管阶段。
在第一个参加主要成型的水平辊上,将内圈按单半径弯曲,将外圈弯成有一过渡圆角的直角边;再以成型的直角边定位,在立辊和水平辊的共同作用下,另外一边逐步沿径向旋转卷曲形成内圈,其剩余部分成型为外圈。此时并未完全成圆形。
(3)定径阶段。
定径辊与芯棒配合,对未成形的管子进行二次整形,使内外层紧密贴合,成为完整的圆管状,达到焊管内、外径基本尺寸要求,并为下一步的钎焊能顺利进行提供基础。
2.2 钎焊
如图3所示,钎焊装置主要由加热区、焊接区、压力辊、保温冷却区、电极等几部分组成。由成型机供给的管筒以一定的速度经滑动电极进入保温良好的钎焊腔,与滚动电极接触,两电极间的管筒经电极与电源构成回路,管子在由滑动电极到滚动电极的运行过程中,逐渐加热,到达正极时达到最高温度即钎焊温度。这时不需要对管筒施加任何外加载荷,由于铜具有较好的液态流动性和在钢中的快速扩散性,待冷却后使层间牢固地粘合在一起。其关键是炉内温度的控制和表面镀层的防氧化问题,钎焊是在导管内的还原气氛下进行的,保护气体为氢气[3,4]。
1-被焊管;2-滑动电极;3-焊腔保温筒;4-滑动电极支撑杆;5-滚动电极
钢管从钎焊炉加热区段出来后进入冷却区,并在保护气氛下进行炉内冷却,这时层间与表面的铜层开始凝固。钢管在冷却区出口处表面温度要降到100℃左右才能出炉,这样可以避免镀铜层因接触空气而发生氧化变色(铜的氧化温度约350℃)。采用炉冷—空冷—水冷的冷却方式可以确保成品管的退火质量。
3工艺参数的检测与控制
3.1 工艺参数
为满足双层卷焊管的尺寸精度及表面质量要求,提升产品的焊接质量和使用性能,降低废品率,整个生产过程对工艺参数的控制十分严格,而定径压力、钎焊温度、运行速度是控制的重点。
(1)定径压力。
为保证管筒层间紧密贴合,在定径阶段需对管筒施加一定的定径压力,如果定径压力过小则会降低层间的焊合率,但是如果定径力过大不仅会导致两层间过大的扭曲变形甚至失稳,还会使芯棒的轴向拉力急剧增加而断裂。由于受成品管的尺寸限制,芯棒拉杆的截面不能取得很大,尤其在成型小直径的双层卷焊管时,拉杆的横断面积非常小,成为最薄弱的环节。
(2)钎焊温度。
在加热区内,卷焊管的温度由常温一直增加到1 200℃以上,并且其在运行方向各点段的电阻值也极不均匀,是一个变化量,但电阻值与最高温度有关。若温度偏低,管材焊接不牢;若温度过高,则管材会烧断或者管材表面的铜完全熔化而向下流淌形成铜瘤。因此保证炉内温度的稳定是焊接过程的关键。
(3)运行速度。
在温度一定的情况下,卷管管径较小时,生产线管材运行速度相应要快一些,不然会导致卷管被烧坏。因此不同管径的卷管对制管速度的要求是不一样的。双层卷焊管生产线的生产速度控制范围为10 m/min～27 m/min,成型机组制管速度与一次牵引机、二次牵引机的牵引速度要匹配,以保证整个生产线的运行稳定,并且一次牵引机的牵引速度略大于制管速度,使钢管处于张紧状态。
3.2 工艺参数的控制
如图4所示,控制系统由触摸屏、中央控制器、现场总线、传感器及执行器组成,控制对象为制管速度、一次牵引速度、二次牵引速度、芯棒拉力、钎焊温度。
各工艺参数控制原理如下:
(1)芯棒压力的在线监测。在制管过程中,通过压力传感器将芯棒的拉力数据传输到编程控制装置上,调节杆依据事先确定的参数进行调整,通过参数确认芯棒的位置,避免了人工调整芯棒的不确定性。同时,该装置对实时数据采集分析,若测值为零,即芯棒断裂时,立即发出停车指令,以减少原材料浪费,降低废品率。
(2)钎焊温度的检测与控制。生产线启动后,管材开始自动升温,红外测温探头将检测到的温度信号转换成电流信号反馈给编程控制装置,经编程控制装置转换为数字信号后输出到显示屏,同时控制器将接收到的温度与设定的温度进行比较处理,经转换处理后控制电力调整器以调整电压大小,使炉内温度逐渐稳定。
(3)运行速度的检测与控制。生产前先设定工艺速度,生产线启动后将检测的速度脉冲信号反馈给中心控制系统的PLC,经PLC处理后输出到变频器的控制端,通过调节变频器的频率来控制变频电机的速度,使生产线管材运行速度自动达到设定速度并保持稳定。
4小结
本文对双层卷焊管生产线的关键工艺及其控制参数进行了研究,为实现双层卷焊管生产线的自动化控制奠定了基础。
摘要：介绍了双层卷焊管生产线的结构组成,重点分析了生产工艺中卷管成型和钎焊等关键工序,并对生产线中关键工艺参数的检测与控制进行了研究。
关键词：双层卷焊管,钎焊,卷管成型,工艺参数
参考文献
[1]刘承杰,于恩林,吴坚.双层卷焊管的生产研究[J].鞍钢技术,1994(5):42-44.
