机械化连续操作脱水

    第三节　机械化连续操作脱水

　　前述两种脱水方法都是间歇操作的，很难做到生产过程的全盘机械化、自动化、而且工艺中存在的几个根本性问题很难解决。为此，早在20世纪60年代，当时的建工部东北工业建筑设计院、北京市建筑材料科学研究所和北京市水泥砖瓦厂共同组成的“北京市工业废料利用试验研究组”就着手研究机械化连续操作的湿排粉煤灰脱水技术，其研究成果最初应用于20世纪60年代末期投产的武汉市硅酸盐制品厂的生产中，至今仍在使用效果良好。

　　一、生产工艺的选择

　　进行机械化连续操作脱水一般都要经过两道工序：浓缩和脱水。浓缩就是将电厂排出的浓度很低的灰水增浓，使之成为浓度相当大但仍能在管道中流动的浓悬浮液。脱水就就是将浓悬浮液中的水较大限度地排掉，满足粉煤灰房建材生产对粉煤灰含水率的要求。

　　1.浓缩工艺的选择

　　有两种可供选择的浓缩工艺，一是耙式浓缩机，一是水力旋流器。对这两种浓缩工艺都用模拟设备进行了试验，试验结果如下：

　　（1）耙式浓缩机浓缩

　　试验设备是当时北京学院的直径700mm的模拟式浓缩机。

　　粉煤灰悬浮液的沉降特性见表1—2,其沉降曲线见图2—2粉煤灰悬浮液相对于其他许多矿物而言，其沉降速度是很快的，在固液比为1:18时，沉降速度达到0.608mm/s。这是采用耙式浓缩机的一个极为有利的条件，浓缩后的 稠浆浓度为56.7%~63.3%，可以达到在管道中自由流动的极限值。
　　模拟试验所得出的耙式浓缩机的理论产量如图2—8所示

　　基本结论是：

　　①当进料悬浮液的固液比为1：18时，出料浓悬浮液的含水率一般为60%左右，即固液比1:1.5

　　②溢流清水的含固体量在0.1%以下。

　　③每平米每小时产量（折合干灰).当出料固液为1.15时，约为0.085t/（m2•h)。

　　④耙式浓缩机完全适于粉煤灰稀悬浮液的浓缩。

　　（2）水力旋流器浓缩

　　水力悬浮器浓缩的工作原理如图2—9所示。悬浮液在高压（0.5~3表压）下从旋流器上部的进料管5以切线方向射入，由于进料的压力很高，所以速度很大，一般可以达到5~12m/s。进入旋流器后，即环绕中心溢流管3作旋转流动从而产生离心力C：

　　　　　

式中　ｖt—在半径r处的切线速度；

　　m—悬浮液的质量。

　　在离心力作用下，悬浮液有远离中心轴的惯性，因此，在旋流器中心形成具有一定真空度的空气圆柱。在离心力的作用下，悬浮液在介质中产生相对运动，粗粒集中在外沿，并沿锥壁从下部的底流孔排出，这就是浓悬浮液。而大部分水及一部分尚未沉降的细粒则由上部中心溢流管3排出。

　　可见，水力旋流器有两张功能：一是分级，二是浓缩。底流排出的是颗粒粗的浓悬浮液，溢流排出的是颗粒细的稀悬浮液。

　　我们利用当时建筑材料科学研究院的直径100mm水力旋流器进行了模拟试验。

　　
　　试验表明，进料压力对底流浓度影响很大，详见图2—10。进料压力越高，底流含水率越低。当进料压力达到182~203kpa（1.8~2个标志大气压）时，含水率降到52%~60%既达到能在管道中流动的极限值。进料压力对产量也有直接影响，随着压力的提高，产量也增加，当压力超过162kpa（1.6个标准大气压）后，产量曲线渐趋平缓。进料压力与溢流中的固体含量关系不大，不论压力多大，溢流中的固体含量均为2.2%~3.1%。

　　溢流和低流的粉煤灰颗粒分析见表2—3.溢流中粉煤灰<0.01mm的颗粒达到46%，而底流中粉煤灰<0.01mm的颗粒只有1%。溢流中所含粉煤灰颗粒细sio2和al2o3含量高，比表面积大，活性大，是更优质的粉煤灰。

