機械化連續(xù)操作脫水

    第三節(jié)　機械化連續(xù)操作脫水

　　前述兩種脫水方法都是間歇操作的，很難做到生產過程的全盤機械化、自動化、而且工藝中存在的幾個根本性問題很難解決。為此，早在20世紀60年代，當時的建工部東北工業(yè)建筑設計院、北京市建筑材料科學研究所和北京市水泥磚瓦廠共同組成的“北京市工業(yè)廢料利用試驗研究組”就著手研究機械化連續(xù)操作的濕排粉煤灰脫水技術，其研究成果最初應用于20世紀60年代末期投產的武漢市硅酸鹽制品廠的生產中，至今仍在使用效果良好。

　　一、生產工藝的選擇

　　進行機械化連續(xù)操作脫水一般都要經過兩道工序：濃縮和脫水。濃縮就是將電廠排出的濃度很低的灰水增濃，使之成為濃度相當大但仍能在管道中流動的濃懸浮液。脫水就就是將濃懸浮液中的水較大限度地排掉，滿足粉煤灰房建材生產對粉煤灰含水率的要求。

　　1.濃縮工藝的選擇

　　有兩種可供選擇的濃縮工藝，一是耙式濃縮機，一是水力旋流器。對這兩種濃縮工藝都用模擬設備進行了試驗，試驗結果如下：

　?。?）耙式濃縮機濃縮

　　試驗設備是當時北京學院的直徑700mm的模擬式濃縮機。

　　粉煤灰懸浮液的沉降特性見表1—2,其沉降曲線見圖2—2粉煤灰懸浮液相對于其他許多礦物而言，其沉降速度是很快的，在固液比為1:18時，沉降速度達到0.608mm/s。這是采用耙式濃縮機的一個極為有利的條件，濃縮后的 稠漿濃度為56.7%~63.3%，可以達到在管道中自由流動的極限值。
　　模擬試驗所得出的耙式濃縮機的理論產量如圖2—8所示

　　基本結論是：

　?、佼斶M料懸浮液的固液比為1：18時，出料濃懸浮液的含水率一般為60%左右，即固液比1:1.5

　?、谝缌髑逅暮腆w量在0.1%以下。

　?、勖科矫酌啃r產量（折合干灰).當出料固液為1.15時，約為0.085t/（m2?h)。

　?、馨沂綕饪s機完全適于粉煤灰稀懸浮液的濃縮。

　?。?）水力旋流器濃縮

　　水力懸浮器濃縮的工作原理如圖2—9所示。懸浮液在高壓（0.5~3表壓）下從旋流器上部的進料管5以切線方向射入，由于進料的壓力很高，所以速度很大，一般可以達到5~12m/s。進入旋流器后，即環(huán)繞中心溢流管3作旋轉流動從而產生離心力C：

　　　　　

式中?。?/span>t—在半徑r處的切線速度；

　　m—懸浮液的質量。

　　在離心力作用下，懸浮液有遠離中心軸的慣性，因此，在旋流器中心形成具有一定真空度的空氣圓柱。在離心力的作用下，懸浮液在介質中產生相對運動，粗粒集中在外沿，并沿錐壁從下部的底流孔排出，這就是濃懸浮液。而大部分水及一部分尚未沉降的細粒則由上部中心溢流管3排出。

　　可見，水力旋流器有兩張功能：一是分級，二是濃縮。底流排出的是顆粒粗的濃懸浮液，溢流排出的是顆粒細的稀懸浮液。

　　我們利用當時建筑材料科學研究院的直徑100mm水力旋流器進行了模擬試驗。

　　
　　試驗表明，進料壓力對底流濃度影響很大，詳見圖2—10。進料壓力越高，底流含水率越低。當進料壓力達到182~203kpa（1.8~2個標志大氣壓）時，含水率降到52%~60%既達到能在管道中流動的極限值。進料壓力對產量也有直接影響，隨著壓力的提高，產量也增加，當壓力超過162kpa（1.6個標準大氣壓）后，產量曲線漸趨平緩。進料壓力與溢流中的固體含量關系不大，不論壓力多大，溢流中的固體含量均為2.2%~3.1%。

　　溢流和低流的粉煤灰顆粒分析見表2—3.溢流中粉煤灰<0.01mm的顆粒達到46%，而底流中粉煤灰<0.01mm的顆粒只有1%。溢流中所含粉煤灰顆粒細sio2和al2o3含量高，比表面積大，活性大，是更優(yōu)質的粉煤灰。

　　對水力旋流器進行模擬試驗得出的基本結論是：

　　①當進料壓力位182~203kpa（1.8~2.0標志大氣壓）時，底流濃懸浮液的含水率一般為52%~60%.可以達到濃縮的要求。

　　②溢流懸浮液含固體量2.2%~3.1%。


　　　　　　　　　　　　　　　（旋流器：直徑100mm，圓柱高150mm）

　?、?/span>溢流懸浮液中的粉煤灰為顆粒細、活性高的優(yōu)質粉煤灰。

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（3）濃縮工藝的選擇

耙式濃縮機和水力旋流器都可以達到對電廠排出的灰水進行濃縮的目的。但如果將水力旋流器單純作為濃縮設備來使用，則存在兩個問題：一是溢流中所含粉煤灰量過高，不符合排污要求，必須進一步澄清后才能排入城市排水系統(tǒng)，且溢流中所含粉煤灰均為細粒優(yōu)質成分，任其排走是對資源的浪費，二是電廠排來的灰水在進入水力旋流器前要用砂泵加壓，使之進入壓力達到182~203kPa（1.8~2.0標準大氣壓）才能達到濃縮的目的，為此，折合每噸干灰耗電高達3.03kW·h/t，而耙式濃縮機電能消耗僅為0.22kW·h/t，水力旋流器能耗為耙式濃縮機的14倍。因此，水力旋流器不是一種普遍適用的濃縮設備，只有在需要將粉煤灰中2%~3%的極細顆粒分離出來時才宜于使用。普遍適用的濃縮設備是耙式濃縮機。

2.過濾工藝的選擇

物料中的水分是以三種狀態(tài)存在的：第一種狀態(tài)是游離態(tài)。這部分水通過重力作用即可排除，沉淀池和耙式濃縮機都是通過重力排除游離水的措施。第二種狀態(tài)是毛細管水分。這部分水是由于毛細管吸力的作用而保持在顆粒之間的空隙中。要清除毛細管水分必須施加一定的推動力來克服毛細管吸力，單靠重力是不行的。第三種狀態(tài)是吸取水分和吸收水分。由于固體分子表面的自由能的作用，吸取相鄰界面的水分子，在固體表面形成一層肉眼看不見的薄膜水分，其厚度為一個分子和幾個分子，這就是吸取水。當水分子鉆入（擴散）固體內部時，則稱為吸收水。吸取水和吸收水與固體緊密結合，用機械方法無法清除，只能通過加熱使其蒸發(fā)。

對粉煤灰濃懸浮液進行過濾就是通過過濾的方法對其游離水分和毛細管水分加以清除的工藝措施。

過濾設備通常有三種：壓濾機、真空過濾機和離心過濾機（簡稱離心機），由于壓濾機產量過小，與粉煤灰房建材料廠的要求不相適應，我們只考慮真空過濾機和離心機。

（1）離心機

離心機是利用離心力使懸浮液中的固體顆粒與液體分離的設備。依操作原理，有過濾式離心機和沉降式離心機之分，由于沉降式離心機主要適于分離不易過濾的懸浮液，脫水效果差，濾液中含固體量太大，不適于粉煤灰懸浮液的脫水，因此，我們所說的離心機僅指過濾式離心機，或稱離心過濾機。

過濾式離心機分為間歇式和連續(xù)式兩種，由于粉煤灰房建材料廠粉煤灰用量很大，不適宜于采用間歇式，只允許采用連續(xù)式。連續(xù)操作過濾式離心機按其卸料方式又分為刮刀卸料和往復活塞卸料等兩種。由于往復活塞卸料離心機的過濾篩網很粗，不適于細粒粉煤灰的過濾，且過濾時間短，分離因素低，脫水效果不好，不宜采用。因此，我們所指的離心機是刮刀卸料的過濾式離心機。

我們的試驗分兩步進行，第一步在試驗室進行試驗，第二步在生產設備上進行模擬試驗。通過第一試驗，探索離心機操作的工藝參數，通過第二步試驗，得出離心機可用性結論及離心機用于粉煤灰懸浮液脫水的效果。

①離心力脫水效果的影響

離心力的大小通常以分離因數來說明。分離因數是在已知的分離機中所產生的離心場加速度與重力加速度的比值。分離因數乃評價離心機效率的基本準數之一。

分離因數為一無因次量，可由下述方程式求得：

式中　Fr——分離因素；

　　　w——轉鼓的角速度，；

　　　n——轉鼓的轉數，r/min；

　　　R——轉鼓的內半徑，m；

　　　g——重力加速度，m/S2。

分離因數愈大，離心分離過程進行得愈加強烈。試驗證明，隨著分離因數的提高，粉煤灰含水率逐漸降低，但濾餅密度并未提高，也就是說，物料并不因分離因數的提高而被壓縮，可見，提高分離因數是降低粉煤灰含水率的有效措施。試驗結果見表2-4和圖2-11。