[2]于恩林,赖明道,吴坚.双层卷焊管成型质量的理论分析及实验研究[J].钢铁,1996(1):40-44.
[3]米俊如.双层卷焊管连续焊接工艺与设备[J].电焊机,1994(1):28-30.
糙米发芽工艺参数的研究 篇4
笔者通过设定不同浸泡温度、浸泡时间、发芽温度、发芽时间来探索糙米发芽的最佳工艺参数, 并对其进行优化, 以期快速获得糙米发芽条件, 节约生产成本, 提高生产效率。
1 实验所需材料与设备
实验材料为 “威优短种”籼稻谷。试剂和仪器设备为蒸馏水;次氯酸钠 (分析纯) ;HH-2 型显恒温水浴锅;GZX-9146MBE型电热恒温鼓风干燥箱;VJLGJ4.5 型检验砻谷机;HPX-9162MBE型电热恒温培养箱;Sartorius BSA124S型电子分析天平。
2 实验方法
2.1 发芽糙米的制备步骤
1) 稻谷的选取:选用籽粒饱满、整齐、粒质阴熟、裂纹粒少且无虫病害、发热霉变的稻谷作为实验对象。
2) 糙米的制备和筛选:将稻谷用检验砻谷机砻壳后过40 目的标准不锈钢筛, 得到含胚糙米, 糙米中无未成熟粒, 无胚米及石头等杂质。
3) 数样:数取糙米样品210 份, 每份100 粒。
4) 糙米的清洗和消毒:将糙米放入烧杯中, 用自来水冲洗3 遍, 洗去表面的糠粉和灰尘后再用蒸馏水冲洗3 遍, 沥干后, 用0.12 mol /L的次氯酸钠溶液消毒25 min, 再用纯净水冲洗3 遍。
5) 糙米的浸泡与萌芽:取糙米样品, 用消过毒的纱布包好置于烧杯中, 设置不同的时间, 放入特定温度恒温水浴锅中浸泡, 之后将样品取出放置于恒温培养箱中, 培养一定时间后取出样品计算每份糙米的发芽率, 根据数据作图比较。
6) 糙米的清洗、 酶活性的终止:将按设定时间进行浸泡和发芽后的糙米迅速取出, 用纯净水冲洗3 遍后, 再用75~80 ℃的热水进行灭酶处理10 min, 将水沥干待用。
7) 数粒:将沥干水后的发芽糙米倒入培养皿中, 用放大镜观察并数取发芽糙米粒数。
发芽率计算:发芽率=发芽糙米粒数/糙米总粒数×100%。
2.2 不同浸泡温度和时间对发芽率的影响
取18 份经第4 步骤处理后的糙米样品, 按第5步骤分别在25 ℃, 30 ℃, 35 ℃条件下的恒温水浴锅中浸泡 (重复3 次) , 分别浸泡4 h, 6 h, 8 h, 10 h, 12 h, 14 h, 在30 ℃ 恒温培养箱中培养20 h, 按第6 步骤、第7 步骤计算每份糙米的发芽率。
2.3 不同发芽温度和时间对发芽率的影响
取27 份经第4 步骤处理后的糙米样品, 按第5步骤将此样品置于30 ℃的恒温水浴锅中浸泡12 h (重复3 次) , 再取出样品分别置于25 ℃, 30 ℃, 35 ℃恒温培养箱中, 设置9 个发芽时间, 每隔4 h分别取出一份糙米样品, 最后按第6 步骤、第7 步骤计算糙米的发芽率。
2.4 不同浸泡时间和发芽时间对发芽率的影响
取16 份经第4 步骤处理后的糙米样品, 按第5 步骤将此样品置于30 ℃的恒温水浴锅中浸泡6 h, 8 h, 10 h, 12 h (重复3 次) , 再将样品置于30 ℃恒温培养箱中, 然后分别在16 h, 18 h, 20 h, 22 h取出一份糙米样品, 按第6 步骤、第7 步骤计算糙米的发芽率。
2.5 糙米发芽条件的正交优化
取9 份糙米样品, 选择浸泡温度、浸泡时间、发芽温度、发芽时间4 个因素进行正交试验, 各取3 个水平, 以糙米发芽率为考察指标, 进行L9 (34) 正交试验, 正交试验因素水平结果见表1。
3 实验结果与分析
1) 从图1 可知, 在发芽温度和发芽时间一定的条件下, 浸泡温度在25 ℃和30 ℃时, 糙米的发芽率随着浸泡时间的延长而升高, 且在浸泡12 h后发芽率增长趋于缓慢;当浸泡温度为35 ℃时, 浸泡8 h后发芽率会明显下降。同时, 在不同的浸泡时间下, 浸泡温度为30 ℃的糙米发芽率均高于浸泡温度为25 ℃和35 ℃的糙米。因此, 在浸泡温度为30 ℃、浸泡时间为12 h条件下糙米的发芽率最高。
2) 在浸泡温度和浸泡时间一定的条件下, 糙米的发芽率与发芽温度、发芽时间密切相关。在25 ℃和30 ℃条件下发芽率均较35 ℃高, 出芽集中在16~24 h时间段且出芽较整齐;而在35 ℃条件下, 发芽虽较早, 但是出芽率低且芽长不整齐, 其原因可能是由于温度过高, 造成糙米胚芽中的酶活力高峰出现较早, 但峰值及其持续时间较低。发芽糙米要求芽长为0.5~1 mm, 出芽整齐且发芽率较高为优, 因此发芽温度在30 ℃较适宜;从发芽时间来看, 16~24 h发芽率增加得较快, 24 h达到高峰, 以后趋于平稳。因此发芽时间20~24 h为宜 (见图2) 。
