機(jī)械化連續(xù)操作脫水

    第三節(jié)　機(jī)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(chǎn)過程的全盤機(jī)械化、自動(dòng)化、而且工藝中存在的幾個(gè)根本性問題很難解決。為此，早在20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)的建工部東北工業(yè)建筑設(shè)計(jì)院、北京市建筑材料科學(xué)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(yàn)研究組”就著手研究機(jī)械化連續(xù)操作的濕排粉煤灰脫水技術(shù)，其研究成果最初應(yīng)用于20世紀(jì)60年代末期投產(chǎn)的武漢市硅酸鹽制品廠的生產(chǎn)中，至今仍在使用效果良好。

　　一、生產(chǎn)工藝的選擇

　　進(jìn)行機(jī)械化連續(xù)操作脫水一般都要經(jīng)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(dāng)大但仍能在管道中流動(dòng)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(chǎn)對(duì)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(jī)，一是水力旋流器。對(duì)這兩種濃縮工藝都用模擬設(shè)備進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下：

　?。?）耙式濃縮機(jī)濃縮

　　試驗(yàn)設(shè)備是當(dāng)時(shí)北京學(xué)院的直徑700mm的模擬式濃縮機(jī)。

　　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(duì)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(shí)，沉降速度達(dá)到0.608mm/s。這是采用耙式濃縮機(jī)的一個(gè)極為有利的條件，濃縮后的 稠漿濃度為56.7%~63.3%，可以達(dá)到在管道中自由流動(dòng)的極限值。
　　模擬試驗(yàn)所得出的耙式濃縮機(jī)的理論產(chǎn)量如圖2—8所示

　　基本結(jié)論是：

　　①當(dāng)進(jìn)料懸浮液的固液比為1：18時(shí)，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。

　　③每平米每小時(shí)產(chǎn)量（折合干灰).當(dāng)出料固液為1.15時(shí)，約為0.085t/（m2?h)。

　?、馨沂綕饪s機(jī)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(jìn)料管5以切線方向射入，由于進(jìn)料的壓力很高，所以速度很大，一般可以達(dá)到5~12m/s。進(jìn)入旋流器后，即環(huán)繞中心溢流管3作旋轉(zhuǎn)流動(dòng)從而產(chǎn)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(zhì)量。

　　在離心力作用下，懸浮液有遠(yuǎn)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(zhì)中產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，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(xì)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(jí)，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(xì)的稀懸浮液。

　　我們利用當(dāng)時(shí)建筑材料科學(xué)研究院的直徑100mm水力旋流器進(jìn)行了模擬試驗(yàn)。

　　
　　試驗(yàn)表明，進(jìn)料壓力對(duì)底流濃度影響很大，詳見圖2—10。進(jìn)料壓力越高，底流含水率越低。當(dāng)進(jìn)料壓力達(dá)到182~203kpa（1.8~2個(gè)標(biāo)志大氣壓）時(shí)，含水率降到52%~60%既達(dá)到能在管道中流動(dòng)的極限值。進(jìn)料壓力對(duì)產(chǎn)量也有直接影響，隨著壓力的提高，產(chǎn)量也增加，當(dāng)壓力超過162kpa（1.6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）后，產(chǎn)量曲線漸趨平緩。進(jìn)料壓力與溢流中的固體含量關(guān)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(dá)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(xì)sio2和al2o3含量高，比表面積大，活性大，是更優(yōu)質(zhì)的粉煤灰。

　　對(duì)水力旋流器進(jìn)行模擬試驗(yàn)得出的基本結(jié)論是：

　?、佼?dāng)進(jìn)料壓力位182~203kpa（1.8~2.0標(biāo)志大氣壓）時(shí)，底流濃懸浮液的含水率一般為52%~60%.可以達(dá)到濃縮的要求。

　?、谝缌鲬腋∫汉腆w量2.2%~3.1%。


　　　　　　　　　　　　　　?。ㄐ髌鳎褐睆?00mm，圓柱高150mm）

　　③溢流懸浮液中的粉煤灰為顆粒細(xì)、活性高的優(yōu)質(zhì)粉煤灰。

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（3）濃縮工藝的選擇

耙式濃縮機(jī)和水力旋流器都可以達(dá)到對(duì)電廠排出的灰水進(jìn)行濃縮的目的。但如果將水力旋流器單純作為濃縮設(shè)備來使用，則存在兩個(gè)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(jìn)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(xì)粒優(yōu)質(zhì)成分，任其排走是對(duì)資源的浪費(fèi)，二是電廠排來的灰水在進(jìn)入水力旋流器前要用砂泵加壓，使之進(jìn)入壓力達(dá)到182~203kPa（1.8~2.0標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）才能達(dá)到濃縮的目的，為此，折合每噸干灰耗電高達(dá)3.03kW·h/t，而耙式濃縮機(jī)電能消耗僅為0.22kW·h/t，水力旋流器能耗為耙式濃縮機(jī)的14倍。因此，水力旋流器不是一種普遍適用的濃縮設(shè)備，只有在需要將粉煤灰中2%~3%的極細(xì)顆粒分離出來時(shí)才宜于使用。普遍適用的濃縮設(shè)備是耙式濃縮機(jī)。

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(jī)都是通過重力排除游離水的措施。第二種狀態(tài)是毛細(xì)管水分。這部分水是由于毛細(xì)管吸力的作用而保持在顆粒之間的空隙中。要清除毛細(xì)管水分必須施加一定的推動(dòng)力來克服毛細(xì)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(gè)分子和幾個(gè)分子，這就是吸取水。當(dāng)水分子鉆入（擴(kuò)散）固體內(nèi)部時(shí)，則稱為吸收水。吸取水和吸收水與固體緊密結(jié)合，用機(jī)械方法無法清除，只能通過加熱使其蒸發(fā)。

對(duì)粉煤灰濃懸浮液進(jìn)行過濾就是通過過濾的方法對(duì)其游離水分和毛細(xì)管水分加以清除的工藝措施。

過濾設(shè)備通常有三種：壓濾機(jī)、真空過濾機(jī)和離心過濾機(jī)（簡(jiǎn)稱離心機(jī)），由于壓濾機(jī)產(chǎn)量過小，與粉煤灰房建材料廠的要求不相適應(yīng)，我們只考慮真空過濾機(jī)和離心機(jī)。

（1）離心機(jī)

離心機(jī)是利用離心力使懸浮液中的固體顆粒與液體分離的設(shè)備。依操作原理，有過濾式離心機(jī)和沉降式離心機(jī)之分，由于沉降式離心機(jī)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(jī)僅指過濾式離心機(jī)，或稱離心過濾機(jī)。

過濾式離心機(jī)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(jī)按其卸料方式又分為刮刀卸料和往復(fù)活塞卸料等兩種。由于往復(fù)活塞卸料離心機(jī)的過濾篩網(wǎng)很粗，不適于細(xì)粒粉煤灰的過濾，且過濾時(shí)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(jī)是刮刀卸料的過濾式離心機(jī)。