但是，分離因素是有限度的，受機械強度條件和動力穩(wěn)定條件的制約。一般來說，轉鼓直徑越大的離心機，由于其轉數不可能很高，分離因數也較低；而轉鼓直徑較小的離心機，分離因數較高。例如國產直徑680mm的自動刮刀離心機，較大分離因素為800；國產直徑1800mm的自動刮刀離心機，較大分離因數只有520。但是，小離心機產量太小，不適于粉煤灰房建材料廠采用，必須選擇一個分離因數適中值。分析圖2-11可知，曲線1、2、3在分離因數為500時都發(fā)生轉折，分離因數高于500時，曲線漸趨于平緩，而Fr=300~500時曲線斜率很大，可見，分離因數選用500較為經濟。

分離因素對脫水效果的影響　　　　　　　表2-4

分離時間（min）	分離因數（Fr）
	300		400		500		600		700
	濾餅密度（kg/m3）	濾餅含水率（%）	濾餅密度（kg/m3）	濾餅含水率（%）	濾餅密度（kg/m3）	濾餅含水率（%）	濾餅密度（kg/m3）	濾餅含水率（%）	濾餅密度（kg/m3）	濾餅含水率（%）
0.5	1180	31	1170	30	1050	29	1140	27	1120	26
1.0	1140	29	1130	27	1200	25	1090	24	1120	23
1.5	1110	28	1200	26	1050	24	1070	23	1010	22
2.0	1050	27	1060	25	1050	23	1070	22	1060	21

注：1.懸浮液固液比為1：1.25。

　　2.粉煤灰濾餅百度為4cm。

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  ②粉煤灰懸浮液濃度對脫水效果的影響

  粉煤灰懸浮液濃度的脫水是依靠在離心力場中水份經濾布排除兒實現的。單位面積的濾布在單位時間內通過的水量有其極限值，這個極限值隨分離因數的增大而增大。因此，進料懸浮液的含水量要不超過這個極限值，則對脫水效果影響不大，如果超過這個極限值，則濾餅含水率將急劇上升。試驗結果見圖2-12。當進料懸浮液的固液比在1:2.25以下時，濾餅含水率雖然也隨固液比比值的減少而加大，但曲線非常平緩，到固液變?yōu)?/span>1:3時，粉煤灰濾餅含水率驟然上升到24%。所以，在分離因數為500~600時，進料粉煤灰懸浮液的固液比應控制在1:2.25以下。在上一段關于耙式濃縮機的敘述中已提到，耙式濃縮機的底流濃度為1:1.5，完全符合要求。

  ③濾渣層厚度對脫水效果的影響

  離心過濾是懸浮液中的水分在離心力的推動下經過顆粒之間的孔道和過濾介質而被排除，不僅離心力的大小影響脫水效果，水分排降時所遇到阻力的大小也影響脫水效果。一般來

 

圖2-12  懸浮液固液比和脫水效果的關系

（分離因數600，離心時間3min）

說，阻力越大，水分越容易排出。濾渣層厚的增大，阻力必然增大，濾餅含水率會提高。試驗表明（圖2-13），濾餅厚度在4cm以下時，對其含水率影響很小；超過4cm時，影響大一些，但總的來看，濾餅厚度對其含水率的影響不起決定性作用。為了提高離心機的生產效率，在設計粉煤灰懸浮液專用離心機時，要考慮適當增加濾餅厚度。

圖2-13  濾餅厚度和脫水效果的關系

（分離因數600,離心時間2min）

  ④離心時間對脫水效果的影響

  懸浮液中水分的過濾可以分作兩個階段：第一階段是游離態(tài)水分的排除和形成濾渣層，這一階段阻力很小，所需時間很短；第二階段是毛細管水分的排除。毛細管水分是較難排除的，所需時間較長。隨著時間的增加，水分逐漸被排除，直到將全部毛管水分排除為止。因此，離心時間對脫水效果是有很大影響的。當離心時間延長時，雖然可以在一定程度上降低粉煤灰含水率，但同時卻降低了離心機的生產能力。如何選擇一個合理而又經濟的離心時間是影響離心機生產效果的重要問題。

  我們進行了離心時間對脫水效果的影響的試驗。其結果見表2-5.實驗結果表明，隨著離心時間的增加，粉煤灰濾渣的含水率逐漸降低。但各個時間段的脫水速度是不一致的。在頭三分鐘內，每分鐘可使粉煤灰濾渣的水分降低2%，可是第三分鐘以后，則脫水速度逐漸將到每分鐘0.7%和0.5%，時間越往后，脫水速率越低。離心時間的延長，意味著離心機生產能力的降低和脫水成本的提高。例如，φ680的自動刮刀離心機，當離心周期增加到2min時，每小時產量為1t，每噸粉煤灰（干灰）的耗電量約28kW*h；如果將離心周期增加到3min，每小時產量只有0.67t干灰，每噸粉煤灰脫水的耗電量急增至42kW*h，而含水率僅降低1%~2%，顯然這是不合算的。綜合分析比較，建議離心時間控制在3min以內。

離心時間對脫水效果的影響                  表2-5

離心時間 （min）	粉煤灰濾渣的狀況		脫水速率
	密度（kg/m3）	含水率（%）	時間段	速率（降低率%數/min）
1	1030	23	第1～第2分鐘	2
2	1030	21	第2～第3分鐘	2
3	1000	19	第3～第6分鐘	0.7
6	980	17	第6～第8分鐘	0.5
8	1000	16

　?、?/span>離心機脫水的基本結論

　　利用當時的北京化工實驗廠碳酸氫銨車間680mm的自動刮刀離心機（過濾面積0.8m2，分離因素800）進行模擬實驗，對采用離心機進行粉煤灰

懸浮液的脫水，可得出以下基本結論：

　　a．脫水效果良好。當懸浮液固液比為1:1.25.離心時間為1.5min時，脫水后的粉煤灰含水率為21%~25%，濾液中的固體量為1%，生產能力是1.27t/(m2?h)(干灰）

　　b.離心周期：　　進料　　　～10s

　　　　　　　　　　進料　　　～10s

　　　　　　　　離心　　　～90s

 　　　　　 　　其它      ～10s

    　　　　　　合計　　　～2min

　　⑥對采用離心機作為粉煤灰房建材料廠生產設備的建議：

　　a.工藝參數為：分離因數500,離心時間不大于3min，濾渣層厚度4cm或稍大，進料懸浮液的固液比不得超過1:2.25。

　　b.根據粉煤灰懸浮液的特點設計專用的離心機，其直徑建議為1800mm；其刮刀應選用耐磨材料，克服粉煤灰對刮刀的劇烈摩耗；在設計中要充分考慮轉鼓濾網的清洗，因粉煤灰與化工產品不同，粉煤灰濾渣層在濾網上粘的十分堅實，用高壓水或高壓蒸汽都難于清洗。

　　(2)真空過濾機

　　真空過濾機和離心機的脫水原理是相同的，即駿為過濾。上一節(jié)已經提到過濾操作的基本原理系列利用一種具有很多毛細孔的物體作為介質（稱為過濾介質），使粉煤灰中水分由此介質中的小孔通過，而將粉煤灰截留。二者不同之處在于推動力不同，離心過濾是借離心力推動水分由于過濾介質排出，而真空過濾則是借在介質下抽真空而造成的兩側壓強差推動水分由過濾介質排出。

　　真空過濾機的型式很多，一般工業(yè)部門所使用的有三種：

　　①轉筒真空過濾機。其操作是連續(xù)式的，吸附、吸干、干燥、吹卸等操作環(huán)節(jié)分別在一個回轉筒中完成，回轉筒轉一周等于一個循環(huán)操作周期。這種型式的過濾機適用于過濾各種懸浮液。

　　轉筒真空過濾機又可分為內濾式和外濾式兩種：內濾式是從鼓筒內表面進行過濾，懸浮液處于濾布的上方，懸浮液中的粗顆粒憑借重力先沉降到濾布上，是濾渣層越靠近濾布處顆粒越粗，這對過濾是有利的。因此，內濾式過濾機適于過濾顆粒大小不一定的懸浮液。外濾式過濾機是從鼓筒的外表面進行過濾，懸浮液處于濾布的下方，通過真空吸力將懸浮液中的固體顆粒吸到濾布上。因此，外濾式過濾機適于顆粒較為均勻而粒徑較小的懸浮液。

　?、?/span>圓盤真空過濾機，其操作也是連續(xù)式的，操作原理與轉筒真空過濾機一樣。所不同的是這種過濾機的各個操作環(huán)節(jié)不是在一個回轉筒中完成，而是在一個或幾個回轉盤的扇形面上完成，其濾餅含水率一般比轉筒真空過濾機高，脫水效果比真空過濾機差。

　　③鏈帶過濾機，這種過濾機的各個操作環(huán)節(jié)是在一個運轉的鏈帶上完成的，適于過濾粘帶的、具有揮發(fā)性的濾漿，一般過濾面積不大，不適于粉煤灰房建材料廠大量進行粉煤灰脫水的需要。