　　对水力旋流器进行模拟试验得出的基本结论是：

　　①当进料压力位182~203kpa（1.8~2.0标志大气压）时，底流浓悬浮液的含水率一般为52%~60%.可以达到浓缩的要求。

　　②溢流悬浮液含固体量2.2%~3.1%。


　　　　　　　　　　　　　　　（旋流器：直径100mm，圆柱高150mm）

　　③溢流悬浮液中的粉煤灰为颗粒细、活性高的优质粉煤灰。

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（3）浓缩工艺的选择

耙式浓缩机和水力旋流器都可以达到对电厂排出的灰水进行浓缩的目的。但如果将水力旋流器单纯作为浓缩设备来使用，则存在两个问题：一是溢流中所含粉煤灰量过高，不符合排污要求，必须进一步澄清后才能排入城市排水系统，且溢流中所含粉煤灰均为细粒优质成分，任其排走是对资源的浪费，二是电厂排来的灰水在进入水力旋流器前要用砂泵加压，使之进入压力达到182~203kPa（1.8~2.0标准大气压）才能达到浓缩的目的，为此，折合每吨干灰耗电高达3.03kW·h/t，而耙式浓缩机电能消耗仅为0.22kW·h/t，水力旋流器能耗为耙式浓缩机的14倍。因此，水力旋流器不是一种普遍适用的浓缩设备，只有在需要将粉煤灰中2%~3%的极细颗粒分离出来时才宜于使用。普遍适用的浓缩设备是耙式浓缩机。

2.过滤工艺的选择

物料中的水分是以三种状态存在的：第一种状态是游离态。这部分水通过重力作用即可排除，沉淀池和耙式浓缩机都是通过重力排除游离水的措施。第二种状态是毛细管水分。这部分水是由于毛细管吸力的作用而保持在颗粒之间的空隙中。要清除毛细管水分必须施加一定的推动力来克服毛细管吸力，单靠重力是不行的。第三种状态是吸取水分和吸收水分。由于固体分子表面的自由能的作用，吸取相邻界面的水分子，在固体表面形成一层肉眼看不见的薄膜水分，其厚度为一个分子和几个分子，这就是吸取水。当水分子钻入（扩散）固体内部时，则称为吸收水。吸取水和吸收水与固体紧密结合，用机械方法无法清除，只能通过加热使其蒸发。

对粉煤灰浓悬浮液进行过滤就是通过过滤的方法对其游离水分和毛细管水分加以清除的工艺措施。

过滤设备通常有三种：压滤机、真空过滤机和离心过滤机（简称离心机），由于压滤机产量过小，与粉煤灰房建材料厂的要求不相适应，我们只考虑真空过滤机和离心机。

（1）离心机

离心机是利用离心力使悬浮液中的固体颗粒与液体分离的设备。依操作原理，有过滤式离心机和沉降式离心机之分，由于沉降式离心机主要适于分离不易过滤的悬浮液，脱水效果差，滤液中含固体量太大，不适于粉煤灰悬浮液的脱水，因此，我们所说的离心机仅指过滤式离心机，或称离心过滤机。

过滤式离心机分为间歇式和连续式两种，由于粉煤灰房建材料厂粉煤灰用量很大，不适宜于采用间歇式，只允许采用连续式。连续操作过滤式离心机按其卸料方式又分为刮刀卸料和往复活塞卸料等两种。由于往复活塞卸料离心机的过滤筛网很粗，不适于细粒粉煤灰的过滤，且过滤时间短，分离因素低，脱水效果不好，不宜采用。因此，我们所指的离心机是刮刀卸料的过滤式离心机。

我们的试验分两步进行，第一步在试验室进行试验，第二步在生产设备上进行模拟试验。通过第一试验，探索离心机操作的工艺参数，通过第二步试验，得出离心机可用性结论及离心机用于粉煤灰悬浮液脱水的效果。

①离心力脱水效果的影响

离心力的大小通常以分离因数来说明。分离因数是在已知的分离机中所产生的离心场加速度与重力加速度的比值。分离因数乃评价离心机效率的基本准数之一。

分离因数为一无因次量，可由下述方程式求得：

式中　Fr——分离因素；

　　　w——转鼓的角速度，；

　　　n——转鼓的转数，r/min；

　　　R——转鼓的内半径，m；

　　　g——重力加速度，m/S2。

分离因数愈大，离心分离过程进行得愈加强烈。试验证明，随着分离因数的提高，粉煤灰含水率逐渐降低，但滤饼密度并未提高，也就是说，物料并不因分离因数的提高而被压缩，可见，提高分离因数是降低粉煤灰含水率的有效措施。试验结果见表2-4和图2-11。