我們的試驗(yàn)分兩步進(jìn)行，第一步在試驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)，第二步在生產(chǎn)設(shè)備上進(jìn)行模擬試驗(yàn)。通過第一試驗(yàn)，探索離心機(jī)操作的工藝參數(shù)，通過第二步試驗(yàn)，得出離心機(jī)可用性結(jié)論及離心機(jī)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(shù)來說明。分離因數(shù)是在已知的分離機(jī)中所產(chǎn)生的離心場(chǎng)加速度與重力加速度的比值。分離因數(shù)乃評(píng)價(jià)離心機(jī)效率的基本準(zhǔn)數(shù)之一。

分離因數(shù)為一無因次量，可由下述方程式求得：

式中　Fr——分離因素；

　　　w——轉(zhuǎn)鼓的角速度，；

　　　n——轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)數(shù)，r/min；

　　　R——轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)半徑，m；

　　　g——重力加速度，m/S2。

分離因數(shù)愈大，離心分離過程進(jìn)行得愈加強(qiáng)烈。試驗(yàn)證明，隨著分離因數(shù)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(shù)的提高而被壓縮，可見，提高分離因數(shù)是降低粉煤灰含水率的有效措施。試驗(yàn)結(jié)果見表2-4和圖2-11。

但是，分離因素是有限度的，受機(jī)械強(qiáng)度條件和動(dòng)力穩(wěn)定條件的制約。一般來說，轉(zhuǎn)鼓直徑越大的離心機(jī)，由于其轉(zhuǎn)數(shù)不可能很高，分離因數(shù)也較低；而轉(zhuǎn)鼓直徑較小的離心機(jī)，分離因數(shù)較高。例如國(guó)產(chǎn)直徑680mm的自動(dòng)刮刀離心機(jī)，較大分離因素為800；國(guó)產(chǎn)直徑1800mm的自動(dòng)刮刀離心機(jī)，較大分離因數(shù)只有520。但是，小離心機(jī)產(chǎn)量太小，不適于粉煤灰房建材料廠采用，必須選擇一個(gè)分離因數(shù)適中值。分析圖2-11可知，曲線1、2、3在分離因數(shù)為500時(shí)都發(fā)生轉(zhuǎn)折，分離因數(shù)高于500時(shí)，曲線漸趨于平緩，而Fr=300~500時(shí)曲線斜率很大，可見，分離因數(shù)選用500較為經(jīng)濟(jì)。

分離因素對(duì)脫水效果的影響　　　　　　　表2-4

分離時(shí)間（min）	分離因數(shù)（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(duì)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(chǎng)中水份經(jīng)濾布排除兒實(shí)現(xiàn)的。單位面積的濾布在單位時(shí)間內(nèi)通過的水量有其極限值，這個(gè)極限值隨分離因數(shù)的增大而增大。因此，進(jìn)料懸浮液的含水量要不超過這個(gè)極限值，則對(duì)脫水效果影響不大，如果超過這個(gè)極限值，則濾餅含水率將急劇上升。試驗(yàn)結(jié)果見圖2-12。當(dāng)進(jìn)料懸浮液的固液比在1:2.25以下時(shí)，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(shí)，粉煤灰濾餅含水率驟然上升到24%。所以，在分離因數(shù)為500~600時(shí)，進(jìn)料粉煤灰懸浮液的固液比應(yīng)控制在1:2.25以下。在上一段關(guān)于耙式濃縮機(jī)的敘述中已提到，耙式濃縮機(jī)的底流濃度為1:1.5，完全符合要求。

  ③濾渣層厚度對(duì)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(dòng)下經(jīng)過顆粒之間的孔道和過濾介質(zhì)而被排除，不僅離心力的大小影響脫水效果，水分排降時(shí)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(guān)系

（分離因數(shù)600，離心時(shí)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(huì)提高。試驗(yàn)表明（圖2-13），濾餅厚度在4cm以下時(shí)，對(duì)其含水率影響很??；超過4cm時(shí)，影響大一些，但總的來看，濾餅厚度對(duì)其含水率的影響不起決定性作用。為了提高離心機(jī)的生產(chǎn)效率，在設(shè)計(jì)粉煤灰懸浮液專用離心機(jī)時(shí)，要考慮適當(dāng)增加濾餅厚度。

圖2-13  濾餅厚度和脫水效果的關(guān)系

（分離因數(shù)600,離心時(shí)間2min）

  ④離心時(shí)間對(duì)脫水效果的影響

  懸浮液中水分的過濾可以分作兩個(gè)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(shí)間很短；第二階段是毛細(xì)管水分的排除。毛細(xì)管水分是較難排除的，所需時(shí)間較長(zhǎng)。隨著時(shí)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(shí)間對(duì)脫水效果是有很大影響的。當(dāng)離心時(shí)間延長(zhǎng)時(shí)，雖然可以在一定程度上降低粉煤灰含水率，但同時(shí)卻降低了離心機(jī)的生產(chǎn)能力。如何選擇一個(gè)合理而又經(jīng)濟(jì)的離心時(shí)間是影響離心機(jī)生產(chǎn)效果的重要問題。

  我們進(jìn)行了離心時(shí)間對(duì)脫水效果的影響的試驗(yàn)。其結(jié)果見表2-5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著離心時(shí)間的增加，粉煤灰濾渣的含水率逐漸降低。但各個(gè)時(shí)間段的脫水速度是不一致的。在頭三分鐘內(nèi)，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(shí)間越往后，脫水速率越低。離心時(shí)間的延長(zhǎng)，意味著離心機(jī)生產(chǎn)能力的降低和脫水成本的提高。例如，φ680的自動(dòng)刮刀離心機(jī)，當(dāng)離心周期增加到2min時(shí)，每小時(shí)產(chǎn)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(shí)產(chǎn)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(shí)間控制在3min以內(nèi)。

離心時(shí)間對(duì)脫水效果的影響                  表2-5

離心時(shí)間 （min）	粉煤灰濾渣的狀況		脫水速率
	密度（kg/m3）	含水率（%）	時(shí)間段	速率（降低率%數(shù)/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(jī)脫水的基本結(jié)論

　　利用當(dāng)時(shí)的北京化工實(shí)驗(yàn)廠碳酸氫銨車間680mm的自動(dòng)刮刀離心機(jī)（過濾面積0.8m2，分離因素800）進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)采用離心機(jī)進(jìn)行粉煤灰

懸浮液的脫水，可得出以下基本結(jié)論：

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

　　b.離心周期：　　進(jìn)料　　　～10s

　　　　　　　　　　進(jìn)料　　　～10s

　　　　　　　　離心　　　～90s

 　　　　　 　　其它      ～10s

    　　　　　　合計(jì)　　　～2min

　?、?/span>對(duì)采用離心機(jī)作為粉煤灰房建材料廠生產(chǎn)設(shè)備的建議：

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

　　b.根據(jù)粉煤灰懸浮液的特點(diǎn)設(shè)計(jì)專用的離心機(jī)，其直徑建議為1800mm；其刮刀應(yīng)選用耐磨材料，克服粉煤灰對(duì)刮刀的劇烈摩耗；在設(shè)計(jì)中要充分考慮轉(zhuǎn)鼓濾網(wǎng)的清洗，因粉煤灰與化工產(chǎn)品不同，粉煤灰濾渣層在濾網(wǎng)上粘的十分堅(jiān)實(shí)，用高壓水或高壓蒸汽都難于清洗。