　　為了確定利用真空過濾機進行粉煤灰懸浮液脫水的可行性并確定基本工藝參數，我們進行了一系列的試驗研究工作。試驗俺試驗室條件下的試驗和模擬試驗兩階段進行。

　　試驗室試驗室利用當時建工部北京水泥玻璃工業(yè)設計院研究室粉磨組的真空過濾漏斗進行的。過濾濾斗的直徑是100mm，過濾面積是78.5cm2。過濾介質為雙層濾布，內層為粗麻布，外層為細帆布。過濾的各個操作工序都是間歇進行的。通過試驗室試驗初步摸索到了一些規(guī)律，為模擬試驗打下基礎。

　　模擬試驗是利用天津大學當時的化工原理教研室的外濾真空過濾機進行的。設備規(guī)格是Φ450mmX300mm，過濾面積0.42m2，回轉速度可以在0.12～0.76r/min范圍內自由調整。轉鼓的浸沒度25%，吸干角120o吹斜角60o。除過濾機外，還附設有攪拌器、真空泵、空氣壓縮機、供料料漿攪拌桶和楊液泵等全套系統(tǒng)。除規(guī)格小以外，和大工業(yè)生產完全相同。

　　試驗結果如下：

　?、?/span>過濾常數的測定與計算

　　為了確定真空過濾機進行粉煤灰脫水的一些基本工藝參數，首先必須測定其過濾常數。所謂過濾常數是由過濾基本方程式提出的。關于恒壓強過濾的基本方程式是：

　　

式中　　

　　　　F—過濾面積

　　V—濾液體積

　　T—過濾時間

　　Qe，k，Te—過濾常數。

由上式可知，過濾基本方程式決定于過濾常數。過濾常數隨操作壓強（真空度）、濾餅特性和過濾介質而定。當過濾介質和真空度一定時，過濾常數代表著粉煤灰懸浮液的過濾特性。

為了測定過濾常數，將上述基本方程式兩端各除以k?q，得

　　

這個方程式為斜率1/k,j截距     的直線方程式。

通過試驗得出了不同時間T內的不同濾液量（見表2—6），由這些數據計算并繪出上述方式的圖線（圖2—14）由這條直線的斜率和截距，計算出過濾常數如下：

　　

相應的過濾方程式為：

　　

此時的過濾條件是：真空度53.33kpa（400mmHg）濾布為4X4帆布，懸浮液固液比為1:2

　　

　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖2-14過濾圖線

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　　②真空度對脫水效果的影響

真空過濾機濾渣的含水率隨真空度的提高而降低。試驗結果見表2-7和圖2-15。隨著真空度的提高，過濾推動力加大，含水率逐漸降低，過濾速度相應增加，過濾機的產量上升。提高真空度對提高過濾機的脫水效果有很大意義。建議真空度應不低于53.33kPa（400mmHg）。前蘇聯(lián)利用圓盤真空過濾機進行粉煤灰懸浮液脫水時，其真空度高達74.66kPa（560mmHg）。

真空度對過濾效果的影響　　　表2-7

真空度		濾餅厚度（mm）	產量 [kg干灰/（h·m2）]	濾餅含水率（%）
（kPa）	（mmHg）
26.66	200	7.5	124	32.7
40.00	300	10.0	151	31.7
53.33	400	12.0	179	28.3

注：濾布為8×8帆布；懸浮液含水率60%~61.5%；轉鼓轉速170s/r；過濾時間43s；吸干時間57s。

③進料懸浮液的含水率對脫水效果的影響

粉煤灰在真空過濾機中的脫水是依靠在壓強差造成的推動力作用下水分經濾布排除而實現的。由于真空過濾機的推動力比離心機小得多，因而水分排除的速度要慢得多，在單位時間內在單位面積上所能排除的水分要少得多，以致進料懸浮液的含水率對離心機的產量幾乎毫無影響，而對真空過濾機卻有嚴重影響，這是因為真空過濾機的產量完全取決于濾液的排除速度。試驗結果表明（見圖2-16和表2-8），真空過濾機的產量隨進料懸浮液含水率的提高顯著降低，而且，產量降低的速率超過含水率提高的速率。例如，當懸浮液的固液比為1：1.5（含水率60%）時，產量可以達到530kg/(m2·h)，當固液比增加一倍，即為1：3（含水率75%）時，產量并不止降低一倍，而是降低了1.4倍?？梢?，盡量降低懸浮液含水率對提高真空過濾機的技術經濟效果有很大意義。建議在生產中，濃縮后的懸浮液的含水率不應大于60%（固液比1：1.5），并爭取盡可能進一步降低。

④吸附時間對過濾效果的影響

過濾過程包括三個階段：吸附、吸干和吹卸。這三個過程作用不相同，但相互聯(lián)系，對過濾效果有很大影響，其中尤以吸附過程影響較大。

吸附過程是在懸浮液中進行的，其作用是過濾大量的游離水，將粉煤灰吸附在濾布上形成濾餅。吸附時間越長，所過濾的游離水越多，但濾餅的厚度也越來越厚，過濾的阻力也就越來越大，過濾速度也就越來越低。因此，應該選擇一個較佳吸附時間。

懸浮液含水率對過濾效果的影響　　　表2-8

懸浮液含水率		濾餅厚度（mm）	產量 [kg干粉煤灰/（h·m2）]	濾餅含水率%
%	固液比
60	1：1.5	17	530	31.5
68	1：2.1	10.9	405	33.5
75	1：3	7.5	220	31.0
79	1：3.8	6.8	154	29.4

注：濾布采用4×4帆布；轉鼓轉速74~80s/r；過濾時間20s，吸干時間27s。

這里所說的過濾速度是指在單位時間內，每單位過濾面積上所通過的濾液體積，即：

所以，U正好是過濾基本方程式中的微分式的倒數。取不同τ值所計算的值的圖線如圖2-17所示。

 

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  由此可知，在過濾過程開始時，過濾速度很快，隨之逐漸降低。這是因為隨著過濾的進行，濾餅不斷變厚，阻力不斷增加，而真空度并未改變（恒壓強過濾），也就是推動力并未增加，以致濾液的產生遇困難。當濾餅厚度增加到較大值時，正是濾餅和過濾介質的總阻力與過濾的推動力（真空度）達到平衡，濾液再不能流動的時候，此時過濾過程實質上停止了。

  評價過濾效果的主要指標之一，是過濾機單位面積上每小時的產量。而這一指標完全取決于過濾速度。圖2-18的曲線是吸附時間和過濾機產量曲線，這條曲線和圖2-17的過濾時間和過濾速度圖線是一致的，也就是隨著時間的延長，過濾機產量逐漸下降。由表2-9可知，當吸附時間為19s時，產量可以達到每m2過濾機面積產干灰404kg；吸附時間延長約一倍（37s）時，產量降低到291kg/（m2*h）；吸附時間延長兩倍（58s），產量也降低了約兩倍[145kg/(m2*h)]。產量降低后，濾餅含水率并未降低?？梢?，延長吸附時間，沒有帶來技術的和經濟的效果。因此，實驗結果認為，在設備機械強度條件、動力穩(wěn)定條件以及與吸附相連系的其他條件允許的情況下，盡可能降低吸附時間，一般不宜超過20s。

 

圖2-17  過濾速度圖線

 

吸附時間對過濾效果影響                            表2-9

 

吸附時間附（s）	濾餅厚度δ（min）	設備產量G干 [kg/(m2*h)]	濾餅含水率（吸附后）（%)
19	10.9	404	40.4
37	12.0	291	39.3
43	13.5	255	38.1
58	18.0	145	40.4

  ⑤吸干過程對過濾效果的影響

  吸干過程的作用是通過壓強差，將濾餅毛細管水分排出來，以降低濾餅最終含水率。在毛細管水分的極限值（此值約為15%）以內，濾餅含水率必隨壓強差的增大和吸干時間的延長而降低。試驗結果（表2-10）充分說明了這一點。因此，為了保證得到生產要求的濾餅含水率，應盡量增加吸干時間，一般不宜小于30s。但是，吸干時間和吸附時間對于一定的設備而言有一個固定的比值，即 ,為了降低吸附時間增加吸干時間，應該盡量提高這個比值，即應該選擇或設計吸附角度小、吸干角度的真空過濾機。

  ⑥吹卸對過濾效果的影響

圖 2-18吸附時間與設備生產量的關系

吸干時間對過濾效果的影響                    表2-10

吸干時間干（s）	吸干前濾餅		濾餅吸干后含水率（%）	吸干值（已含水率計）（%）
	含水率（%）	厚度（min）
25	40.4	10.9	33.5	6.9
41	39.3	12.0	31.0	8.3
58	38.1	13.5	30.5	7.6
77	40.4	18.0	36.5	13.9

  注：濾布為4×4帆布；真空度53.33kPa（400mmHk）；懸浮液含水率66%。

  

   過濾過程的最后一個階段是吹卸。吹卸的目的是卸除濾餅和使濾布再生。

  其他各工業(yè)部門所使用的真空過濾機均沒有空氣壓縮機，由內向外吹出0.03～0.05N/cm2的壓縮空氣，以保證濾餅能完全地從濾布上清除下來并使濾布過濾功能能得到再生。但是，在我們的試驗中發(fā)現粉煤灰和其他工業(yè)部門的有關物料有所不同，它的濾餅本身結得緊實，去不粘在濾布上，只要停止吸氣，即使不用壓縮空氣吹卸，也能較干凈地從濾布上刮下，對過濾機產量沒有影響。相反，如用壓縮空氣吹卸，轉鼓內壁及濾布纖維間的殘留水分被壓縮空氣吹回濾餅中，使濾餅含水率提高3%~4%，對過濾效果產生負作用。因此，在模擬試驗中，濾餅均未經壓縮空氣吹卸，建議在生產中也不必采用。