3) 从图3 可看出, 在一定的浸泡温度和发芽温度条件下, 当浸泡时间一定时, 发芽率随着发芽时间的延长而提高;在浸泡时间为8~12 h时, 发芽率增长较平稳, 且浸泡时间为12 h, 在不同发芽时间下, 糙米发芽率均高于其他浸泡时间。
4) 比较本试验中浸泡温度、浸泡时间、发芽温度、发芽时间, 利用极差公式R=Kimax-Kimin计算4因素中R值的大小, 可以看出4 个因素的主次关系为:浸泡温度>发芽时间>发芽温度>浸泡时间。最终根据实验结果可以得出糙米最适宜的发芽条件为:浸泡温度30 ℃, 浸泡时间10 h, 发芽温度30℃, 发芽时间16 h。
4 结束语
综上所述, 经对以上实验结果分析, 得出发芽糙米极大地改善提高了糙米的营养价值和商业价值, 不仅可以作为主食食用, 也可作为膳食的营养补充剂或功能性食品的原料、配料使用。此外, 发芽糙米也可广泛用于医疗、乳制品、酿酒等行业, 具有广泛的市场潜力和开发价值。
摘要：通过对浸泡温度、浸泡时间、发芽温度及发芽时间对稻谷发芽率的影响进行研究, 并应用正交试验对影响糙米发芽的多因素进行优化, 结果发现:浸泡温度30℃、浸泡时间10 h、发芽温度30℃和发芽时间16 h条件下糙米的发芽率最高, 同时生产成本大幅降低、生产效率得到显著提高。
大豆膳食纤维酸奶工艺参数优化 篇5
1 材料与方法
1.1 供试材料
新鲜无抗牛乳;乳酸菌(嗜热链球菌∶保加利亚乳杆菌=1∶1,常州益加菌生物科技有限公司);脱脂乳粉(市售);蔗糖(市售);大豆膳食纤维(山东省大豆蛋白有限公司)。
1.2 主要仪器设备
MD100-2电子分析天平(沈阳华腾电子有限公司);SPH-250生化培养箱(上海森信实验仪器有限公司);Scien TZ-04无菌均质机(宁波新艺生物有限公司);LDZX-50KBS高压灭菌锅(上海申安医疗器械);JJ-1精密增力电动搅拌器(常州光华电器有限公司);超净台、电子天平、电冰箱等。
1.3 试验方法
1.3.1 工艺流程。具体如图1所示。
1.3.2 工艺操作要点。
具体如下:(1)发酵剂的制备。将脱脂奶粉与水以1∶9混匀,121℃杀菌15 min,冷却至45℃,再以无菌方式接入2%充分活化的乳酸菌。42℃下发酵,静置培养至凝固。然后再从培养基底部吸取1~2 m L培养液,接入灭菌过的装有500 m L生奶的1 000 m L三角瓶中,培养至凝乳,4℃冷藏保存,作为工作发酵剂待用。(2)配料、预热、均质。将大豆膳食纤维、稳定剂、蔗糖溶液加入到高速搅拌器中,并用90℃热水溶解,80℃保温30 min,让稳定剂溶解充分,并杀死其中的微生物。然后打入预热好的鲜奶中。混合液预热至60~65℃,20 MPa下均质。(3)杀菌、冷却、接种、发酵、冷却后熟。混合液在95℃,保持5~10 min,然后迅速冷却至42℃,在无菌条件下接种,接种量2%~4%,然后在42~43℃培养3~5 h。发酵3 h后,每10 min检测p H值,待p H值为4.2时终止发酵[5]。采用二步冷却工艺,先置于空气中自然冷却至20~24℃,紧接着冷却至10℃以下,持续5~6 h,移至0~4℃冰箱冷藏后熟[6]。
1.3.3 理化指标的测定。
具体如下:(1)p H值测定。用Seven Multi(S40)p H计直接测定。(2)乳清析出量的测定。将装有成品酸奶的容器慢慢倾斜,乳清引入到10 m L量筒中读取数值(事先在量筒中加水到1 m L刻度处)[7]。
1.3.4 工艺优化试验设计。
具体如下:(1)单因素试验。分别考察大豆膳食纤维添加量、发酵剂接种量、蔗糖添加量及稳定剂PGA添加量对大豆膳食纤维酸奶品质的影响。(2)响应面优化试验。在单因素的基础上,初步确定各成分适宜的添加量。根据Box-Behnken中心组合试验设计原理[8],设计4因素3水平的响应面分析试验。因素水平如表1所示。
注:膳食纤维、接种量、蔗糖、PGA的单位为%。
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果与分析
大豆膳食纤维酸奶发酵过程中预先设定发酵温度为42℃,其余大豆膳食纤维添加量为1.5%,接种量为3.0%,蔗糖添加量为6.0%,PGA添加量为0.3%,考察这4个变量对酸奶品质的影响时,保持其余3个量不变,只改变考察量。