　　(2)真空過濾機(jī)

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

　　真空過濾機(jī)的型式很多，一般工業(yè)部門所使用的有三種：

　?、?/span>轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)。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(gè)回轉(zhuǎn)筒中完成，回轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)一周等于一個(gè)循環(huán)操作周期。這種型式的過濾機(jī)適用于過濾各種懸浮液。

　　轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)又可分為內(nèi)濾式和外濾式兩種：內(nèi)濾式是從鼓筒內(nèi)表面進(jìn)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(duì)過濾是有利的。因此，內(nèi)濾式過濾機(jī)適于過濾顆粒大小不一定的懸浮液。外濾式過濾機(jī)是從鼓筒的外表面進(jìn)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(jī)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(jī)，其操作也是連續(xù)式的，操作原理與轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)一樣。所不同的是這種過濾機(jī)的各個(gè)操作環(huán)節(jié)不是在一個(gè)回轉(zhuǎn)筒中完成，而是在一個(gè)或幾個(gè)回轉(zhuǎn)盤的扇形面上完成，其濾餅含水率一般比轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)高，脫水效果比真空過濾機(jī)差。

　?、?/span>鏈帶過濾機(jī)，這種過濾機(jī)的各個(gè)操作環(huán)節(jié)是在一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)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(jìn)行粉煤灰脫水的需要。

　　為了確定利用真空過濾機(jī)進(jìn)行粉煤灰懸浮液脫水的可行性并確定基本工藝參數(shù)，我們進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)研究工作。試驗(yàn)俺試驗(yàn)室條件下的試驗(yàn)和模擬試驗(yàn)兩階段進(jìn)行。

　　試驗(yàn)室試驗(yàn)室利用當(dāng)時(shí)建工部北京水泥玻璃工業(yè)設(shè)計(jì)院研究室粉磨組的真空過濾漏斗進(jìn)行的。過濾濾斗的直徑是100mm，過濾面積是78.5cm2。過濾介質(zhì)為雙層濾布，內(nèi)層為粗麻布，外層為細(xì)帆布。過濾的各個(gè)操作工序都是間歇進(jìn)行的。通過試驗(yàn)室試驗(yàn)初步摸索到了一些規(guī)律，為模擬試驗(yàn)打下基礎(chǔ)。

　　模擬試驗(yàn)是利用天津大學(xué)當(dāng)時(shí)的化工原理教研室的外濾真空過濾機(jī)進(jìn)行的。設(shè)備規(guī)格是Φ450mmX300mm，過濾面積0.42m2，回轉(zhuǎn)速度可以在0.12～0.76r/min范圍內(nèi)自由調(diào)整。轉(zhuǎn)鼓的浸沒度25%，吸干角120o吹斜角60o。除過濾機(jī)外，還附設(shè)有攪拌器、真空泵、空氣壓縮機(jī)、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(chǎn)完全相同。

　　試驗(yàn)結(jié)果如下：

　?、?/span>過濾常數(shù)的測(cè)定與計(jì)算

　　為了確定真空過濾機(jī)進(jìn)行粉煤灰脫水的一些基本工藝參數(shù)，首先必須測(cè)定其過濾常數(shù)。所謂過濾常數(shù)是由過濾基本方程式提出的。關(guān)于恒壓強(qiáng)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(shí)間

　　Qe，k，Te—過濾常數(shù)。

由上式可知，過濾基本方程式?jīng)Q定于過濾常數(shù)。過濾常數(shù)隨操作壓強(qiáng)（真空度）、濾餅特性和過濾介質(zhì)而定。當(dāng)過濾介質(zhì)和真空度一定時(shí)，過濾常數(shù)代表著粉煤灰懸浮液的過濾特性。

為了測(cè)定過濾常數(shù)，將上述基本方程式兩端各除以k?q，得

　　

這個(gè)方程式為斜率1/k,j截距     的直線方程式。

通過試驗(yàn)得出了不同時(shí)間T內(nèi)的不同濾液量（見表2—6），由這些數(shù)據(jù)計(jì)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(jì)算出過濾常數(shù)如下：

　　

相應(yīng)的過濾方程式為：

　　

此時(shí)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(duì)脫水效果的影響

真空過濾機(jī)濾渣的含水率隨真空度的提高而降低。試驗(yàn)結(jié)果見表2-7和圖2-15。隨著真空度的提高，過濾推動(dòng)力加大，含水率逐漸降低，過濾速度相應(yīng)增加，過濾機(jī)的產(chǎn)量上升。提高真空度對(duì)提高過濾機(jī)的脫水效果有很大意義。建議真空度應(yīng)不低于53.33kPa（400mmHg）。前蘇聯(lián)利用圓盤真空過濾機(jī)進(jìn)行粉煤灰懸浮液脫水時(shí)，其真空度高達(dá)74.66kPa（560mmHg）。

真空度對(duì)過濾效果的影響　　　表2-7

真空度		濾餅厚度（mm）	產(chǎn)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(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速170s/r；過濾時(shí)間43s；吸干時(shí)間57s。

③進(jìn)料懸浮液的含水率對(duì)脫水效果的影響

粉煤灰在真空過濾機(jī)中的脫水是依靠在壓強(qiáng)差造成的推動(dòng)力作用下水分經(jīng)濾布排除而實(shí)現(xiàn)的。由于真空過濾機(jī)的推動(dòng)力比離心機(jī)小得多，因而水分排除的速度要慢得多，在單位時(shí)間內(nèi)在單位面積上所能排除的水分要少得多，以致進(jìn)料懸浮液的含水率對(duì)離心機(jī)的產(chǎn)量幾乎毫無影響，而對(duì)真空過濾機(jī)卻有嚴(yán)重影響，這是因?yàn)檎婵者^濾機(jī)的產(chǎn)量完全取決于濾液的排除速度。試驗(yàn)結(jié)果表明（見圖2-16和表2-8），真空過濾機(jī)的產(chǎn)量隨進(jìn)料懸浮液含水率的提高顯著降低，而且，產(chǎn)量降低的速率超過含水率提高的速率。例如，當(dāng)懸浮液的固液比為1：1.5（含水率60%）時(shí)，產(chǎn)量可以達(dá)到530kg/(m2·h)，當(dāng)固液比增加一倍，即為1：3（含水率75%）時(shí)，產(chǎn)量并不止降低一倍，而是降低了1.4倍?？梢姡M量降低懸浮液含水率對(duì)提高真空過濾機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果有很大意義。建議在生產(chǎn)中，濃縮后的懸浮液的含水率不應(yīng)大于60%（固液比1：1.5），并爭(zhēng)取盡可能進(jìn)一步降低。