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　?、?/span>過濾介質對脫水效果的影響

前面已經提到，在過濾過程中，濾液的流動決定于過濾介質兩側的壓強差和過濾介質及濾餅的阻力，過濾介質的選擇對濾液的流動有重要意義。為了提高過濾速率，應該選擇多孔性的、阻力小的，既能有效地截留懸浮液中的固體微粒，又具有良好的物理機械性能（耐磨、強度高）和化學穩(wěn)定性（抗腐性)濾布。

為此，我們進行了四種不同過濾介質對脫水效果影響的試驗，試驗結果見表2—1。在這幾種介質中，以4×4的帆布過濾效果好，產量較大、濾餅含水效率低，這種濾布紗線細而均勻，孔隙通暢阻力較小。6×6和8×8的濾布過于粗糙，阻力很大，產量大大降低，普通布雖然細博多孔，過濾阻力小，但不耐磨，極易損壞，在試驗過程中，由于產生了破損，無法截留較細的粒子且有漏氣現象，真空度極不穩(wěn)定，操作很不正常，根據當時試驗結果，以4×4的帆布過濾效更好，但是，當今的織物品種非常多，完全有可能找到比4×4的帆布過濾效果更好的織物。建議在生產中進一步做選擇試驗。

⑧真空過濾機脫水的基本結論

通過試驗室試驗和模擬試驗，對采用真空過濾機進行粉煤灰懸浮液脫水，可得出以下基本結論：

　　a.脫水效果良好，具體數據詳見表2—12。

　　b.粉煤灰懸浮液的過濾特性可用下述過濾基本方程式表示53.33kpa（400mmHg真空度，4×4帆布，進料懸浮液固液比1：2時）：

　

　　C.為了獲得良好的過濾效果，在研究了影響的諸因素后，建議選用下列工藝參數：

　　進料懸浮液固液比1:1.5以下；

　　真空度不低于53.33kpa（400mmHg）；

　　吸附時間不應多于20s；

　　吸干時間不應少于30s；

　　濾餅的卸除可以不吹壓縮空氣。

　　（3）過濾工藝的選擇

　　離心過濾機和真空過濾機都可以用作濃縮后的粉煤灰懸浮液的過濾設備，但二者比較有以下不同的特點：

　　①濾餅含水率：按試驗推薦的工藝參數操作，離心機的濾餅含水率為21%~25%.真空過濾機為30%左右，后者大于前者。

　?、?/span>能量消耗：按試驗推薦的工藝參數操作，離心機的電能消耗為每噸千灰10.01kw?h，真空過濾機的電動消耗為每噸干灰5.52kw?h，前者大于后者。

　?、?/span>使用壽命和運行費用：離心機為高速運轉設備，其刮刀使用壽命很短，運行費用高昂。真空過濾機為低速運轉設備，易損件很少，運行費用低廉。

　?、?/span>使用經驗：離心機在國內尚無在粉煤灰懸浮液脫水方面的使用先例，在國外也鮮有使用者，只在一處文獻中有使用記載；真空過濾機用于粉煤灰懸浮液脫水在國內已有30年的使用經驗，在國外也早已被使用。

基于上述比較，濃縮后的粉煤灰懸浮液的過濾宜選用真空過濾機，只有在真空過濾機的濾餅含水率達不到使用要求，而離心機能達到使用要求時才宜選用離心機。如果選用離心機，應根據粉煤灰懸浮液特點進行專用離心機的設計制造，解決其存在的各種技術問題。

　　二、“耙式濃縮機濃縮—真空過濾機過濾”脫水工藝與設備

　　根據試驗結論，我國粉煤灰房建材料生產企業(yè)進行粉煤灰懸浮液機械脫水所采用的工藝基本上都是“耙式濃縮機濃縮—真空過濾機過濾”典型企業(yè)是武漢市硅酸鹽制品廠，該廠于1969年正式建成投產，至今已有30多年的生產經驗。[10 ]

　　1.工藝流程

　　“耙式濃縮機濃縮—真空過濾機過濾”脫水工藝流程如下（見圖2—19）：

　　2．爐渣篩分設備的選型

　　大中型電廠一般都實行灰渣分排，中、小型電廠則多采用灰渣混排。當灰渣混排時，如果進濃縮機前，不將大顆粒爐渣分離出去，極易造成濃縮機的卡耙停車事故，而且砂泵磨損加快，過濾時的含渣濾餅經常產生裂紋破壞真空度。因此，混排灰渣懸浮液脫水的第一道工序是除渣?；以峙艜r，則可免除這道工序。

　　除渣可采用固定條縫篩，也可采用振動篩。

　　（1）固定條縫篩

　　固定條縫篩的篩面為矩形，由楔形的黃銅絲或不銹鋼絲制成。每一條楔形金屬絲在篩面長向每隔100mm距離繞一圈，其中穿以順向鋼棒（即篩條）使之構成一整塊篩面。

　　條縫篩所需面積的計算：

 　　　　　　　　　　　　　　　　　

式中　S－－條縫篩所需面積，ｍ2

　　　Q——應該通過的灰水量。m3/h

      q——每平方篩面能夠通過的灰水量，m3/h，當條縫寬度為0.75～1.00mm時，可取 

        q= 300 m3/h

　　固定條縫篩的長度為3~5m，寬度可根據s值確定，但不得小于1m。條縫篩的縫口寬度一般為2mm。篩面的斜角5~8。。

　?。?）振動篩

　?。?）可以選用各種類型的振動篩，但以座式慣性直線振動篩為好，一般選用ZS型慣性直線振動篩。表2—13為鞍山礦山機械廠出品的ZS1800×5600座式直線振動篩技術性能，圖2—20為該篩的外形圖。

　　電廠的灰渣在沖灰前已經破碎，故可選用單層篩，所需面積按下式計算：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　

式中　S、Q、q——意義與上式同；

            K——給料不均勻系數，一般為1.15～1.20。

 

 （3)篩的選型
　　原則上，電廠灰水中含量不多時，選用固定條縫篩，如渣量多時，應選用振動篩。

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3．耙式濃縮機的選型

耙式濃縮機是一種連續(xù)作業(yè)的利用重力使固液分離的沉淀濃縮設備，它是一個由鋼筋混凝土制作的圓池，池底呈向心錐底，池中有慢速旋轉的耙子?；宜畯某刂行纳喜窟M入，粉煤灰則沉降積于池底。耙子的作用是將積于池底的粉煤灰耙到池底中心，并從錐底中心連續(xù)流出。澄清水則從池上部周邊的溢流槽不斷排出。耙子的旋轉速度不能太慢，要控制在能將粉煤灰沉積物由池底不斷耙向錐底中心而不至于積得太厚而達到耙不動的程度；又不能太快，以致破壞灰粒的沉降濃縮過程。耙子的旋轉速度與物料和沉降速度有關，粒度較粗和容易沉降的，耙的線速度可控制在6m/min左右；粒度較細和沉降慢的，耙的線速度應控制在3~4m/min以下。

（1）底流灰漿濃度的確定

前述真空過濾機的試驗結果表明，進入真空過濾機的粉煤灰懸浮液的濃度對過濾效率有決定性影響。但是，濃度不可能過高，以在管道中可以流動為限。根據武漢市硅酸鹽制品廠的生產經驗，灰漿流動度不低于110mm時可以強制輸送。表2-14列出了不同含水率的粉煤灰懸浮液流動度的測定數據，相對于110mm以上流動度的含水率為60%左右，即固液比1：1.5。

不同含水率的粉煤灰懸浮液流動度　　表2-14

粉煤灰懸浮液含水率（%）	流動度（mm）
78.6	146
60.7	115.6
58	113.6

（2）耙式濃縮機的產量 

耙式濃縮機單位有效沉降面積產量（以干粉煤灰計）：

式中　q1——耙式濃縮機單位有效沉降面積產量，t/(h·m2)；

　　　V0——沉降區(qū)灰粒水力沉速，mm/s，用量筒測定法測定；

　　　R1——入料灰水的液固比；

　　　R2——底流灰漿的液固比，取1.5。

當取V0=0.6mm/s，R1=18，R2=1.5時，不同規(guī)格的耙式濃縮機產量如表2-15。

不同直徑耙式濃縮機的生產能力　　表2-15

粉煤灰懸浮液含水率（%）	流動度（mm）
78.6	146
60.7	115.6
58	113.6

由于V0和R1是一個變量，表2-15中所列的生產能力應根據實際的V0和R1值加以修正，修正系數K1和K2如表2-16和表2-17所示，耙式濃縮機的實際生產能力應按表2-15的數據乘以修正系數K1和K2。 

力水沉速V₀的變化系數K1值　　表2-16

V0	K1	V0	K1	V0	K1
0.40	0.67	0.65	1.04	0.90	1.50
0.45	0.75	0.70	1.16	0.95	1.54
0.50	0.83	0.75	1.25	1.00	1.66
0.55	0.92	0.80	1.33	1.05	1.75
0.60	1.00	0.85	1.42	1.10	1.84