但是，分离因素是有限度的，受机械强度条件和动力稳定条件的制约。一般来说，转鼓直径越大的离心机，由于其转数不可能很高，分离因数也较低；而转鼓直径较小的离心机，分离因数较高。例如国产直径680mm的自动刮刀离心机，较大分离因素为800；国产直径1800mm的自动刮刀离心机，较大分离因数只有520。但是，小离心机产量太小，不适于粉煤灰房建材料厂采用，必须选择一个分离因数适中值。分析图2-11可知，曲线1、2、3在分离因数为500时都发生转折，分离因数高于500时，曲线渐趋于平缓，而Fr=300~500时曲线斜率很大，可见，分离因数选用500较为经济。

分离因素对脱水效果的影响　　　　　　　表2-4

分离时间（min）	分离因数（Fr）
	300		400		500		600		700
	滤饼密度（kg/m3）	滤饼含水率（%）	滤饼密度（kg/m3）	滤饼含水率（%）	滤饼密度（kg/m3）	滤饼含水率（%）	滤饼密度（kg/m3）	滤饼含水率（%）	滤饼密度（kg/m3）	滤饼含水率（%）
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.悬浮液固液比为1：1.25。

　　2.粉煤灰滤饼百度为4cm。

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  ②粉煤灰悬浮液浓度对脱水效果的影响

  粉煤灰悬浮液浓度的脱水是依靠在离心力场中水份经滤布排除儿实现的。单位面积的滤布在单位时间内通过的水量有其极限值，这个极限值随分离因数的增大而增大。因此，进料悬浮液的含水量要不超过这个极限值，则对脱水效果影响不大，如果超过这个极限值，则滤饼含水率将急剧上升。试验结果见图2-12。当进料悬浮液的固液比在1:2.25以下时，滤饼含水率虽然也随固液比比值的减少而加大，但曲线非常平缓，到固液变为1:3时，粉煤灰滤饼含水率骤然上升到24%。所以，在分离因数为500~600时，进料粉煤灰悬浮液的固液比应控制在1:2.25以下。在上一段关于耙式浓缩机的叙述中已提到，耙式浓缩机的底流浓度为1:1.5，完全符合要求。

  ③滤渣层厚度对脱水效果的影响

  离心过滤是悬浮液中的水分在离心力的推动下经过颗粒之间的孔道和过滤介质而被排除，不仅离心力的大小影响脱水效果，水分排降时所遇到阻力的大小也影响脱水效果。一般来

 

图2-12  悬浮液固液比和脱水效果的关系

（分离因数600，离心时间3min）

说，阻力越大，水分越容易排出。滤渣层厚的增大，阻力必然增大，滤饼含水率会提高。试验表明（图2-13），滤饼厚度在4cm以下时，对其含水率影响很小；超过4cm时，影响大一些，但总的来看，滤饼厚度对其含水率的影响不起决定性作用。为了提高离心机的生产效率，在设计粉煤灰悬浮液专用离心机时，要考虑适当增加滤饼厚度。

图2-13  滤饼厚度和脱水效果的关系

（分离因数600,离心时间2min）

  ④离心时间对脱水效果的影响

  悬浮液中水分的过滤可以分作两个阶段：第一阶段是游离态水分的排除和形成滤渣层，这一阶段阻力很小，所需时间很短；第二阶段是毛细管水分的排除。毛细管水分是较难排除的，所需时间较长。随着时间的增加，水分逐渐被排除，直到将全部毛管水分排除为止。因此，离心时间对脱水效果是有很大影响的。当离心时间延长时，虽然可以在一定程度上降低粉煤灰含水率，但同时却降低了离心机的生产能力。如何选择一个合理而又经济的离心时间是影响离心机生产效果的重要问题。

  我们进行了离心时间对脱水效果的影响的试验。其结果见表2-5.实验结果表明，随着离心时间的增加，粉煤灰滤渣的含水率逐渐降低。但各个时间段的脱水速度是不一致的。在头三分钟内，每分钟可使粉煤灰滤渣的水分降低2%，可是第三分钟以后，则脱水速度逐渐将到每分钟0.7%和0.5%，时间越往后，脱水速率越低。离心时间的延长，意味着离心机生产能力的降低和脱水成本的提高。例如，φ680的自动刮刀离心机，当离心周期增加到2min时，每小时产量为1t，每吨粉煤灰（干灰）的耗电量约28kW*h；如果将离心周期增加到3min，每小时产量只有0.67t干灰，每吨粉煤灰脱水的耗电量急增至42kW*h，而含水率仅降低1%~2%，显然这是不合算的。综合分析比较，建议离心时间控制在3min以内。