④吸附時(shí)間對(duì)過濾效果的影響

過濾過程包括三個(gè)階段：吸附、吸干和吹卸。這三個(gè)過程作用不相同，但相互聯(lián)系，對(duì)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(jìn)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(shí)間越長(zhǎng)，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(yīng)該選擇一個(gè)較佳吸附時(shí)間。

懸浮液含水率對(duì)過濾效果的影響　　　表2-8

懸浮液含水率		濾餅厚度（mm）	產(chǎn)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(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速74~80s/r；過濾時(shí)間20s，吸干時(shí)間27s。

這里所說的過濾速度是指在單位時(shí)間內(nèi)，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(shù)。取不同τ值所計(jì)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(shí)，過濾速度很快，隨之逐漸降低。這是因?yàn)殡S著過濾的進(jìn)行，濾餅不斷變厚，阻力不斷增加，而真空度并未改變（恒壓強(qiáng)過濾），也就是推動(dòng)力并未增加，以致濾液的產(chǎn)生遇困難。當(dāng)濾餅厚度增加到較大值時(shí)，正是濾餅和過濾介質(zhì)的總阻力與過濾的推動(dòng)力（真空度）達(dá)到平衡，濾液再不能流動(dòng)的時(shí)候，此時(shí)過濾過程實(shí)質(zhì)上停止了。

  評(píng)價(jià)過濾效果的主要指標(biāo)之一，是過濾機(jī)單位面積上每小時(shí)的產(chǎn)量。而這一指標(biāo)完全取決于過濾速度。圖2-18的曲線是吸附時(shí)間和過濾機(jī)產(chǎn)量曲線，這條曲線和圖2-17的過濾時(shí)間和過濾速度圖線是一致的，也就是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，過濾機(jī)產(chǎn)量逐漸下降。由表2-9可知，當(dāng)吸附時(shí)間為19s時(shí)，產(chǎn)量可以達(dá)到每m2過濾機(jī)面積產(chǎn)干灰404kg；吸附時(shí)間延長(zhǎng)約一倍（37s）時(shí)，產(chǎn)量降低到291kg/（m2*h）；吸附時(shí)間延長(zhǎng)兩倍（58s），產(chǎn)量也降低了約兩倍[145kg/(m2*h)]。產(chǎn)量降低后，濾餅含水率并未降低?？梢?，延長(zhǎng)吸附時(shí)間，沒有帶來技術(shù)的和經(jīng)濟(jì)的效果。因此，實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為，在設(shè)備機(jī)械強(qiáng)度條件、動(dòng)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(shí)間，一般不宜超過20s。

 

圖2-17  過濾速度圖線

 

吸附時(shí)間對(duì)過濾效果影響                            表2-9

 

吸附時(shí)間附（s）	濾餅厚度δ（min）	設(shè)備產(chǎn)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(duì)過濾效果的影響

  吸干過程的作用是通過壓強(qiáng)差，將濾餅毛細(xì)管水分排出來，以降低濾餅最終含水率。在毛細(xì)管水分的極限值（此值約為15%）以內(nèi)，濾餅含水率必隨壓強(qiáng)差的增大和吸干時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。試驗(yàn)結(jié)果（表2-10）充分說明了這一點(diǎn)。因此，為了保證得到生產(chǎn)要求的濾餅含水率，應(yīng)盡量增加吸干時(shí)間，一般不宜小于30s。但是，吸干時(shí)間和吸附時(shí)間對(duì)于一定的設(shè)備而言有一個(gè)固定的比值，即 ,為了降低吸附時(shí)間增加吸干時(shí)間，應(yīng)該盡量提高這個(gè)比值，即應(yīng)該選擇或設(shè)計(jì)吸附角度小、吸干角度的真空過濾機(jī)。

  ⑥吹卸對(duì)過濾效果的影響

圖 2-18吸附時(shí)間與設(shè)備生產(chǎn)量的關(guān)系

吸干時(shí)間對(duì)過濾效果的影響                    表2-10

吸干時(shí)間干（s）	吸干前濾餅		濾餅吸干后含水率（%）	吸干值（已含水率計(jì)）（%）
	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(gè)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(jī)均沒有空氣壓縮機(jī)，由內(nèi)向外吹出0.03～0.05N/cm2的壓縮空氣，以保證濾餅?zāi)芡耆貜臑V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(yàn)中發(fā)現(xiàn)粉煤灰和其他工業(yè)部門的有關(guān)物料有所不同，它的濾餅本身結(jié)得緊實(shí)，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(duì)過濾機(jī)產(chǎn)量沒有影響。相反，如用壓縮空氣吹卸，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)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(duì)過濾效果產(chǎn)生負(fù)作用。因此，在模擬試驗(yàn)中，濾餅均未經(jīng)壓縮空氣吹卸，建議在生產(chǎn)中也不必采用。

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　?、?/span>過濾介質(zhì)對(duì)脫水效果的影響

前面已經(jīng)提到，在過濾過程中，濾液的流動(dòng)決定于過濾介質(zhì)兩側(cè)的壓強(qiáng)差和過濾介質(zhì)及濾餅的阻力，過濾介質(zhì)的選擇對(duì)濾液的流動(dòng)有重要意義。為了提高過濾速率，應(yīng)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(jī)械性能（耐磨、強(qiáng)度高）和化學(xué)穩(wěn)定性（抗腐性)濾布。

為此，我們進(jìn)行了四種不同過濾介質(zhì)對(duì)脫水效果影響的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2—1。在這幾種介質(zhì)中，以4×4的帆布過濾效果好，產(chǎn)量較大、濾餅含水效率低，這種濾布紗線細(xì)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(chǎn)量大大降低，普通布雖然細(xì)博多孔，過濾阻力小，但不耐磨，極易損壞，在試驗(yàn)過程中，由于產(chǎn)生了破損，無法截留較細(xì)的粒子且有漏氣現(xiàn)象，真空度極不穩(wěn)定，操作很不正常，根據(jù)當(dāng)時(shí)試驗(yàn)結(jié)果，以4×4的帆布過濾效更好，但是，當(dāng)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(chǎn)中進(jìn)一步做選擇試驗(yàn)。

⑧真空過濾機(jī)脫水的基本結(jié)論

通過試驗(yàn)室試驗(yàn)和模擬試驗(yàn)，對(duì)采用真空過濾機(jī)進(jìn)行粉煤灰懸浮液脫水，可得出以下基本結(jié)論：

　　a.脫水效果良好，具體數(shù)據(jù)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(jìn)料懸浮液固液比1：2時(shí)）：

　

　　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(shù)：

　　進(jìn)料懸浮液固液比1:1.5以下；

　　真空度不低于53.33kpa（400mmHg）；

　　吸附時(shí)間不應(yīng)多于20s；

　　吸干時(shí)間不應(yīng)少于30s；

　　濾餅的卸除可以不吹壓縮空氣。

　?。?）過濾工藝的選擇

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

　?、贋V餅含水率：按試驗(yàn)推薦的工藝參數(shù)操作，離心機(jī)的濾餅含水率為21%~25%.真空過濾機(jī)為30%左右，后者大于前者。

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

　?、?/span>使用壽命和運(yùn)行費(fèi)用：離心機(jī)為高速運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，其刮刀使用壽命很短，運(yùn)行費(fèi)用高昂。真空過濾機(jī)為低速運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，易損件很少，運(yùn)行費(fèi)用低廉。