R1	K2	R1	K2	R1	K2
15	1.22	24	0.733	33	0.524
16	1.14	25	0.702	34	0.508
17	1.06	26	0.674	35	0.493
18	1.00	27	0.648	36	0.478
19	0.942	28	0.622	37	0.465
20	0.892	29	0.600	38	0.452
21	0.847	30	0.579	39	0.440
22	0.805	31	0.560	40	0.429
23	0.769	32	0.541	41	0.418

耙式濃縮機分為中心傳動和周邊傳動兩種形式，直徑9m和12m的為中心傳動，大于12m均為周邊傳動。耙式濃縮機的選型主要是確定其直徑。

生產所需的濃縮機有效沉降面積：

式中　F——生產需要的濃縮機有效沉降面積，m2；

　　　Q——生產需要的干粉煤灰小時用量，t/h。

耙式濃縮機直徑：

式中　D——耙式濃縮機直徑，m。

根據計算要求的直徑，按機械制造廠出口的耙式濃縮機規(guī)格的直徑系列選型，選取的實際直徑應大于計算要求的直徑。選型后應按下式校驗：

式中　V——溢流水在濃縮機中的上升速度，mm/s；

　　　Q0——耙式濃縮機臺時干粉煤灰產量，t/h；

　　　F——每臺耙式濃縮機沉降面積，m2；

　　　K——濃縮機有效面積系數，一般取0.85~0.95，直徑12m以上的濃縮機取上限；

　　　V0——沉降區(qū)灰粒水力沉速（用量筒測定法測定）。

（4）耙式濃縮機的技術性能

表2-18是沈陽礦山機器廠出品的直徑12m、15m、和18m耙式濃縮機的技術性能；圖2-20是12m濃縮機的外形圖和平面圖；圖2-21是15m濃縮機的外形圖；圖2-22是18m濃縮機的外形圖。

耙式濃縮機技術性能　　表2-18

序號	名稱		單位	BGN-12	BGN-15	BGN-18
1	傳動方式			中心傳動	周邊傳動	周邊傳動
2	軌道中心圓直徑		mm		15360	18360
3	濃縮池內徑		mm	12000	15000	18000
4	濃縮池深度		mm	3500	3600	3708
5	耙架每轉時間		min	5.26	8.5，12.7，17.4	9，10，15，20.5
6	耙架圓周速度		m/min	7.2	2.77~5.68	2.75~6.28
7	沉淀面積		m2	113.1	176.7	254.5
8	速比		i	50.661	40.165	40.165
9	電動機功率		kW	3.0	5.5	5.5
10	外形尺寸	長	mm	14000	16545	19742
		寬	mm		15670	18864
		高	mm		7017	7047
11	設備重量		kg	8510	9299	10064
12	最大件重		kg		2300	2600

 

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  4.真空過濾機的造型

  前已述及，根據粉煤灰懸浮液的特點，適于使用外率式轉筒真空過濾機，我國生產這種過濾機較有經驗的企業(yè)是沈陽礦山機器廠。該廠出品的該種過濾機按其轉筒材質和構造分為兩類型：一種是木板轉筒，一種是鑄鐵轉筒。

圖2-22  BGN-15型周邊轉動式濃縮機外形圖

  木板轉筒過濾機的構造特點是沿筒板周圍分成24個區(qū)域，各區(qū)裝有4個吸孔，筒板之上為木花格板構成的真空濾液道?；ǜ癜灞砻驿仦V布，各區(qū)濾布與筒板相應的空間用槽板和壓條徑向分成單獨的過濾室。濾液是從連接在吸孔上的48根1吋的管匯集后經一個分配頭排出。這種類型的過濾機轉速較低，濾液流動的阻力較大，單位時間濾液流量值也較低，因而單位過濾面積的產量也較低，其設備重量相對較低，價格相對較低。

  鑄鐵轉筒過濾的構造特點是在轉筒的圓周上裝有24塊濾篦，濾篦下對應轉筒的一個空腔，由徑向筋板構成24個單獨過濾室，每個室的兩端均有經配氣軸的單獨孔道與兩端分配頭分別連接。分配頭的作用是同時連接地向過濾機24個過濾室提供低真空、高真空和壓縮空氣。轉筒每旋轉一周，每個過濾室都相繼與分配頭的低真空、高真空和壓縮空氣連通，完成連續(xù)過濾的各工序。這種類型的過濾機轉速較高，濾液流動的阻力較小，單位時間內通過的濾液量較多，因而單位過濾面積的產量較高。

  （1）過濾機單位過濾面積產量

  過濾機單位過濾面積產量與過濾機的構造、轉速、進漿濃度、濾布性質及其使用時間及濾餅要求的含水率有關，是個可變值，只能根據生產實踐經驗，確定一個平均值。

武漢市硅酸鹽制品廠使用真空過濾機的經驗較為豐富。該廠配置兩臺20m2的木板轉筒

 

圖 2-23  BGN-18型周邊轉動式濃縮機外形圖

  的真空過濾機和一臺13.4m2的鑄鐵轉筒的真空過濾機。有時一臺13.4m2的過濾機單獨運行，有時兩臺20m2的過濾機運行。在來兩種運行情況下都只啟動SZ4型真空泵，反吹系統(tǒng)只啟動一臺SZ2XI型壓縮機。

  操作時過濾機的轉速控制：1號20m2過濾機的每個轉動時間為3’40”，2號20m2過濾機的每轉時間為3’42”，3號13.4m2過濾機的每轉時間為40”~50”。

過濾機工藝控制記錄如表2-19所示。

過濾機單位過濾面積產量計算式：

q=60*n*h平均yf（1-Pf）

  式中   q——過濾機單位面積產量（以干粉煤灰計），t/h；

     n——過濾機的轉速，r/min；

     h平均------濾餅的平均厚度，m；

     yt-------濾餅的密度（含水率Pf時），t/m3；含水率在35%左右時，濾餅密度為1.1~1.3t/m3；

     Pf-----濾餅含水率。

過濾機工藝控制記錄                      表2-19

序號	1號20m2過濾機				2號20m2過濾機				3號13.4m2過濾機
	真空度		濾餅厚度	濾餅水分	真空度		濾餅厚度	濾餅水分	真空度		濾餅厚度	濾餅水分
	(kpa)	(mmHk)	(mm)	(%)	(kpa)	(mmHg)	(mm)	(%)	(kpa)	(mmH)	(mm)	(%)
1									55	410	25	31.5
2									63	470	20	29
3									73	550	16	27.5
4									80	600	20	28.5
5									67	500	13	30
6	73	550	14	25
7	67	500	30	33.5	67	500	10	33.5
8	77	580	25	26.5	77	580	10	33.5
9	79	590	20	29	79	590	20	28
10	75	560	20	25	75	560	20	28
11	60	450	25	30	73	550	20	35
12	40	300	29	36	41	310	180	33
13	49	370	20	30	49	370	10	29
14					61	460	14	27	67	500	13	33
15					60	450	18	27.5	67	500	10	32
16					53	400	15	25	59	440	15	29.5
17					77	580	25	25
18					75	560	29	30
19					72	540	29	27.5

  根據武漢是硅酸腌制品廠的操作經驗，在濾布使用為中期、灰漿濃度為40%（固液比1：1.5）時，20m2過濾機的單位過濾面積干粉煤灰產量為0.25~0.3t/（m2*h）；13.4m2過濾機的單位過濾面積產量為1.04~1.2t/（m2*h）。

（2）生產需要的過濾面積與過濾機臺數

式中  F——生產需要的過濾面積，m2；

  Q——每小時需要的干粉煤灰量，t/h；

  q——過濾機的單位過濾面積干粉煤灰產量，t/（m2*h）；

  n——過濾機臺數，臺；

  a——每臺過濾機的過濾面積，m2。

（3）真空過濾機技術性能

  沈陽礦山器廠出品的外濾式真空過濾機技術性能為表2-20所示。

  (4)真空過濾機的外形如圖2-24和2-25所示。

 

 

 

圖2-24   13.4m2真空過濾機外形圖

圖2-25   20m2真空過濾機外形圖

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　　5.過濾配套設備選型

　?。?）過濾工程流程

　　圖2—26是過濾工作流程圖，由圖示可知，過濾的主要配套設備是排液裝置，真空泵和壓縮機，此外還有料漿進過濾機前的緩沖儲罐（攪拌槽）。

　　
　　（2）攪拌槽的選型

　　為了使用粉煤料漿均衡地進入真空過濾機，需在過濾機上方設緩沖貯罐內設攪拌器，以防料漿沉淀，姑該貯罐又稱攪拌槽。各種過濾機一般都選用同樣規(guī)格的攪拌槽，沈陽礦山機械廠出品的攪拌槽內徑和內高均為1500mm。其技術性能見表2—21，外形圖見圖2—27

　　
　?。?）自動排液裝置選型
　　為了使過濾后的濾液與空氣分離并排除，需在真空過濾機和真空泵之間的管路上安置排水裝置和氣水分離器，一般將兩者合在一起成為一個設備，稱為自動排液裝置，簡稱濾液罐。