离心时间对脱水效果的影响                  表2-5

离心时间 （min）	粉煤灰滤渣的状况		脱水速率
	密度（kg/m3）	含水率（%）	时间段	速率（降低率%数/min）
1	1030	23	第1～第2分钟	2
2	1030	21	第2～第3分钟	2
3	1000	19	第3～第6分钟	0.7
6	980	17	第6～第8分钟	0.5
8	1000	16

　　⑤离心机脱水的基本结论

　　利用当时的北京化工实验厂碳酸氢铵车间680mm的自动刮刀离心机（过滤面积0.8m2，分离因素800）进行模拟实验，对采用离心机进行粉煤灰

悬浮液的脱水，可得出以下基本结论：

　　a．脱水效果良好。当悬浮液固液比为1:1.25.离心时间为1.5min时，脱水后的粉煤灰含水率为21%~25%，滤液中的固体量为1%，生产能力是1.27t/(m2•h)(干灰）

　　b.离心周期：　　进料　　　～10s

　　　　　　　　　　进料　　　～10s

　　　　　　　　离心　　　～90s

 　　　　　 　　其它      ～10s

    　　　　　　合计　　　～2min

　　⑥对采用离心机作为粉煤灰房建材料厂生产设备的建议：

　　a.工艺参数为：分离因数500,离心时间不大于3min，滤渣层厚度4cm或稍大，进料悬浮液的固液比不得超过1:2.25。

　　b.根据粉煤灰悬浮液的特点设计专用的离心机，其直径建议为1800mm；其刮刀应选用耐磨材料，克服粉煤灰对刮刀的剧烈摩耗；在设计中要充分考虑转鼓滤网的清洗，因粉煤灰与化工产品不同，粉煤灰滤渣层在滤网上粘的十分坚实，用高压水或高压蒸汽都难于清洗。

　　(2)真空过滤机

　　真空过滤机和离心机的脱水原理是相同的，即骏为过滤。上一节已经提到过滤操作的基本原理系列利用一种具有很多毛细孔的物体作为介质（称为过滤介质），使粉煤灰中水分由此介质中的小孔通过，而将粉煤灰截留。二者不同之处在于推动力不同，离心过滤是借离心力推动水分由于过滤介质排出，而真空过滤则是借在介质下抽真空而造成的两侧压强差推动水分由过滤介质排出。

　　真空过滤机的型式很多，一般工业部门所使用的有三种：

　　①转筒真空过滤机。其操作是连续式的，吸附、吸干、干燥、吹卸等操作环节分别在一个回转筒中完成，回转筒转一周等于一个循环操作周期。这种型式的过滤机适用于过滤各种悬浮液。

　　转筒真空过滤机又可分为内滤式和外滤式两种：内滤式是从鼓筒内表面进行过滤，悬浮液处于滤布的上方，悬浮液中的粗颗粒凭借重力先沉降到滤布上，是滤渣层越靠近滤布处颗粒越粗，这对过滤是有利的。因此，内滤式过滤机适于过滤颗粒大小不一定的悬浮液。外滤式过滤机是从鼓筒的外表面进行过滤，悬浮液处于滤布的下方，通过真空吸力将悬浮液中的固体颗粒吸到滤布上。因此，外滤式过滤机适于颗粒较为均匀而粒径较小的悬浮液。

　　②圆盘真空过滤机，其操作也是连续式的，操作原理与转筒真空过滤机一样。所不同的是这种过滤机的各个操作环节不是在一个回转筒中完成，而是在一个或几个回转盘的扇形面上完成，其滤饼含水率一般比转筒真空过滤机高，脱水效果比真空过滤机差。

　　③链带过滤机，这种过滤机的各个操作环节是在一个运转的链带上完成的，适于过滤粘带的、具有挥发性的滤浆，一般过滤面积不大，不适于粉煤灰房建材料厂大量进行粉煤灰脱水的需要。