　　④使用經(jīng)驗(yàn)：離心機(jī)在國(guó)內(nèi)尚無在粉煤灰懸浮液脫水方面的使用先例，在國(guó)外也鮮有使用者，只在一處文獻(xiàn)中有使用記載；真空過濾機(jī)用于粉煤灰懸浮液脫水在國(guó)內(nèi)已有30年的使用經(jīng)驗(yàn)，在國(guó)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(jī)，只有在真空過濾機(jī)的濾餅含水率達(dá)不到使用要求，而離心機(jī)能達(dá)到使用要求時(shí)才宜選用離心機(jī)。如果選用離心機(jī)，應(yīng)根據(jù)粉煤灰懸浮液特點(diǎn)進(jìn)行專用離心機(jī)的設(shè)計(jì)制造，解決其存在的各種技術(shù)問題。

　　二、“耙式濃縮機(jī)濃縮—真空過濾機(jī)過濾”脫水工藝與設(shè)備

　　根據(jù)試驗(yàn)結(jié)論，我國(guó)粉煤灰房建材料生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行粉煤灰懸浮液機(jī)械脫水所采用的工藝基本上都是“耙式濃縮機(jī)濃縮—真空過濾機(jī)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(chǎn)，至今已有30多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。[10 ]

　　1.工藝流程

　　“耙式濃縮機(jī)濃縮—真空過濾機(jī)過濾”脫水工藝流程如下（見圖2—19）：

　　2．爐渣篩分設(shè)備的選型

　　大中型電廠一般都實(shí)行灰渣分排，中、小型電廠則多采用灰渣混排。當(dāng)灰渣混排時(shí)，如果進(jìn)濃縮機(jī)前，不將大顆粒爐渣分離出去，極易造成濃縮機(jī)的卡耙停車事故，而且砂泵磨損加快，過濾時(shí)的含渣濾餅經(jīng)常產(chǎn)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。灰渣分排時(shí)，則可免除這道工序。

　　除渣可采用固定條縫篩，也可采用振動(dòng)篩。

　?。?）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(zhǎng)向每隔100mm距離繞一圈，其中穿以順向鋼棒（即篩條）使之構(gòu)成一整塊篩面。

　　條縫篩所需面積的計(jì)算：

 　　　　　　　　　　　　　　　　　

式中　S－－條縫篩所需面積，ｍ2

　　　Q——應(yīng)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(dāng)條縫寬度為0.75～1.00mm時(shí)，可取 

        q= 300 m3/h

　　固定條縫篩的長(zhǎng)度為3~5m，寬度可根據(jù)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。。

　　（2）振動(dòng)篩

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

　　電廠的灰渣在沖灰前已經(jīng)破碎，故可選用單層篩，所需面積按下式計(jì)算：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　

式中　S、Q、q——意義與上式同；

            K——給料不均勻系數(shù)，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(shí)，選用固定條縫篩，如渣量多時(shí)，應(yīng)選用振動(dòng)篩。

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3．耙式濃縮機(jī)的選型

耙式濃縮機(jī)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(shè)備，它是一個(gè)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(zhuǎn)的耙子?；宜畯某刂行纳喜窟M(jìn)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(zhuǎn)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(dá)到耙不動(dòng)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(zhuǎn)速度與物料和沉降速度有關(guān)，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(xì)和沉降慢的，耙的線速度應(yīng)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(jī)的試驗(yàn)結(jié)果表明，進(jìn)入真空過濾機(jī)的粉煤灰懸浮液的濃度對(duì)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(dòng)為限。根據(jù)武漢市硅酸鹽制品廠的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，灰漿流動(dòng)度不低于110mm時(shí)可以強(qiáng)制輸送。表2-14列出了不同含水率的粉煤灰懸浮液流動(dòng)度的測(cè)定數(shù)據(jù)，相對(duì)于110mm以上流動(dòng)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(dòng)度　　表2-14

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

（2）耙式濃縮機(jī)的產(chǎn)量 

耙式濃縮機(jī)單位有效沉降面積產(chǎn)量（以干粉煤灰計(jì)）：

式中　q1——耙式濃縮機(jī)單位有效沉降面積產(chǎn)量，t/(h·m2)；

　　　V0——沉降區(qū)灰粒水力沉速，mm/s，用量筒測(cè)定法測(cè)定；

　　　R1——入料灰水的液固比；

　　　R2——底流灰漿的液固比，取1.5。

當(dāng)取V0=0.6mm/s，R1=18，R2=1.5時(shí)，不同規(guī)格的耙式濃縮機(jī)產(chǎn)量如表2-15。

不同直徑耙式濃縮機(jī)的生產(chǎn)能力　　表2-15

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

由于V0和R1是一個(gè)變量，表2-15中所列的生產(chǎn)能力應(yīng)根據(jù)實(shí)際的V0和R1值加以修正，修正系數(shù)K1和K2如表2-16和表2-17所示，耙式濃縮機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)能力應(yīng)按表2-15的數(shù)據(jù)乘以修正系數(shù)K1和K2。 

力水沉速V₀的變化系數(shù)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(jī)分為中心傳動(dòng)和周邊傳動(dòng)兩種形式，直徑9m和12m的為中心傳動(dòng)，大于12m均為周邊傳動(dòng)。耙式濃縮機(jī)的選型主要是確定其直徑。

生產(chǎn)所需的濃縮機(jī)有效沉降面積：

式中　F——生產(chǎn)需要的濃縮機(jī)有效沉降面積，m2；

　　　Q——生產(chǎn)需要的干粉煤灰小時(shí)用量，t/h。

耙式濃縮機(jī)直徑：

式中　D——耙式濃縮機(jī)直徑，m。

根據(jù)計(jì)算要求的直徑，按機(jī)械制造廠出口的耙式濃縮機(jī)規(guī)格的直徑系列選型，選取的實(shí)際直徑應(yīng)大于計(jì)算要求的直徑。選型后應(yīng)按下式校驗(yàn)：

式中　V——溢流水在濃縮機(jī)中的上升速度，mm/s；

　　　Q0——耙式濃縮機(jī)臺(tái)時(shí)干粉煤灰產(chǎn)量，t/h；

　　　F——每臺(tái)耙式濃縮機(jī)沉降面積，m2；

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

　　　V0——沉降區(qū)灰粒水力沉速（用量筒測(cè)定法測(cè)定）。

（4）耙式濃縮機(jī)的技術(shù)性能

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

耙式濃縮機(jī)技術(shù)性能　　表2-18

序號(hào)	名稱		單位	BGN-12	BGN-15	BGN-18
1	傳動(dòng)方式			中心傳動(dòng)	周邊傳動(dòng)	周邊傳動(dòng)
2	軌道中心圓直徑		mm		15360	18360
3	濃縮池內(nèi)徑		mm	12000	15000	18000
4	濃縮池深度		mm	3500	3600	3708
5	耙架每轉(zhuǎn)時(shí)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(dòng)機(jī)功率		kW	3.0	5.5	5.5
10	外形尺寸	長(zhǎng)	mm	14000	16545	19742
		寬	mm		15670	18864
		高	mm		7017	7047
11	設(shè)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(jī)的造型