2.1.1大豆膳食纤维添加量对酸奶品质的影响。
随着大豆膳食纤维添加量的增大,凝乳状况变得不均匀,色泽度也逐渐变差,而且当添加量达到2.5%时,有明显的粗糙感和豆腥味。感官分值变化如图2所示。
2.1.2 发酵剂接种量对酸奶品质的影响。
接种量小于3%时,酸奶发酵不完全,凝乳不结实且凝乳慢,味过甜,有乳清析出等缺陷;当接种量大于3%时,酸奶口感细腻、爽口,酸甜度适中,质地均匀、紧密,微量或无乳清析出;接种量过大会造成酸奶味道尖酸,品质下降。感官分值变化如图3所示。
2.1.3 蔗糖添加量对酸奶品质的影响。
蔗糖添加量为6.0%时,酸奶的感官品质较好。当添加量低于6.0%时,酸奶味道略酸,口感较差;高于6.0%时,酸奶味道过甜,适口性差,而且蔗糖添加量过多也不利于人体健康。感官分值变化如图4所示。
2.1.4 稳定剂PGA添加量对酸奶品质的影响。
PGA添加量的改变主要是对酸奶组织状态和凝乳状况影响比较大,对其他感官方面影响较小。PGA添加量过小酸奶的黏度低,稳定性差,添加量过大酸奶的组织状态差,乳清析出较多,且凝块坚实,感官差。感官分值变化如图5所示。
2.2 响应面优化试验结果与分析
2.2.1 回归模型的建立。
用SAS9.1软件对表2数据进行分析,初步得出如下回归方程:Y=94.466 67+0.741 667A+1.758 333B+0.791 667C+0.041 667D-4.820 833A2-0.225AB-0.55AC-0.7AD-5.995 833B2-0.15BC-0.45BD-3.320 833C2-1.175CD-1.645 833D2,R2=0.958 0。由表3可以看出,模型的P=0.000 1<0.01,表明模型方程极显著,不同处理间差异极显著。
2.2.2 响应面分析。
由图6可以看出,随着稳定剂PGA添加量的增加,感官分值先升高而后缓慢下降,而随着膳食纤维添加量的增大,感官分值首先快速升高而后快速下降;从等高线图也可以明显看出,二者相比膳食纤维添加量对酸奶品质的影响较为显著。所以选择适宜的大豆膳食纤维添加量对酸奶品质的好坏尤为重要。
由图7可以看出,随着PGA添加量的增加,感官分值先升高而后趋于平缓,随着蔗糖添加量的增加,感官分值先升高后下降,这其中蔗糖下降的比较快;从等高线图反映出,蔗糖的等高线比稳定剂PGA的等高线陡峭,且二者之间的相互作用显著。
2.2.3 验证试验。
根据Box-Behnken中心组合试验所得的结果,利用SAS9.1软件计算出最佳配方:大豆膳食纤维添加量为1.54%、发酵剂接种量为3.15%、蔗糖添加量为6.24%、稳定剂PGA添加量为0.29%。为了便于操作实施将参数修订为:大豆膳食纤维添加量为1.5%、发酵剂接种量为3.2%、蔗糖添加量为6.2%、稳定剂PGA添加量为0.3%。按照最佳优化工艺条件,做3组平行试验进行验证,得到酸奶感官分值的平均值为94.52分,与理论值(94.67分)接近。可见,通过响应面优化法所得到的回归方程是可靠的,是具有一定指导意义的。
3 结论
该试验通过单因素试验和4因素3水平的响应面试验,建立各因素与响应值之间的数学模型,进而得出大豆膳食纤维酸奶的生产工艺最优理论值为:大豆膳食纤维添加量为1.5%、发酵剂接种量为3.2%、蔗糖添加量为6.2%、稳定剂PGA添加量为0.3%。经验证得出此条件下产品的感官分值为94.52分,与理论值94.67接近。此时酸奶感官品质最佳,质构良好,均匀、紧密,口感细腻爽滑,有光泽性,乳香味浓郁。该研究生产的大豆膳食纤维酸奶不仅风味良好,而且添加的膳食纤维使酸奶的营养和保健作用得到了强化,有很好的市场前景。
参考文献
[1]张晓敏,邓尚贵,韩燕.膳食纤维的功能及其在食品中的应用[J].农产品加工:学刊,2007(11):40-42,45.
[2]郑建仙.第七大营养素──膳食纤维[J].药膳食疗研究,1995(1):11-13.
[3]宗宪峰.酸奶的营养价值与保健功能[J].中国食物与营养,2008(9):60-61.
[4]王林山,王松江,杨玉娟.玉米膳食纤维酸奶的研制[J].粮食与食品工业,2006,13(5):32-33.
[5]李勇,欧国兵,董翠芳.搅拌型菠萝汁酸奶生产工艺的优化[J].中国奶牛,2008(4):43-45.
[6]白婕,沈银梅,余庆斌.豆渣膳食纤维酸奶的研制[J].中南林业科技大学学报,2012,32(10):179-183.
[7]徐光鹏.菊芋酸奶工艺优化及营养学评价[D].郑州:郑州大学,2011.