　　为了确定利用真空过滤机进行粉煤灰悬浮液脱水的可行性并确定基本工艺参数，我们进行了一系列的试验研究工作。试验俺试验室条件下的试验和模拟试验两阶段进行。

　　试验室试验室利用当时建工部北京水泥玻璃工业设计院研究室粉磨组的真空过滤漏斗进行的。过滤滤斗的直径是100mm，过滤面积是78.5cm2。过滤介质为双层滤布，内层为粗麻布，外层为细帆布。过滤的各个操作工序都是间歇进行的。通过试验室试验初步摸索到了一些规律，为模拟试验打下基础。

　　模拟试验是利用天津大学当时的化工原理教研室的外滤真空过滤机进行的。设备规格是Φ450mmX300mm，过滤面积0.42m2，回转速度可以在0.12～0.76r/min范围内自由调整。转鼓的浸没度25%，吸干角120o吹斜角60o。除过滤机外，还附设有搅拌器、真空泵、空气压缩机、供料料浆搅拌桶和杨液泵等全套系统。除规格小以外，和大工业生产完全相同。

　　试验结果如下：

　　①过滤常数的测定与计算

　　为了确定真空过滤机进行粉煤灰脱水的一些基本工艺参数，首先必须测定其过滤常数。所谓过滤常数是由过滤基本方程式提出的。关于恒压强过滤的基本方程式是：

　　

式中　　

　　　　F—过滤面积

　　V—滤液体积

　　T—过滤时间

　　Qe，k，Te—过滤常数。

由上式可知，过滤基本方程式决定于过滤常数。过滤常数随操作压强（真空度）、滤饼特性和过滤介质而定。当过滤介质和真空度一定时，过滤常数代表着粉煤灰悬浮液的过滤特性。

为了测定过滤常数，将上述基本方程式两端各除以k•q，得

　　

这个方程式为斜率1/k,j截距     的直线方程式。

通过试验得出了不同时间T内的不同滤液量（见表2—6），由这些数据计算并绘出上述方式的图线（图2—14）由这条直线的斜率和截距，计算出过滤常数如下：

　　

相应的过滤方程式为：

　　

此时的过滤条件是：真空度53.33kpa（400mmHg）滤布为4X4帆布，悬浮液固液比为1:2

　　

　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2-14过滤图线

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　　②真空度对脱水效果的影响

真空过滤机滤渣的含水率随真空度的提高而降低。试验结果见表2-7和图2-15。随着真空度的提高，过滤推动力加大，含水率逐渐降低，过滤速度相应增加，过滤机的产量上升。提高真空度对提高过滤机的脱水效果有很大意义。建议真空度应不低于53.33kPa（400mmHg）。前苏联利用圆盘真空过滤机进行粉煤灰悬浮液脱水时，其真空度高达74.66kPa（560mmHg）。

真空度对过滤效果的影响　　　表2-7

真空度		滤饼厚度（mm）	产量 [kg干灰/（h·m2）]	滤饼含水率（%）
（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：滤布为8×8帆布；悬浮液含水率60%~61.5%；转鼓转速170s/r；过滤时间43s；吸干时间57s。

③进料悬浮液的含水率对脱水效果的影响

粉煤灰在真空过滤机中的脱水是依靠在压强差造成的推动力作用下水分经滤布排除而实现的。由于真空过滤机的推动力比离心机小得多，因而水分排除的速度要慢得多，在单位时间内在单位面积上所能排除的水分要少得多，以致进料悬浮液的含水率对离心机的产量几乎毫无影响，而对真空过滤机却有严重影响，这是因为真空过滤机的产量完全取决于滤液的排除速度。试验结果表明（见图2-16和表2-8），真空过滤机的产量随进料悬浮液含水率的提高显著降低，而且，产量降低的速率超过含水率提高的速率。例如，当悬浮液的固液比为1：1.5（含水率60%）时，产量可以达到530kg/(m2·h)，当固液比增加一倍，即为1：3（含水率75%）时，产量并不止降低一倍，而是降低了1.4倍。可见，尽量降低悬浮液含水率对提高真空过滤机的技术经济效果有很大意义。建议在生产中，浓缩后的悬浮液的含水率不应大于60%（固液比1：1.5），并争取尽可能进一步降低。

④吸附时间对过滤效果的影响

过滤过程包括三个阶段：吸附、吸干和吹卸。这三个过程作用不相同，但相互联系，对过滤效果有很大影响，其中尤以吸附过程影响较大。

吸附过程是在悬浮液中进行的，其作用是过滤大量的游离水，将粉煤灰吸附在滤布上形成滤饼。吸附时间越长，所过滤的游离水越多，但滤饼的厚度也越来越厚，过滤的阻力也就越来越大，过滤速度也就越来越低。因此，应该选择一个较佳吸附时间。