  前已述及，根據(jù)粉煤灰懸浮液的特點(diǎn)，適于使用外率式轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)，我國(guó)生產(chǎn)這種過濾機(jī)較有經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)是沈陽礦山機(jī)器廠。該廠出品的該種過濾機(jī)按其轉(zhuǎn)筒材質(zhì)和構(gòu)造分為兩類型：一種是木板轉(zhuǎn)筒，一種是鑄鐵轉(zhuǎn)筒。

圖2-22  BGN-15型周邊轉(zhuǎn)動(dòng)式濃縮機(jī)外形圖

  木板轉(zhuǎn)筒過濾機(jī)的構(gòu)造特點(diǎn)是沿筒板周圍分成24個(gè)區(qū)域，各區(qū)裝有4個(gè)吸孔，筒板之上為木花格板構(gòu)成的真空濾液道。花格板表面鋪濾布，各區(qū)濾布與筒板相應(yīng)的空間用槽板和壓條徑向分成單獨(dú)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(jīng)一個(gè)分配頭排出。這種類型的過濾機(jī)轉(zhuǎn)速較低，濾液流動(dòng)的阻力較大，單位時(shí)間濾液流量值也較低，因而單位過濾面積的產(chǎn)量也較低，其設(shè)備重量相對(duì)較低，價(jià)格相對(duì)較低。

  鑄鐵轉(zhuǎn)筒過濾的構(gòu)造特點(diǎn)是在轉(zhuǎn)筒的圓周上裝有24塊濾篦，濾篦下對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)筒的一個(gè)空腔，由徑向筋板構(gòu)成24個(gè)單獨(dú)過濾室，每個(gè)室的兩端均有經(jīng)配氣軸的單獨(dú)孔道與兩端分配頭分別連接。分配頭的作用是同時(shí)連接地向過濾機(jī)24個(gè)過濾室提供低真空、高真空和壓縮空氣。轉(zhuǎn)筒每旋轉(zhuǎn)一周，每個(gè)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(jī)轉(zhuǎn)速較高，濾液流動(dòng)的阻力較小，單位時(shí)間內(nèi)通過的濾液量較多，因而單位過濾面積的產(chǎn)量較高。

  （1）過濾機(jī)單位過濾面積產(chǎn)量

  過濾機(jī)單位過濾面積產(chǎn)量與過濾機(jī)的構(gòu)造、轉(zhuǎn)速、進(jìn)漿濃度、濾布性質(zhì)及其使用時(shí)間及濾餅要求的含水率有關(guān)，是個(gè)可變值，只能根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，確定一個(gè)平均值。

武漢市硅酸鹽制品廠使用真空過濾機(jī)的經(jīng)驗(yàn)較為豐富。該廠配置兩臺(tái)20m2的木板轉(zhuǎn)筒

 

圖 2-23  BGN-18型周邊轉(zhuǎn)動(dòng)式濃縮機(jī)外形圖

  的真空過濾機(jī)和一臺(tái)13.4m2的鑄鐵轉(zhuǎn)筒的真空過濾機(jī)。有時(shí)一臺(tái)13.4m2的過濾機(jī)單獨(dú)運(yùn)行，有時(shí)兩臺(tái)20m2的過濾機(jī)運(yùn)行。在來兩種運(yùn)行情況下都只啟動(dòng)SZ4型真空泵，反吹系統(tǒng)只啟動(dòng)一臺(tái)SZ2XI型壓縮機(jī)。

  操作時(shí)過濾機(jī)的轉(zhuǎn)速控制：1號(hào)20m2過濾機(jī)的每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間為3’40”，2號(hào)20m2過濾機(jī)的每轉(zhuǎn)時(shí)間為3’42”，3號(hào)13.4m2過濾機(jī)的每轉(zhuǎn)時(shí)間為40”~50”。

過濾機(jī)工藝控制記錄如表2-19所示。

過濾機(jī)單位過濾面積產(chǎn)量計(jì)算式：

q=60*n*h平均yf（1-Pf）

  式中   q——過濾機(jī)單位面積產(chǎn)量（以干粉煤灰計(jì)），t/h；

     n——過濾機(jī)的轉(zhuǎn)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(shí)），t/m3；含水率在35%左右時(shí)，濾餅密度為1.1~1.3t/m3；

     Pf-----濾餅含水率。

過濾機(jī)工藝控制記錄                      表2-19

序號(hào)	1號(hào)20m2過濾機(jī)				2號(hào)20m2過濾機(jī)				3號(hào)13.4m2過濾機(jī)
	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(jù)武漢是硅酸腌制品廠的操作經(jīng)驗(yàn)，在濾布使用為中期、灰漿濃度為40%（固液比1：1.5）時(shí)，20m2過濾機(jī)的單位過濾面積干粉煤灰產(chǎn)量為0.25~0.3t/（m2*h）；13.4m2過濾機(jī)的單位過濾面積產(chǎn)量為1.04~1.2t/（m2*h）。

（2）生產(chǎn)需要的過濾面積與過濾機(jī)臺(tái)數(shù)

式中  F——生產(chǎn)需要的過濾面積，m2；

  Q——每小時(shí)需要的干粉煤灰量，t/h；

  q——過濾機(jī)的單位過濾面積干粉煤灰產(chǎn)量，t/（m2*h）；

  n——過濾機(jī)臺(tái)數(shù)，臺(tái)；

  a——每臺(tái)過濾機(jī)的過濾面積，m2。

（3）真空過濾機(jī)技術(shù)性能

  沈陽礦山器廠出品的外濾式真空過濾機(jī)技術(shù)性能為表2-20所示。

  (4)真空過濾機(jī)的外形如圖2-24和2-25所示。

 

 

 

圖2-24   13.4m2真空過濾機(jī)外形圖

圖2-25   20m2真空過濾機(jī)外形圖

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　　5.過濾配套設(shè)備選型

　　（1）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(shè)備是排液裝置，真空泵和壓縮機(jī)，此外還有料漿進(jìn)過濾機(jī)前的緩沖儲(chǔ)罐（攪拌槽）。

　　
　?。?）攪拌槽的選型

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

　　
　?。?）自動(dòng)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(jī)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(gè)設(shè)備，稱為自動(dòng)排液裝置，簡(jiǎn)稱濾液罐。

　　自動(dòng)排液裝置從結(jié)構(gòu)上可分為立式和臥式兩種，其外形見圖2—28和圖2—29。對(duì)其形式的選擇在車間工藝布置時(shí)視可利用的平面尺寸和空間高度而定。