煤粉锅炉SCR工艺参数优化 篇6
随着我国经济的发展,环境恶化问题越来越受到人们的关注,而NOx是一种受到极大关注的污染物,因此降低NOx排放是现阶段重点研究的方向[1]。火力发电厂是主要的NOx排放源,烟气脱硝是我国环保政策的要求,也是火电机组NOx控制排放的必要选择。
烟气脱硝技术是在燃烧后对NOx加以处理,烟气脱硝在各燃煤电站运用的较为普及,已现实应用在电厂的烟气脱硝技术主要有SCR、SNCR及SCR/SNCR结合技术[2]。其中,SCR技术由于具有运行相对平稳、氨逃逸率较低、SCR技术脱硝效率可到达80%~90%等优点而得以推广应用,是全国最为成熟的一种烟气脱硝技术[3]。我国在建的燃煤电厂机组普遍配套建设有SCR脱硝系统或者在现场预留有SCR脱硝系统建设空地。
杨建国[4]等通过燃烧优化调整及SCR脱硝系统运行调整,简要分析了运行工艺参数对氨逃逸率的影响。高岩[5]等通过试验台测定了SCR催化剂活性,分析了空速、催化剂用量、温度、氨氮比、入口NOx浓度等因素对催化剂活性的影响。咸士龙[6,7,8]等对660MW煤粉锅炉脱硝工艺选择以及控制系统进行了相关分析和研究。但煤粉锅炉SCR系统运行影响脱硝效率的因素以及工艺参数优化方面的相关研究还较少。
以某电厂660MW燃煤电站脱硝系统为研究对象,分析影响其脱硝效率的主要因素,找到该SCR脱硝系统运行的最佳工况参数,为已运行电厂脱硝系统改造优化提供借鉴思路。
1 SCR脱硝工艺及影响因素
1.1 脱硝工艺
SCR脱硝装置一般在省煤器出口和空气预热器进口中间位置,还原反应温度合适,但是对催化剂的磨损和堵塞影响较严重[9]。此外,在副反应阶段生成的NH4HSO4与(NH4)2SO4,也会较大程度地腐蚀空气预热器。氨的逃逸率控制在3~5μL/L以下。燃煤电站SCR脱硝装置的工艺流程如图1所示。
1.2 影响因素
1)反应温度。
在一定的反应温度区域内,NOx催化还原反应顺畅。当温度比SCR装置所需反应温度小时,NOx反应速度变小,氨逃逸量变大;当温度比SCR装置所需反应温度大时,N2O产生量变大,以及会导致催化剂失活和烧结。烟气构成和催化剂化学成分决定了SCR装置的实际最佳操作温度。一般情况下使用的SCR催化剂的实际最佳操作温度为300~400℃。
2)空速。
反应物在反应装置中的停留时间长短通常用空速大小来反映[10]。当反应物在脱硝装置中空速越小时,停留时间也就越长,脱硝效率也就越高,反之亦然。此外,温度也在一定程度上影响着SCR所需停留时间,当操作温度与最佳温度相接近时,停留时间较短,空速变大。
3)氨氮比。
按照化学反应方程式,脱除1mol的NO同时耗掉1mol的NH3。当NH3/NO小于1时,NOx的脱除速率与NH3的浓度成正线性关系。相反,当NH3/NO大于或等于1时,NOx的脱除速度与NH3的浓度基本没有关系,当NH3/NO约为1时NOx脱除效率能到95%以上。
4)氧气含量。
当排放烟气的氧含量超过定值后,由尿素溶液喷进炉膛并热解而产生的NH3不但与NOx发生还原反应,还会被烟气中的O2氧化,致使热解产生的NH3被氧化以至于丧失继续脱硝的功能。这样,参与脱硝反应的NH3只是热解产生的一部分,在其他条件不变的情况下,参与脱硝反应的NH3的量就减少了,脱硝效率也就降低了。
5)催化剂。
催化剂是在SCR脱硝系统中,在一定温度条件下使得排放烟气中的NOx与还原剂发生还原反应的物质,选择一种合适良好的催化剂是SCR烟气脱硝技术的关键[11]。催化剂是SCR烟气脱硝装置的重要组成,是SCR烟气脱硝装置的脱硝效率和经济性的主要影响因素。
2 脱硝工艺参数优化
2.1 电厂简介
以某电厂660MW燃煤发电机组煤粉锅炉作为研究对象,锅炉是由上海锅炉厂生产的SG-2080/25.4MXXX型超临界参数变压运行直流锅炉,该锅炉的燃烧方式是从美国进口的低NOx切向燃烧技术,设计和校核煤种均为神华混合烟煤。降低挥发分氮转化成NOx是低NOx燃烧系统设计的主要目标,达到降低NOx排放浓度的目的。锅炉主要设计参数如表1、表2所示。
2.2 试验分析
试验以某电站煤粉锅炉为研究对象,锅炉采用低NOx燃烧技术与SCR烟气脱硝技术。整个试验首先采集该电厂脱硝系统的运行数据,然后对采集来的数据通过计算得出脱硝效率,最后分析数据绘制曲线图并得出结论。
脱硝效率η为:
式中:CNOXR—折算至标准状态、干基、6%的O2下的未喷氨时烟气中NOx浓度;CNOXC—折算至标准状态、干基、6%的O2下的喷氨时烟气中NOx浓度。
在试验过程中通过采集反应温度、空速(停留时间)、氧含量以及氨氮比等主要影响因素的相关数据,分析不同条件下,各因素对脱硝效率变化的影响。为取得单一影响因素的试验效果,各试验过程中选取相同工况,针对需要测试变量进行调整。SCR反应塔中烟气基本工况如表3所示。
2.3 结果分析
1)温度对脱硝效率的影响。
为了分析反应温度对脱硝效率的影响,试验全程使SCR脱硝装置反应温度在300~400℃变化,其他前提根据表3中基本工况为准,试验结果如图2所示。