悬浮液含水率对过滤效果的影响　　　表2-8

悬浮液含水率		滤饼厚度（mm）	产量 [kg干粉煤灰/（h·m2）]	滤饼含水率%
%	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：滤布采用4×4帆布；转鼓转速74~80s/r；过滤时间20s，吸干时间27s。

这里所说的过滤速度是指在单位时间内，每单位过滤面积上所通过的滤液体积，即：

所以，U正好是过滤基本方程式中的微分式的倒数。取不同τ值所计算的值的图线如图2-17所示。

 

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  由此可知，在过滤过程开始时，过滤速度很快，随之逐渐降低。这是因为随着过滤的进行，滤饼不断变厚，阻力不断增加，而真空度并未改变（恒压强过滤），也就是推动力并未增加，以致滤液的产生遇困难。当滤饼厚度增加到较大值时，正是滤饼和过滤介质的总阻力与过滤的推动力（真空度）达到平衡，滤液再不能流动的时候，此时过滤过程实质上停止了。

  评价过滤效果的主要指标之一，是过滤机单位面积上每小时的产量。而这一指标完全取决于过滤速度。图2-18的曲线是吸附时间和过滤机产量曲线，这条曲线和图2-17的过滤时间和过滤速度图线是一致的，也就是随着时间的延长，过滤机产量逐渐下降。由表2-9可知，当吸附时间为19s时，产量可以达到每m2过滤机面积产干灰404kg；吸附时间延长约一倍（37s）时，产量降低到291kg/（m2*h）；吸附时间延长两倍（58s），产量也降低了约两倍[145kg/(m2*h)]。产量降低后，滤饼含水率并未降低。可见，延长吸附时间，没有带来技术的和经济的效果。因此，实验结果认为，在设备机械强度条件、动力稳定条件以及与吸附相连系的其他条件允许的情况下，尽可能降低吸附时间，一般不宜超过20s。

 

图2-17  过滤速度图线

 

吸附时间对过滤效果影响                            表2-9

 

吸附时间附（s）	滤饼厚度δ（min）	设备产量G干 [kg/(m2*h)]	滤饼含水率（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吸干过程对过滤效果的影响

  吸干过程的作用是通过压强差，将滤饼毛细管水分排出来，以降低滤饼最终含水率。在毛细管水分的极限值（此值约为15%）以内，滤饼含水率必随压强差的增大和吸干时间的延长而降低。试验结果（表2-10）充分说明了这一点。因此，为了保证得到生产要求的滤饼含水率，应尽量增加吸干时间，一般不宜小于30s。但是，吸干时间和吸附时间对于一定的设备而言有一个固定的比值，即 ,为了降低吸附时间增加吸干时间，应该尽量提高这个比值，即应该选择或设计吸附角度小、吸干角度的真空过滤机。

  ⑥吹卸对过滤效果的影响

图 2-18吸附时间与设备生产量的关系

吸干时间对过滤效果的影响                    表2-10

吸干时间干（s）	吸干前滤饼		滤饼吸干后含水率（%）	吸干值（已含水率计）（%）
	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：滤布为4×4帆布；真空度53.33kPa（400mmHk）；悬浮液含水率66%。

  

   过滤过程的最后一个阶段是吹卸。吹卸的目的是卸除滤饼和使滤布再生。

  其他各工业部门所使用的真空过滤机均没有空气压缩机，由内向外吹出0.03～0.05N/cm2的压缩空气，以保证滤饼能完全地从滤布上清除下来并使滤布过滤功能能得到再生。但是，在我们的试验中发现粉煤灰和其他工业部门的有关物料有所不同，它的滤饼本身结得紧实，去不粘在滤布上，只要停止吸气，即使不用压缩空气吹卸，也能较干净地从滤布上刮下，对过滤机产量没有影响。相反，如用压缩空气吹卸，转鼓内壁及滤布纤维间的残留水分被压缩空气吹回滤饼中，使滤饼含水率提高3%~4%，对过滤效果产生负作用。因此，在模拟试验中，滤饼均未经压缩空气吹卸，建议在生产中也不必采用。