　　自動(dòng)排液裝置生產(chǎn)能力取決于真空過濾機(jī)的總排水量。真空過濾機(jī)總排水量按下式計(jì)算：式中  Qw—真空過濾機(jī)的總計(jì)較大排水量，t/h；

      n—過濾機(jī)的臺(tái)數(shù)，臺(tái)；

      Q—過濾機(jī)的較大干灰產(chǎn)量，t/h；

      Pa—進(jìn)過濾機(jī)的灰漿量較大含水率，%；

      Pf—濾餅的較小含水率，%。

沈陽礦山機(jī)器廠出品的自動(dòng)濾液裝置的較大排液能力約為25~50t/h。

考慮到自動(dòng)排液裝置的運(yùn)行事故和維修，應(yīng)設(shè)置一臺(tái)備用設(shè)備。

　　
　?。?）真空泵的選型

　　配合真空過濾機(jī)使用的真空泵有干式和濕式兩種。干式真空泵一般為往復(fù)式真空泵，泵的真空度高，動(dòng)力??；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(jī)配套用的真空泵目前多采用水環(huán)式真空泵。
　　根據(jù)武漢市硅酸鹽制品廠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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(shí)真空泵應(yīng)考慮備用。

　　河南新鄉(xiāng)水泵廠是生產(chǎn)真空泵的專業(yè)廠家，其產(chǎn)品性能參數(shù)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(shù)字表示泵的設(shè)計(jì)序號(hào)，5~30表示泵的較大氣量，j表示部節(jié)能攻關(guān)更新?lián)Q代產(chǎn)品，f為耐腐蝕，m表示軸封為機(jī)械密封。
　　表2—23所列性能參數(shù)是下列標(biāo)準(zhǔn)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(duì)濕度70%。

　?、?/span>工作水溫15℃。

　　③在選型時(shí)，應(yīng)根據(jù)工藝實(shí)際情況，進(jìn)行工作水溫和工作氣體溫度修正。

　　（5）壓縮機(jī)選型

　　從上述關(guān)于過濾機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果已知，真空過濾機(jī)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(jī)，以便在必須要時(shí)使用。
　　根據(jù)武漢市硅酸鹽制品廠的經(jīng)驗(yàn)，每平方米過濾面積必要時(shí)所需吹氣量為0.035~0.05m3/min(壓力為2.9~4.9N/cm2時(shí))。

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

　　
　　注：SZ表示水環(huán)式壓縮機(jī)，軸向單作用，1.2表示泵的設(shè)計(jì)序號(hào)，F為耐腐蝕,J表示部節(jié)能攻關(guān)更新?lián)Q代產(chǎn)品，M表示軸封為機(jī)械密封。

 

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6．灰漿壓力輸送管道的計(jì)算和泵的選型

耙式濃縮機(jī)底流灰漿靠濃縮機(jī)內(nèi)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(qiáng)制輸送至設(shè)于真空過濾機(jī)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(jì)算

灰漿的濃度：

式中　C——灰漿的濃度；

　　　R2——灰漿的液固比。

當(dāng)R2=1.5時(shí)，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(dāng)C=0.40時(shí)，與粉煤灰密度相應(yīng)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(dāng)K=0.40時(shí)）
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(dòng)系數(shù)，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(nèi)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(yáng)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(yáng)程可按下式計(jì)算：

式中　Hs——壓力輸送灰漿需要的總揚(yáng)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(cè)管道系統(tǒng)的阻力，m；

　　　Hls——進(jìn)口側(cè)管道系統(tǒng)的阻力，m；

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

　　　Vd，Vs——排出側(cè)、進(jìn)口側(cè)管內(nèi)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(jì)算

hld和hls的計(jì)算式為：

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

　　　i——單位管長(zhǎng)清水陰力損失，i＝AQ2；

　　　A——比阻系數(shù)，查表2-28；

　　　Q——灰漿流量，m3/s。

各種管件折合當(dāng)量長(zhǎng)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(yáng)程（Hs）折合為清水的總揚(yáng)程（H）。生產(chǎn)廠提供的泵的技術(shù)參數(shù)為清水參數(shù)，為了進(jìn)行泵的選型，必須將需要的灰漿揚(yáng)程折合成清水總揚(yáng)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(shù)。當(dāng)灰漿濃度為40%時(shí)，Ka＝1.8；當(dāng)灰漿濃度為50%時(shí)，Ka＝2.1。

　　　H——輸送灰漿折合清水時(shí)的總揚(yáng)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(cè)面進(jìn)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(dòng)機(jī)可以直聯(lián)傳動(dòng)，也可以用三角膠帶間接傳動(dòng)。

表2-29為石家莊水泵廠出品的PS型砂泵工作性能參數(shù)。

 

PS型砂泵主要工作性能參數(shù)　　表2-29

型號(hào)	流量Q（m3/h）	揚(yáng)程H（m）	轉(zhuǎn)速n（r/min）	效率η（%）	功率P(kW)		葉輪直徑（mm）	重量（kg）
					軸功率	電動(dòng)機(jī)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(hào)數(shù)字為泵出口直徑（英吋）；PS代表單吸單級(jí)臥式離心砂泵。

 

②渣漿泵

石家莊水泵廠是全國(guó)較大的渣漿泵專業(yè)制造廠，該廠引進(jìn)澳大利亞WARMAN公司技術(shù)生產(chǎn)M，AH，HH型渣漿泵，該系列產(chǎn)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(nèi)襯或橡膠內(nèi)襯，葉輪采用耐磨金屬或橡膠材料。HH型泵的泵體內(nèi)襯和葉輪僅采用耐磨金屬。

型號(hào)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(yáng)程渣漿泵。

表2-30是該系列產(chǎn)品的主要工作性能參數(shù)。

 

渣漿泵主要工作性能參數(shù)　　表2-30

型號(hào)	允許配帶較大功率（kW）	材質(zhì)		清水性能						葉輪
		護(hù)套	葉輪	流量Q		揚(yáng)程H（m）	轉(zhuǎn)速n（r/min）	高效率η（%）	汽蝕余量（m）	葉片數(shù)	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(yīng)于較高效率點(diǎn)流量）

 

（7）計(jì)算泵的軸功率和配套電動(dòng)機(jī)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(yáng)程折合為清水的總揚(yáng)程，m；

　　　η1——泵的總效率，查泵的清水性能曲線。

　　②配套電動(dòng)機(jī)功率

式中　N——電動(dòng)機(jī)功率，kW；

　　　N0——泵的軸功率，kW；

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

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

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  7.自流輸送管道系統(tǒng)的計(jì)算

  “耙式濃縮機(jī)濃縮—真空過濾機(jī)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(jì)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(shù)，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(dāng)粉煤灰比重γ≤2.7時(shí)的i值。

灰漿濃度與自流管充滿度關(guān)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(shù)Kd值                       表2-33

管子類別	粗糙系數(shù)	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(jì)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(shù)，可由表2-35選取。         

  灰漿深度h值得出后，據(jù)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(dāng)B＞2h時(shí)，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(shè)計(jì)為矩形斷面，為方便與流動(dòng)，也可設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)；V以m/s計(jì)。