由图2可以看出,温度对脱硝效率的影响较为明显,在测试的温度区间内,SCR脱硝效率跟随温度的增大,呈先增大后趋于平缓的趋向。当温度增加到280~310℃时,由于在此条件下,催化剂参与反应速度变快,脱硝效率也随即变大。当温度继续增长超过310℃时,催化剂参与反应速度变化不再明显,脱硝效率也不再提高。在温度处于310~350℃时脱硝效率实现最大值。所以,在SCR运行装置中最合理的温度应该在320℃上下。
2)空速对脱硝效率的影响。
脱硝过程是气体流经固体表面发生化学反应的过程,影响其反应水平的主要因素有烟气与催化剂的接触时长、脱硝反应是否完全进行。而烟气与SCR催化剂接触时长主要决定于空速以及催化剂体积。空速越大,烟气在催化剂内停留时间就越少,即反应作用时间越短,脱硝效率越低。在排放烟气流量一定的前提下,增大催化剂体积才能达到降低空速的目的,因此在选择合理空速时应该对脱硝效率和催化剂用量同时进行衡量。现有已运行或者在建的SCR脱硝系统中空速一般为4000h-1上下。
空速对脱硝效率的影响如图3所示。试验全程使空速在2000~10000h-1的区间内变化,其他前提根据表3中基本工况为准。
由图3可以看出,当空速变大即停留时间变小时,总体来看,脱硝效率呈现下降的趋势。虽然总体下降,但在一定空速变化区间内催化剂具备较高活性并且较为稳定。空速在2000~6000h-1时,脱硝效率均比80%高。此空速变化区间内,空速变大,脱硝效率几乎没有变化;空速继续增大超过6000h-1时,脱硝效率开始逐渐减小,之后空速增至8000h-1时,脱硝效率降至68%。由此能够获得空速的最佳值应该在2000~6000h-1变化区间内。
3)氨氮比对脱硝效率的影响。
氨氮比是NH3与NOx的摩尔比。在理想情况下氨氮比取1∶1,然而在实际的SCR装置运行过程中,随着机组运行情况的不同,氨气注入量需随时进行调节。若是氨氮比太小则会造成脱硝反应过程中还原剂供给不足,NOx脱除不完全;若是氨氮比过大则会造成氨逃逸量增长,逸出的NH3会与烟气中的SO2(SO3)、H2O反应形成NH4HSO3,会造成催化剂的微孔构造堵塞,减小反应过程中催化剂接触表面积,最后使得催化剂活性变低,而且所导致的失活也是不能逆转的。此过程中形成的化合物还会吸附烟气中的飞灰,导致空气预热器堵塞,并会腐蚀尾部烟道。
文中通过体积流量计对NH3的投入量进行控制,获得在不同氨氮比下的脱硝效率,进而确定最合理的氨氮比取值。试验过程中控制氨氮比在0.2~1.6的范围内变化,其他条件采用表3所示的基本工况。试验结果如图4所示。
从图4中能够看出,NH3注入量上升,脱硝效率呈先快速增长后基本不变的趋势。在脱硝装置中氨氮比小于1时,随着氨氮比的提升脱硝效率逐渐变大。氨氮比在1.2时,脱硝效率能够增长到81%,直到氨氮比超过1.2时,脱硝效率几乎不再变化。由于继续提高氨氮比会导致氨逸出量的变大,故继续提高氨氮比会提升运行成本。因此,最佳氨氮比是1.2。
4)氧气含量对脱硝效率的影响。
氧气含量对脱硝效率的关系曲线如图5所示。
由图5分析知道,一定条件内氧气含量对脱硝效率有较大作用。在5.5%~5.6%范围内,随着氧气含量的增加,脱硝效率逐渐变大,增大到5.61%时,效率提升到最佳值81.32%,随后脱硝效率随着氧气含量的继续增加而变小。所以,氧气含量最佳值为5.61%。
5)催化剂对脱硝效率的影响。
该电厂燃煤机组使用耐磨型陶瓷纤维板蜂窝式催化剂,其成分是Ti-V-W高温氧化钛基催化剂,它以活性Ti O2为载体,同时添加V2O5金属氧化物来增加其活性。催化剂中V2O5要适量,V2O5的浓度越大催化剂活性越高,但当V2O5的浓度上升超过2%后,SO2向SO3转化率变大,即硫化物含量增加。为了抑制SO2的转化率,需要添加一定量的WO3。V2O5浓度对其性能影响较大,V2O5浓度越高,脱除效率也越高,原因是当V2O5浓度在1.4%~4.5%时,V2O5可以呈等轴聚合的基本形式均匀分布在Ti O2载体上,催化剂活性较高;当V2O5浓度大于6.5%后,脱硝效率逐渐下降,原因是V2O5在Ti O2载体上形成V2O5结晶区,抑制了催化剂的活性。
3 结语
1)在使用SCR烟气脱硝的过程中,脱硝效率随温度增大呈先快速上升后趋于平缓;随空速增大呈先不变后下降;随氨氮比增大呈先快速增长后基本不变;随氧含量的增加呈先上升后下降的趋势。因此,特别要看重脱硝系统的运行温度、空速、氨氮比、氧气含量的合理选择,注重催化剂的选择及活性的变化,只有这样才会使脱硝装置经济有效的发挥其作用。
2)以某电厂660MW燃煤发电机组煤粉锅炉作为研究对象,通过对该电厂燃煤锅炉的SCR脱硝的运行数据进行分析,得到其烟气脱硝的最佳工况为:反应温度320℃左右,空速2000~6000h-1,氨氮比为1.2,氧含量为5.61%,此工况下,脱硝效率能够达到82%。可为燃煤发电厂的污染物净化系统提供一些参考性建议。
参考文献
[1]武宝会,崔利.火电厂SCR烟气脱硝控制方式及其优化[J].热力发电,2013,42(10):123-126,133.