　　自動排液裝置從結構上可分為立式和臥式兩種，其外形見圖2—28和圖2—29。對其形式的選擇在車間工藝布置時視可利用的平面尺寸和空間高度而定。

　　自動排液裝置生產能力取決于真空過濾機的總排水量。真空過濾機總排水量按下式計算：式中  Qw—真空過濾機的總計較大排水量，t/h；

      n—過濾機的臺數，臺；

      Q—過濾機的較大干灰產量，t/h；

      Pa—進過濾機的灰漿量較大含水率，%；

      Pf—濾餅的較小含水率，%。

沈陽礦山機器廠出品的自動濾液裝置的較大排液能力約為25~50t/h。

考慮到自動排液裝置的運行事故和維修，應設置一臺備用設備。

　　
　　（4）真空泵的選型

　　配合真空過濾機使用的真空泵有干式和濕式兩種。干式真空泵一般為往復式真空泵，泵的真空度高，動力小；濕式真空泵為水環(huán)式真空泵，體積小，較輕便。粉煤灰懸浮液脫水真空過濾機配套用的真空泵目前多采用水環(huán)式真空泵。
　　根據武漢市硅酸鹽制品廠的實踐經驗，每平方米過濾面積的真空抽氣量為0.06~0.09m3/mim[真空度為80%，即81kpa（608mmHg）

　　
　　選型時真空泵應考慮備用。

　　河南新鄉(xiāng)水泵廠是生產真空泵的專業(yè)廠家，其產品性能參數見表2—23。

　　
　　注sz代表軸向單作用水環(huán)式真空泵，sk代表徑向雙作用水環(huán)式真空泵。1~4數字表示泵的設計序號，5~30表示泵的較大氣量，j表示部節(jié)能攻關更新?lián)Q代產品，f為耐腐蝕，m表示軸封為機械密封。
　　表2—23所列性能參數是下列標準條件下的性能：

　　大氣壓：101.33kpa。

　?、?/span>吸入氣體為空氣，溫度為20℃，相對濕度70%。

　?、?/span>工作水溫15℃。

　?、?/span>在選型時，應根據工藝實際情況，進行工作水溫和工作氣體溫度修正。

　?。?）壓縮機選型

　　從上述關于過濾機的試驗結果已知，真空過濾機用于粉煤灰懸浮液的脫水，可以不必用壓縮空氣吹卸濾餅。但是，一般還是配備壓縮機，以便在必須要時使用。
　　根據武漢市硅酸鹽制品廠的經驗，每平方米過濾面積必要時所需吹氣量為0.035~0.05m3/min(壓力為2.9~4.9N/cm2時)。

與真空泵一樣，一般多選用水環(huán)式壓縮機，河南新鄉(xiāng)水泵廠除生產真空泵外，也生產壓縮機。其產品性能參數見表2—24。

　　
　　注：SZ表示水環(huán)式壓縮機，軸向單作用，1.2表示泵的設計序號，F為耐腐蝕,J表示部節(jié)能攻關更新?lián)Q代產品，M表示軸封為機械密封。

 

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6．灰漿壓力輸送管道的計算和泵的選型

耙式濃縮機底流灰漿靠濃縮機內液面高差的壓力，沿管道靜壓自流至泵池，再用泵將灰漿沿壓力管道強制輸送至設于真空過濾機上方的攪拌槽。由于灰漿中含有大量的具有磨琢性的固體粉煤灰顆粒，一般清水泵磨損很快，不宜選用，通常選用砂泵或泥漿泵。

（1）灰漿輸送流量的計算

灰漿的濃度：

式中　C——灰漿的濃度；

　　　R2——灰漿的液固比。

當R2=1.5時，C=0.40（40%）。

需要輸送的水量：

式中　W——需要輸送的水量，m3/h；

　　　Qa——需要輸送的干粉煤灰量，t/h。

灰漿的密度：

式中　δa——灰漿的密度，t/m3；

　　　δa——粉煤灰的密度，t/m3；

　　　C——灰漿的濃度。

當C=0.40時，與粉煤灰密度相應的灰漿密度如表2-25所示。

灰漿密度δa值（t/m3）　　表2-25

δa	δs（當K=0.40時）
1.9	1.235
2.0	1.250
2.1	1.264
2.2	1.279
2.3	1.290

 

需要輸送灰漿的流量：

或 

或 

式中　Q——需要輸送灰漿的流量，m3/h，m3/s，1/s；

　　　KS——輸送灰泵波動系數，一般為1.1～1.2。

（2）灰漿壓力輸送管管徑

式中　d——壓力輸送管管徑，m；

　　　Vs——灰漿流速，m/s，可由表2-26選?。?/span>

　　　Q——需要輸送灰漿的流量，m3/s。

壓力管內灰漿流速Vs值（m/s）　　表2-26

灰漿濃度（%）	密度≤2.7（t/m3）的灰粒平均粒徑d平均（mm）
	≤0.074	0.074～0.15	0.15～0.4	0.4～1.5	1.5～3
1～20	1.0	1.0～1.2	1.2～1.4	1.4～1.6	1.6～2.2
20～40	1.0～1.2	1.2～1.4	1.4～1.6	1.6～2.1	2.1～2.3
40～60	1.2～1.4	1.4～1.6	1.6～1.8	1.8～2.2	2.2～2.5
60～70	1.6	1.6～1.8	1.8～2.0	2.0～2.5	—

 

（3）灰漿壓力輸送的總揚程

圖2-30為灰漿壓力輸送系統(tǒng)示意圖，壓力輸送灰漿需要的總揚程可按下式計算：

式中　Hs——壓力輸送灰漿需要的總揚程，m；

　　　Hgd——攪拌槽較高液面至泵中心線的幾何高度，m；

　　　hld——排出側管道系統(tǒng)的阻力，m；

　　　Hls——進口側管道系統(tǒng)的阻力，m；

　　　h——管道出口剩余揚程，m，以制造廠給出的汽蝕余量NPSH為準，在初步估算時，可取2m左右；

　　　Vd，Vs——排出側、進口側管內灰漿流速，m/s；

　　　g——重力加速度，g＝9.81m/s2。

（4）管道系統(tǒng)阻力計算

hld和hls的計算式為：

式中　La——直管長度和彎頭、閘門等局部阻力損失折合成直管當量長度的總和，m，各種管件折合當量長度，由表2-27選??；

　　　i——單位管長清水陰力損失，i＝AQ2；

　　　A——比阻系數，查表2-28；

　　　Q——灰漿流量，m3/s。

各種管件折合當量長度（m）　　表2-27

管件名稱	管徑（mm）
	50	63	76	100	125	150	200	250
彎頭	3.3	4.0	5.0	6.5	8.5	11.0	15.0	19.0
普通接頭	1.5	2.0	2.5	3.5	4.5	5.5	7.5	9.5
全開閘門	0.5	0.7	0.8	1.1	1.4	1.8	2.5	3.2
三通	4.5	5.5	6.5	8.0	10.0	12.0	15.0	18.0
逆止閥	4.0	5.5	6.5	8.0	10.0	12.5	16.0	20.0

 

（5）需要的灰漿總揚程（Hs）折合為清水的總揚程（H）。生產廠提供的泵的技術參數為清水參數，為了進行泵的選型，必須將需要的灰漿揚程折合成清水總揚程。

式中　ds——灰漿密度，t/m3；

　　　Ka——灰漿阻力損失比清水阻力損失增大系數。當灰漿濃度為40%時，Ka＝1.8；當灰漿濃度為50%時，Ka＝2.1。

　　　H——輸送灰漿折合清水時的總揚程，m；

其他意義同前。

鋼管比阻A值　　表2-28

水煤氣鋼管		中等管徑鋼管
公稱直徑Dg(mm)	A值	公稱直徑Dg(mm)	A值
25	436700	125	106.2
32	93860	150	44.95
40	44530	175	18.96
50	11080	200	9.273
70	2893	225	4.822
80	1168	250	2.583
100	267.4	275	1.535
125	86.23	300	0.9392
150	33.95	325	0.6088
		350	0.4078

 

（6）泵的選擇

輸送粉煤灰漿可用的泵為：砂泵和渣漿泵。

①砂泵

常用PS型砂泵，這是一種臥式側面進水離心式泵，可輸送灰漿的較大濃度是60%～70%，砂泵安裝需低于灰漿面1～3m（由泵的軸中心算起），壓入式給灰漿才能工作。泵與電動機可以直聯(lián)傳動，也可以用三角膠帶間接傳動。

表2-29為石家莊水泵廠出品的PS型砂泵工作性能參數。

 

PS型砂泵主要工作性能參數　　表2-29

型號	流量Q（m3/h）	揚程H（m）	轉速n（r/min）	效率η（%）	功率P(kW)		葉輪直徑（mm）	重量（kg）
					軸功率	電動機功率
2PS	50	34.5	1800	42	11.2	22	280	310
	60	34	1800	47	11.8	23
2PS	50	23	1460	44.5	7.04	15	280	310
	60	22	1460	48	7.5	15
4PS	120	36.5	1470	50	23.8	55	365	610
	140	36	1470	54	25.4	55
4PS	120	24	1200	52	15.1	30	365	610
	140	23	1200	53	16.55	30
5PS	240	35	1080	55	41.8	75	470	980
	280	33	1080	60	42	75
5PS	240	28	980	55	33.4	55	470	980
	280	26.5	980	60	33.8	55