灰漿深度系數(shù)Kh值       

流槽類別	粗糙系數(shù)	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(jī)澄清水（含灰濃度較高可達(dá)0.02%）的排除，濃縮機(jī)和過濾機(jī)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(hào)	管道名稱	管徑D(mm)	備注
1	脫水篩至φ18濃縮機(jī)灰水管	250	自流管
2	濃縮機(jī)至漿泵池灰漿關(guān)	125	靜壓力自流管，設(shè)雙道閘閥
3	泵池至泵的灰漿管	100	靜壓力自流管，設(shè)閘閥
4	泵至攪拌槽灰漿管	100	壓力管，設(shè)閘閥
5	攪拌槽至13.4m2或20m2過濾機(jī)的灰漿管	100	靜壓力自流管，設(shè)閘閥
6	攪拌槽溢流管	150	自流管
7	真空過濾機(jī)溢流管	150,200	自流管
8	真空過濾機(jī)放漿管	150,200	自流管
			管徑依設(shè)備進(jìn)、出口管徑定

 

  （3）濾液和反吹管道系統(tǒng)管徑，按選用設(shè)備的進(jìn)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(hào)	管道名稱	管徑D(mm)	備注
1	過濾機(jī)至自動(dòng)排液裝置的濾液管	200	設(shè)真空計(jì)及球閥
2	自動(dòng)排液裝置（臥式）至真空泵（SZ）濾液管	200	設(shè)球閥，真空泵設(shè)真空計(jì)
3	真空過濾機(jī)至壓縮機(jī)反吹管    13.4m2過濾機(jī)	100	設(shè)球閥，壓縮機(jī)設(shè)壓力計(jì)
	20m2過濾機(jī)	70	設(shè)球閥，壓縮機(jī)設(shè)壓力計(jì)

 

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　　8.管道系統(tǒng)布置要點(diǎn)

　?。?）濃縮機(jī)底流排漿管的布置

　　濃縮機(jī)底部排出漿口合適位有四個(gè)，最少應(yīng)有兩個(gè)。其布置形式有環(huán)形（圖2-32）和單側(cè)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(yīng)社兩條管道，其中一條備用。自流管應(yīng)有不小于0.01的坡向泵池的坡度。

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

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

　?。?）為考慮停泵時(shí)放出灰漿，壓力管道水平管段敷設(shè)應(yīng)有3%~6的坡度，坡向泵的吐出口。

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

　　（6）灰漿給入自流管槽的方向，應(yīng)與管槽內(nèi)的灰漿流動(dòng)方向一致，不得逆向或垂直給入。

　?。?）管道的沖洗; 對(duì)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(dòng)的管端等處應(yīng)設(shè)沖洗管道，沖洗水壓一般不小于19.6N/？，沖洗水量應(yīng)不小于灰漿的臨界流量。

　?。?）管道一般應(yīng)明設(shè)于地面上，管子盡可能沿墻、柱等架設(shè)，當(dāng)管道有礙通行時(shí)，應(yīng)設(shè)跨越管道的走臺(tái)。管壁與墻面及地面的凈距以不小于0.4m為宜。閘閥的設(shè)置地點(diǎn)應(yīng)考慮操作及檢修方面，閘閥的手輪高出地面1.2m以上時(shí)，應(yīng)設(shè)操作平臺(tái)。

 　　 9設(shè)備工藝布置
　　（1）濃縮機(jī)布置

　　①濃縮機(jī)架空式布置。其特點(diǎn)是將濃縮池，排漿管和底部通廊都設(shè)在地面上，見圖2-35.這種布置形式可以簡(jiǎn)化構(gòu)筑物的防水處理，降低漿泵的揚(yáng)程，便于濃縮池在發(fā)生事故時(shí)的自流排漿，缺點(diǎn)是濃縮池造價(jià)較高，進(jìn)灰管需增設(shè)架空支架。當(dāng)采用架空時(shí)布置時(shí)，對(duì)于已投入使用的電廠，必須測(cè)定其排灰管的出口壓力，如果揚(yáng)程不足則需增設(shè)二級(jí)泵站。

　　②濃縮機(jī)落地式布置。其特點(diǎn)是將濃縮池的斜壁、排漿口、底部通廓全部設(shè)置在地面以下，只有濃縮池的直壁部分設(shè)置在地面以上，見圖2-34.這種布置形式的濃縮池造價(jià)相對(duì)比較低，與電廠排灰管的銜接較為方便，電廠排灰管的揚(yáng)程相對(duì)較低，缺點(diǎn)是土方工程量大的，防水處理復(fù)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(dá)30？~50？而濃縮機(jī)連續(xù)運(yùn)行，故一般均設(shè)于室外，只有在特別的寒冷地區(qū)才設(shè)于室內(nèi)或采取適宜的防凍措施。

　　④：底部通廊的布置，見圖2-34，相關(guān)尺寸見表2-38.通廊應(yīng)設(shè)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(yīng)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(shè)置泵池時(shí)，各泵與泵池相連，各泵的軸中心應(yīng)在同一水平線上。

　　泵房?jī)?nèi)應(yīng)設(shè)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(nèi)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(jù)具體請(qǐng)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(shè)三角架進(jìn)行檢修的要求，一般不應(yīng)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(shè)在室內(nèi)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(shè)在室內(nèi)。

　　③真空過濾機(jī)及其輔助設(shè)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(jī)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(jī)輔助設(shè)備的布置

　　①灰漿攪拌槽：灰漿攪拌槽應(yīng)在過濾機(jī)附近靠墻設(shè)置，其標(biāo)高應(yīng)考慮到能將灰漿自流輸送至各臺(tái)過濾機(jī)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(cè)應(yīng)有一條大于攪拌槽直徑0.5m的通道

　　②真空泵與壓縮機(jī)：一般均應(yīng)設(shè)在車間底層，其樓層高度應(yīng)考慮設(shè)備檢修設(shè)置固定吊鉤或三角架的空間，不得少于3m

　　③濾液罐（自動(dòng)排液裝置）：一般靠墻設(shè)置，并在附近預(yù)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(biāo)高應(yīng)低于過濾機(jī)的濾液流出口標(biāo)高，且自流管有不小于2%的坡度。

　?。?span>4）脫水系統(tǒng)主要設(shè)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(shí)例？

　　①濃縮機(jī)架空、過濾機(jī)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(jī)直接入倉，濾液污水或事故排灰均可自流進(jìn)入事故排灰場(chǎng)。缺點(diǎn)是廠房建筑投資較大，漿泵揚(yáng)程和電廠排灰泵揚(yáng)程均要求較高。

 

　　
　　②濃縮機(jī)臥地，過濾機(jī)置于底層的布置，見圖2—36.。這種布置形式將脫水設(shè)單獨(dú)設(shè)在一幢建筑內(nèi)，土建材投資小設(shè)備就位、安裝、檢修都很方便。主要缺點(diǎn)是很難實(shí)現(xiàn)濾液、溢流和事故排灰漿等的自流排放，濾餅也不能直接進(jìn)入料倉。