[2]李明.锅炉脱硝系统改造分析[J].节能,2013,32(5)31-34.
[3]安晓玲.SCR法烟气脱硝技术的数值模拟[D].保定:华北电力大学,2009.
[4]杨建国,胡劲逸,赵虹,等.660MW超超临界机组运行方式对SCR系统氨逃逸率的影响[J].动力工程学报,2015,35(6):53-57.
[5]高岩,栾涛,程凯,等.选择性催化还原蜂窝状催化剂工业试验研究[J].中国电机工程学报,2011,31(35):21-28.
[6]咸士龙.660MW机组烟气脱硝控制系统分析及应用[D].北京:华北电力大学,2014.
[7]韩磊磊.沧东电厂四号机组脱硝工艺选择及运行分析[D].保定:华北电力大学,2013.
[8]王瑜.SCR法烟气脱硝系统在660MW火电机组中的应用[D].北京:华北电力大学,2013.
[9]刘景新,王明庭,崔健,等.唐山市发电锅炉脱硫脱硝现状及改进技术研究[J].节能,2016,(2):74-77.
[10]赵晓军,孙记.锦州热电SCR脱硝效率影响因素的试验研究[J].华北电力技术,2011,(6):18-21.
粉状乳化炸药的工艺参数调整 篇7
关键词：粉乳炸药,设备,油相材料,产品质量
粉状乳化炸药生产线是2006年鸡西分公司与石家庄成功科技有限公司合作开发的新一代粉乳炸药生产线。它是将氧化剂水相溶液和油相溶液通过混合形成混合液, 再经真空干燥制得粉体, 加密度调节剂成药。几年间, 先后对生产线进行了设备改造, 为解决药粉输送过程中隔爆问题改造了悬挂式轨道输送系统, 为解决药温高问题, 原混合机改为敞开式螺旋冷却水输送系统, 为解决药量不足问题, 增设压辊装置, 为解决真空度不足问题, 改造了真空冷却系统, 为粉乳生产线的本质安全生产, 优质生产创造了有利条件。
1 制粉工艺的控制
粉乳炸药制粉:本工艺采用连续静态制粉, 一定流量的水相溶液与油相溶液, 经混合器混合后泵入制粉机内, 真空度达到 (-0.09MPa) — (-0.093MPa) 。水相温度和油相温度适中, 得到结构膨松、表面粗糙、多空穴的片状晶体。这种晶体结构包含了过量的微气泡和大的表面积, 经历减压升温、高温沸腾、强制析晶。汽化干燥的过程, 整个膨化过程快速。由于负压的作用, 硝酸铵混合液快速析晶。其中油相溶液初步包覆氧化剂的颗粒, 这要求油相中乳化剂含量适中, 过多的乳化剂使混合液内的水份难以蒸发出去, 导致不膨化。分散剂应该适中, 过少也会导致膨化效果不好。我公司生产的粉乳炸药为连续式制粉机和交替式卸料装置, 保持了氧化剂与可燃剂紧凑均匀接触的特点, 无需引入敏化气泡, 具有良好爆炸性能, 其制粉技术具有创造性为粉乳炸药的应用开辟了新途径。
控制好膨化后粉体的质量决定着药卷的质量。当膨化不好时, 粉体水份大, 严重影响产品质量。另外, 真空度是非常重要的因素, 真空度提高, 溶液沸点温度低于溶液结晶温度的差值增大, 有利于水分蒸发, 使成品中的残留水分减少, 真空度高一些为好, 一般控制在 (-0.09MPa) — (-0.093MPa) , 由于体系中分散剂的加入使膨化过程发生强制性定向性的质的变化;结晶过程中, 结晶热足以保证把加入的水汽化蒸发, 而不需要外部热量, 实际生产中如水相温度超过120℃, 油相温度超过83℃时, 由于硝酸铵混合液在膨化过程中放出大量的热, 导致, 制粉机内温度过高, 不利于硝酸铵混合溶液的析晶汽化过程, 导致粉体发粘, 有大块出现, 下料困难, 水份偏大, 直接影响粉乳炸药的产品质量。
2 油相材料的作用及选择
2.1 粉状炸药的油相材料即是可燃剂又是敏化剂, 在爆破反应能迅速参与反应, 又具有良好的抗水性能和良好的成粉状态, 粉状炸药的状态取决于油相材料中的复合蜡, 随着复合蜡的颜色、熔点、粘度的改变而改变。2.2粉乳炸药由于自身的特性, 还存在着密度小的问题。单位体积的装药量降低, 导致做功能力的明显不足。经过试验, 反复筛选, 选择1#复合蜡作为油相的主要原材料。这是因为:1#复合蜡具有高达13mm2/s-16mm2/s的运动粘度、密度在0.90g/cm3-0.92g/cm3, 较好地包覆在粉体表面, 对预防吸温, 增加药卷密度, 起到了较好的作用, 并提高炸药殉爆距离2cm-3cm。
3 油相配比的选择