注：型號數字為泵出口直徑（英吋）；PS代表單吸單級臥式離心砂泵。

 

②渣漿泵

石家莊水泵廠是全國較大的渣漿泵專業(yè)制造廠，該廠引進澳大利亞WARMAN公司技術生產M，AH，HH型渣漿泵，該系列產品為懸臂、臥式離心泵。M，AH型泵的泵體具有可更換的耐磨內襯或橡膠內襯，葉輪采用耐磨金屬或橡膠材料。HH型泵的泵體內襯和葉輪僅采用耐磨金屬。

型號的意義：如10/8ST-AH（或M，HH），10為吸入口直徑（英吋），8為吐出口直徑（英吋），ST為托架型式，AH，M為渣漿泵，HH為高揚程渣漿泵。

表2-30是該系列產品的主要工作性能參數。

 

渣漿泵主要工作性能參數　　表2-30

型號	允許配帶較大功率（kW）	材質		清水性能						葉輪
		護套	葉輪	流量Q		揚程H（m）	轉速n（r/min）	高效率η（%）	汽蝕余量（m）	葉片數	葉輪直徑(mm)
				(m3/h)	(1/s)
2/B-AH	15	M	M	12.6～28.8	3.5～8	6～68	1200～3800	40	2～4	5	152
		RU	RU	10.8～25.2	3～7	7～52	1400～3400	35	2～4	3	152
11C-HH	30	M	M	16.2～34.2	4.5～9.5	25～92	1400～2200	20	2～5.5	5	330
2/1B-AH	15	M	M	32.4～72	9～20	6～58	1200～3200	45	3.5～8	5	184
		RU	RU	25.2～54	7～15	5.5～41	1000～2600	50	2.5～5		178
3/2C-AH	30	M	M	39.6～86.4	11～24	12～64	1300～2700	55	4～6	5	214
		RU	RU	36～75.6	10～21	13～39	1300～2100		2～4		213
3/2D-HH	60	M	M	68.4～136.8	19～38	25～87	850～1400	47	3～7.5	5	457
4/3C-AH	30	M	M	86.4～198	24～55	9～52	1000～2200	71	4～6	5	245
4/3D-AH	60
4/3C-AH	30	RU	RU	79.2～180	22～50	5～34.5	800～1800	59	3～5	5	245
4/3D-AH	60
4/3C-AH	30	M	M	97.2～194.4	27～54	9～53	1000～2200	55		3	240
4/3D-AH	60
4/3E-HH	120	M	M	126～252	35～70	12～97	600～1400	50	2～5	5	508
6/4D-AH	60	M	M	162～360	45～100	12～56	800～1550	65	5～8	5	365
6/4E-AH	120
6/4D-AH	60	M	M	180～396	50～110	7～61	600～1600	55	3～8	4	372

注：1．RU代表橡膠材料，M代表合金耐磨材料。

　　2．推薦流量范圍為50%Q＇≤Q≤110%Q＇（Q＇≈相應于較高效率點流量）

 

（7）計算泵的軸功率和配套電動機的功率

①軸功率

式中　N0——泵的軸功率，kW；

　　　Q——需要輸送灰漿的流量，1/s；

　　　H——需要的灰漿總揚程折合為清水的總揚程，m；

　　　η1——泵的總效率，查泵的清水性能曲線。

　　②配套電動機功率

式中　N——電動機功率，kW；

　　　N0——泵的軸功率，kW；

　　　K——安全系數，按泵的軸功率確定，N0≤40kW時，K＝1.2；N0＞40kW時，K=1.1；

　η2——傳動效率，采用三角膠帶傳送時，η2＝0.95；直聯(lián)傳動時，η2＝1。

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  7.自流輸送管道系統(tǒng)的計算

  “耙式濃縮機濃縮—真空過濾機過濾”脫水工藝中，灰水和灰漿管道，除上述將泵至攪拌槽為壓力輸送外，其余都屬自流管道或自流槽。

  (1)自流輸送管道系統(tǒng)管徑的選定

  ①自流管道直徑的計算公式

8

式中  d——自然管直徑，m，參見表2-34；

  Q——灰漿流量，m3/s

  I——自流坡度（水力坡度），%，見表2-31.

  Kd————灰漿充滿度系數，由表2-32和表2-33選取。

 

自流管和自流槽自流坡度i值（%）        表2-31

灰粒平均粒徑d平均（mm）	灰漿濃度K（%）
	1～10	10～20	20～30	30～50	50～80
～0.074	1～2	2～3	3～5	5～12.5	5～12.5
～0.3	2～3	3～5	5～8	8～24	24～8
～0.8	3～4	4～8	8～12.5	12.5～32	32～40
～2	4～6	6～10	10～18	18～40	40～50
～4	5～7	7～12	12～20	20～50	50～70
～6	6～8	8～12	12～25	25～60	60～90
～8	7～8	8～14	14～30	30～70	70～100
～10	8～9	9～15	15～35	35～80	80～100
～12	9～10	10～17	17～38	38～88	88～100

注：此表是當粉煤灰比重γ≤2.7時的i值。

灰漿濃度與自流管充滿度關系                    表2-32

濃度K（%）	10	20	30	40	50
充滿度（h/d）	0.6	0.55	0.5	0.45	0.4

灰漿充滿系數Kd值                       表2-33

管子類別	粗糙系數	灰漿充滿度（h/d）
		0.4	0.45	0.5	0.55	0.6
木管	0.012	0.1135	0.0919	0.0767	0.0657	0.0573
鋼管	0.0125	0.1192	0.0961	0.0804	0.0686	0.0598
鑄鐵管	0.013	0.1258	0.1000	0.0838	0.0717	0.0625
混凝土管	0.015	0.1462	0.1180	0.0985	0.0843	0.0734

  

  ②自流槽斷面尺寸的計算公式

  式中   h——灰漿深度，m；

     Q——灰漿流量，m3/s；

     i——自流坡度，%，可由表2-31選取；

     Kb————深度系數，可由表2-35選取。         

  灰漿深度h值得出后，據此可確定自流槽的斷面尺寸：寬度B≥2h，高度H=h+S(S為擋水高度），一般S=h。當B＞2h時，S＜h，但不得小于100mm。

  理想的流槽斷面尺寸比例見圖2-31。

  流槽一般設計為矩形斷面，為方便與流動，也可設計為U型斷面。 

 

圖2-31  流槽斷面尺寸比例圖

 

不同管徑及坡度時的流量與速度                     表2-34

管徑d=150mm
灰漿充滿(h/d)	坡度i（%）
	1		2		5		6		8					10
	Q	V	Q	V	Q	V	Q	V	Q			V		Q	V
0.4	5.20	0.76	8.91	1.35	11.48	1.74	12.67	1.92	14.79			2.24		16.34	2.49
0.45	6.17	0.80	10.98	1.42	14.19	1.84	15.66	2.03	18.12			2.35		20.21	2.62
0.5	7.74	0.84	13.08	1.48	16.96	1.92	18.64	2.11	21.65			2.45		24.30	2.75
0.55	8.74	0.88	15.34	1.54	19.92	2.00	21.91	2.20	25.29			2.54		28.48	2.86
0.5	10.07	0.91	17.60	1.59	22.81	2.06	25.13	2.27	29.01			2.62		32.55	2.94
管徑d=200mm
灰漿充滿(h/d)	坡度i（%）
	1		3		4		6		8				10
	Q	V	Q	V	Q	V	Q	V	Q	V			Q		V
0.4	10.91	0.98	19.01	1.62	22.06	1.88	27.11	2.31	31.57	2.69			35.2		3.0S
0.45	13.44	0.98	23.58	1.71	27.42	2.00	33.59	2.45	38.94	2.84			43.74		3.19
0.5	16.18	1.03	28.27	1.80	32.83	2.09	40.21	2.56	46.65	2.97			52.31		3.33
0.55	18.94	10.7	33.28	1.88	38.42	2.17	47.10	2.66	54.53	3.08			61.08		2.45
0.6	21.65	1.10	38.18	1.94	44.08	2.24	53.93	2.74	62.93	3.20			70.26		3.57
0.4	19.80	1.08	27.87	1.52	39.97	2.18	48.96	2.67	56.84	3.10			63.81		3.48
0.45	24.42	1.14	34.71	1.62	49.49	2.31	60.84	2.84	70.7	3.30			79.26		3.69
0.5	29.21	1.19	41.72	1.70	59.15	2.41	72.90	2.97	84.92	3.46			94.49		3.85
0.55	34.3	1.24	48.69	1.76	69.15	2.50	85.20	3.08	99.31	3.59			110.65		4.00
0.6	39.35	1.28	56.28	1.83	79.65	2.59	98.10	3.19	113.78	3.70			127.3		4.14
管徑d=300mm
灰漿充滿(h/d)	坡度i（%）
	1		2		5		6		8				10
	Q	V	Q	V	Q	V	Q	V	Q		V		Q		V
0.4	32.21	1.22	45.68	1.73	64.95	2.46	80.00	3.03	93.20	3.53			103.76		3.93
0.45	39.80	1.29	56.76	1.84	80.21	2.60	98.72	3.20	115.07	3.73			128.34		4.16
0.5	47.71	1.35	67.86	1.92	96.49	2.73	118.75	3.36	135.48	3.89			153.74		4.35
0.55	55.77	1.40	79.67	2.00	113.13	2.84	139.42	3.50	161.33	4.05			179.26		4.50
0.6	64.21	1.45	91.67	2.07	129.75	2.93	159.42	3.60	185.10	4.18			206.8		4.67