粉乳炸药稳定性与油相材料的选择及配比有直接联系, 它决定着炸药外观状态及产品稳定性和抗水性能, 经过反复筛选, 我们选择了自备油相 (乳化剂、分散剂、专用蜡按比例配制) =1:3:21, 加密度调节剂, 性能如表1及与使用复合油相不加密度调节剂 (固态油相、液态油相、按比例调制) 试验对比样品贮存期如表2。
由表2可看出, 使用自备油相生产的粉状乳化炸药, 经过夏季, 储存期内性能良好, 而使用复合油相, 经过夏季, 储存期内有硬化现象且炸药吸湿严重, 性能下降。
4 药量控制
膨化后的粉体要加适当的密度调节剂, 膨化后粉体状态直接影响药量控制, 生产状态呈动态状况, 为提高混合液的均匀性, 增设了动态混合器, 在0-50Hz内调整, 对粉体膨化的程度起到一定的辅助作用, 还需掌握恰当的粉体水分及密度, 从而保证装药质量。经过多次实验, 摸索我们选择了适宜的配方, 良好的真空系统, 增加水相中硝酸钠的含量1.5%—2%, 选择高粘度、高密度1#复合蜡, 适宜的密度调节剂, 既保证炸药良好性能又基本保证了装药质量。
5 改善吸湿性及防硬化
5.1 硝酸铵最本质的缺陷是它的吸湿性, 硝酸铵的吸湿性是不能消除的, 虽然粉体表面包覆层已经大大降低了它的吸湿能力, 但由于表面积增大和生产过程中硝酸铵粉碎时断裂面的生成使它宏观的吸湿性仍表现得比较明显。从其结构特性来看, 它的多气隙, 多微孔, 使水分子很容易侵入, 我们采取加入一定量的表面活性剂, 使硝酸铵新生的断裂面被快速包覆。另一方面, 增大油相含量, 增加油相粘度, 加入表面活性剂和提高混合均匀性等措施, 都可以改善粉乳炸药的吸湿性, 从而也达到防止药卷硬化的产生, 粉乳炸药的生产在保证产品质量的同时也就是防硬化的过程。值得注意的是生产实际中, 过多的机械碾压、剪切、粉碎作用也会导致“微气隙”减少, 炸药的起爆感度降低, 性能下降。5.2粉粒状物质失去松散状态, 自然积聚形成密实物块, 硝酸铵结块是自身特性决定的, 其结块的机理多用“盐桥”理论来解释, 即硝酸铵在水中溶解的温度系数很大, 硝酸铵吸湿以后, 颗粒表面形成一层饱和水溶液膜, 由于表面张力作用, 相邻颗粒间形成“液桥”, 当外界温湿度减小时, “液桥”中溶解的硝酸铵析晶出来, 形成所谓“盐桥”, 正是这些“盐桥”, 将硝酸铵颗粒紧紧地连接成一体, 形成密实的硬块, 根据“盐桥”理论, 影响硝酸铵结块的主要因素应该是温度, 水分和晶变, 实践证明, 多次跨越晶变点32.3℃的温度变化, 导致硝酸铵结块严重, 但当水分含量小于0.2%时, 温度变化大也无明显结块现象, 在生产实际中粉状炸药中硝酸铵含量占80%左右, 由于工艺条件的限制, 炸药中水分含量较大时, 或装药温度在32℃以上, 硬化现象较为严重, 严重影响产品质量, 基于这种状况, 我公司对设备进行了改进, 改为敞开式螺旋输送系统, 螺旋输送采用冷却水降温, 并控制药粉水分小于0.2%, 在夏季也使药粉温度降至32℃以下, 为防硬化创造了基础条件。
敞开式螺旋输送系统的改善, 使药粉在输送的同时起到良好的冷却降温作用, 药粉温度降至32℃以下, 为防止药卷硬化创造了基础条件。
6生产过程中的质量控制
6.1 严格控制水相析晶点, 班中及时抽查。6.2及时标定水相、油相流量计, 保证水相、油相流量稳定。6.3选择优质的原材料。6.4含分散剂的油相配制后不可放置过久。6.5真空度控制为 (-0.09MPa) — (-0.093MPa) 。6.6水相、油相罐注意有水进入, 否则会影响膨化效果, 导致粉体水分过大。6.7混合器下端平螺旋应先充满混合液体后再启动, 否则会混合不均匀, 影响膨化效果, 或出现不膨化现象。
7 结论
通过几年的生产实际, 经过不断改进设备, 生产过程中工艺技术条件的控制, 粉乳炸药产品质量得到了显著提高, 由于粉乳炸药是近几年发展起来的新生事物, 还有着不尽人意之处, 几点建议如下: (1) 使用一种理想的密度调节剂, 密度达到2.0 g/cm3——2.5g/cm3, 最少限度的影响爆炸性能。 (2) 降低生产成本, 更好的适应市场经济的发展。 (3) 进一步完善装药设备, 减少在线人数。
随着全球经济的迅速发展, 市场的优胜劣汰, 我们还面临许多挑战, 这要求我们立足本企业, 加快技术进步, 实现本质安全生产, 优质高效生产, 为民爆行业多做贡献。
参考文献
[1]吕春绪.工业炸药理论[M].北京:兵器工业出版社, 2003.