注：表中Q以1/a計；V以m/s計。

灰漿深度系數Kh值       

流槽類別	粗糙系數	槽寬和灰漿深度比（B/h）
		2	2.5	3	4
木槽	0.0125	100	135	170	245
鐵槽	0.013	97	130	160	235
混凝土槽	0.014	90	120	150	220
鑄石槽	0.015	84	110	140	205

 

  （2）灰水和灰漿管道的管徑

  濃縮機澄清水（含灰濃度較高可達0.02%）的排除，濃縮機和過濾機事故排出的灰水或灰漿以及清洗廢水的排除均可選用自流管或流槽。壓力管道和自流管道的管徑一般可參照表2-36選取。

灰水或灰漿管道系統(tǒng)管徑                      表2-36

序號	管道名稱	管徑D(mm)	備注
1	脫水篩至φ18濃縮機灰水管	250	自流管
2	濃縮機至漿泵池灰漿關	125	靜壓力自流管，設雙道閘閥
3	泵池至泵的灰漿管	100	靜壓力自流管，設閘閥
4	泵至攪拌槽灰漿管	100	壓力管，設閘閥
5	攪拌槽至13.4m2或20m2過濾機的灰漿管	100	靜壓力自流管，設閘閥
6	攪拌槽溢流管	150	自流管
7	真空過濾機溢流管	150,200	自流管
8	真空過濾機放漿管	150,200	自流管
			管徑依設備進、出口管徑定

 

  （3）濾液和反吹管道系統(tǒng)管徑，按選用設備的進出口管徑以及濾液排出量和抽氣量等因素確定，一般可參照表2-37選取。

濾液和反吹管道系統(tǒng)管徑                      表2-37

序號	管道名稱	管徑D(mm)	備注
1	過濾機至自動排液裝置的濾液管	200	設真空計及球閥
2	自動排液裝置（臥式）至真空泵（SZ）濾液管	200	設球閥，真空泵設真空計
3	真空過濾機至壓縮機反吹管    13.4m2過濾機	100	設球閥，壓縮機設壓力計
	20m2過濾機	70	設球閥，壓縮機設壓力計

 

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　　8.管道系統(tǒng)布置要點

　?。?）濃縮機底流排漿管的布置

　　濃縮機底部排出漿口合適位有四個，最少應有兩個。其布置形式有環(huán)形（圖2-32）和單側式（2-33）兩種，前者排漿較均勻，但閘門較多，后者排漿不夠均勻，但閘門較少。

　　排漿管為靜壓力自流管，一般應社兩條管道，其中一條備用。自流管應有不小于0.01的坡向泵池的坡度。

　　（2）濃縮機的溢流澄清水可用靜壓里自流管、槽排出，輸送管槽敷設坡度一般不小于0.002。

　?。?span>3）泵漿閘閥的設置：泵的吸入管上設置開閉式閘閥，其位置應盡量靠近泵池：為調節(jié)泵的揚量，一般在泵的吸入管上設置調節(jié)閘閥，其位置應盡量靠近泵。停泵后為放出壓力管道中的灰漿須設放漿閘閥，其位置：管長小于50m時，設在泵吸入管兩閘閥之間：管長大于50m時，則設在泵的吐出口附近。

　?。?）為考慮停泵時放出灰漿，壓力管道水平管段敷設應有3%~6的坡度，坡向泵的吐出口。

　?。?）壓力管或自流管應盡量減少彎頭數，直徑小于100mm的壓力管或自流管在改變管的方向時，可采用煨彎的方法，其曲率半徑不得小于管徑的4倍。當灰漿流量較大時，自流管槽拐彎處應盡量利用緩沖箱變更流向。

　?。?）灰漿給入自流管槽的方向，應與管槽內的灰漿流動方向一致，不得逆向或垂直給入。

　?。?）管道的沖洗; 對于管道中可能發(fā)生沉淀料的部分，如閘閥、灰漿處于不流動的管端等處應設沖洗管道，沖洗水壓一般不小于19.6N/？，沖洗水量應不小于灰漿的臨界流量。

　　（8）管道一般應明設于地面上，管子盡可能沿墻、柱等架設，當管道有礙通行時，應設跨越管道的走臺。管壁與墻面及地面的凈距以不小于0.4m為宜。閘閥的設置地點應考慮操作及檢修方面，閘閥的手輪高出地面1.2m以上時，應設操作平臺。

 　　 9設備工藝布置
　　（1）濃縮機布置

　　①濃縮機架空式布置。其特點是將濃縮池，排漿管和底部通廊都設在地面上，見圖2-35.這種布置形式可以簡化構筑物的防水處理，降低漿泵的揚程，便于濃縮池在發(fā)生事故時的自流排漿，缺點是濃縮池造價較高，進灰管需增設架空支架。當采用架空時布置時，對于已投入使用的電廠，必須測定其排灰管的出口壓力，如果揚程不足則需增設二級泵站。

　　②濃縮機落地式布置。其特點是將濃縮池的斜壁、排漿口、底部通廓全部設置在地面以下，只有濃縮池的直壁部分設置在地面以上，見圖2-34.這種布置形式的濃縮池造價相對比較低，與電廠排灰管的銜接較為方便，電廠排灰管的揚程相對較低，缺點是土方工程量大的，防水處理復雜，事故排灰難于做到自流，因此，多在地下水位較深的地區(qū)或有高差可利用的地區(qū)采用。

　　
　　③考慮到電廠排灰管水的出口溫度一般可達30？~50？而濃縮機連續(xù)運行，故一般均設于室外，只有在特別的寒冷地區(qū)才設于室內或采取適宜的防凍措施。

　　④：底部通廊的布置，見圖2-34，相關尺寸見表2-38.通廊應設排水溝其寬度不小于0.2m，坡度不小于5%，坡向泵房。

　　
　?。?span>2）漿泵布置

　　①漿泵與漿泵房

　　漿泵一般都是壓入式給灰漿，故應配置在低于泵池中灰漿水平面1~3m處（由泵的軸中心算起），否則泵不能工作。設置泵池時，各泵與泵池相連，各泵的軸中心應在同一水平線上。

　　泵房內應設地溝、污水池。地溝斷面視可能通過的流量考慮，但其寬度不得小于0.2m地溝坡度一般取3%~5%。室內地坪坡向地溝或污水池的坡度一般取2%~3%。

　　沖洗泵房的污水流入污水池，其容積根據具體請款而定。一般用手搖泵排出污水池的積水。

　　泵房的高度，考慮安設三角架進行檢修的要求，一般不應小于3m

　　②泵池

　　泵池接受來自濃縮池底流的濃粉煤灰懸浮液，可設在室內或室外。由于粉煤灰房建材料企業(yè)所用的粉煤灰量一般不是很大，灰漿泵一般都是小型泵，泵池容積小，一般都設在室內。

　　③真空過濾機及其輔助設備的布置

　　考慮到濾液的排除和慮餅（即為脫水后符合使用要求的濕粉煤灰）的輸送要求，除有地形可利用者外，一般不把真空過濾機布置在底層，而是布置在二層或二層以上的樓層上。

　　真空過濾機輔助設備的布置

　　①灰漿攪拌槽：灰漿攪拌槽應在過濾機附近靠墻設置，其標高應考慮到能將灰漿自流輸送至各臺過濾機的灰漿槽其管道坡度不小于6%。攪拌槽頂至樓板（或屋面）的距離不得小于攪拌槽較大高度加0.5m，攪拌槽前面的過道不小于0.8m其一側應有一條大于攪拌槽直徑0.5m的通道

　　②真空泵與壓縮機：一般均應設在車間底層，其樓層高度應考慮設備檢修設置固定吊鉤或三角架的空間，不得少于3m

　　③濾液罐（自動排液裝置）：一般靠墻設置，并在附近預留檢修位置。為使濾液自流流入濾液罐，濾液罐的濾液入口標高應低于過濾機的濾液流出口標高，且自流管有不小于2%的坡度。

　?。?span>4）脫水系統(tǒng)主要設備的平面布置間距要求（表2~39）

　?。?span>5）脫水系統(tǒng)工藝布置實例？

　　①濃縮機架空、過濾機置于頂層的布置，見圖2~35.這種布置形式工藝流暢，濾餅用膠帶輸送機直接入倉，濾液污水或事故排灰均可自流進入事故排灰場。缺點是廠房建筑投資較大，漿泵揚程和電廠排灰泵揚程均要求較高。

 

　　
　　②濃縮機臥地，過濾機置于底層的布置，見圖2—36.。這種布置形式將脫水設單獨設在一幢建筑內，土建材投資小設備就位、安裝、檢修都很方便。主要缺點是很難實現濾液、溢流和事故排灰漿等的自流排放，濾餅也不能直接進入料倉。