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　　⑦过滤介质对脱水效果的影响

前面已经提到，在过滤过程中，滤液的流动决定于过滤介质两侧的压强差和过滤介质及滤饼的阻力，过滤介质的选择对滤液的流动有重要意义。为了提高过滤速率，应该选择多孔性的、阻力小的，既能有效地截留悬浮液中的固体微粒，又具有良好的物理机械性能（耐磨、强度高）和化学稳定性（抗腐性)滤布。

为此，我们进行了四种不同过滤介质对脱水效果影响的试验，试验结果见表2—1。在这几种介质中，以4×4的帆布过滤效果好，产量较大、滤饼含水效率低，这种滤布纱线细而均匀，孔隙通畅阻力较小。6×6和8×8的滤布过于粗糙，阻力很大，产量大大降低，普通布虽然细博多孔，过滤阻力小，但不耐磨，极易损坏，在试验过程中，由于产生了破损，无法截留较细的粒子且有漏气现象，真空度极不稳定，操作很不正常，根据当时试验结果，以4×4的帆布过滤效更好，但是，当今的织物品种非常多，完全有可能找到比4×4的帆布过滤效果更好的织物。建议在生产中进一步做选择试验。

⑧真空过滤机脱水的基本结论

通过试验室试验和模拟试验，对采用真空过滤机进行粉煤灰悬浮液脱水，可得出以下基本结论：

　　a.脱水效果良好，具体数据详见表2—12。

　　b.粉煤灰悬浮液的过滤特性可用下述过滤基本方程式表示53.33kpa（400mmHg真空度，4×4帆布，进料悬浮液固液比1：2时）：

　

　　C.为了获得良好的过滤效果，在研究了影响的诸因素后，建议选用下列工艺参数：

　　进料悬浮液固液比1:1.5以下；

　　真空度不低于53.33kpa（400mmHg）；

　　吸附时间不应多于20s；

　　吸干时间不应少于30s；

　　滤饼的卸除可以不吹压缩空气。

　　（3）过滤工艺的选择

　　离心过滤机和真空过滤机都可以用作浓缩后的粉煤灰悬浮液的过滤设备，但二者比较有以下不同的特点：

　　①滤饼含水率：按试验推荐的工艺参数操作，离心机的滤饼含水率为21%~25%.真空过滤机为30%左右，后者大于前者。

　　②能量消耗：按试验推荐的工艺参数操作，离心机的电能消耗为每吨千灰10.01kw•h，真空过滤机的电动消耗为每吨干灰5.52kw•h，前者大于后者。

　　③使用寿命和运行费用：离心机为高速运转设备，其刮刀使用寿命很短，运行费用高昂。真空过滤机为低速运转设备，易损件很少，运行费用低廉。

　　④使用经验：离心机在国内尚无在粉煤灰悬浮液脱水方面的使用先例，在国外也鲜有使用者，只在一处文献中有使用记载；真空过滤机用于粉煤灰悬浮液脱水在国内已有30年的使用经验，在国外也早已被使用。

基于上述比较，浓缩后的粉煤灰悬浮液的过滤宜选用真空过滤机，只有在真空过滤机的滤饼含水率达不到使用要求，而离心机能达到使用要求时才宜选用离心机。如果选用离心机，应根据粉煤灰悬浮液特点进行专用离心机的设计制造，解决其存在的各种技术问题。

　　二、“耙式浓缩机浓缩—真空过滤机过滤”脱水工艺与设备

　　根据试验结论，我国粉煤灰房建材料生产企业进行粉煤灰悬浮液机械脱水所采用的工艺基本上都是“耙式浓缩机浓缩—真空过滤机过滤”典型企业是武汉市硅酸盐制品厂，该厂于1969年正式建成投产，至今已有30多年的生产经验。[10 ]

　　1.工艺流程

　　“耙式浓缩机浓缩—真空过滤机过滤”脱水工艺流程如下（见图2—19）：

　　2．炉渣筛分设备的选型

　　大中型电厂一般都实行灰渣分排，中、小型电厂则多采用灰渣混排。当灰渣混排时，如果进浓缩机前，不将大颗粒炉渣分离出去，极易造成浓缩机的卡耙停车事故，而且砂泵磨损加快，过滤时的含渣滤饼经常产生裂纹破坏真空度。因此，混排灰渣悬浮液脱水的第一道工序是除渣。灰渣分排时，则可免除这道工序。

　　除渣可采用固定条缝筛，也可采用振动筛。

　　（1）固定条缝筛

　　固定条缝筛的筛面为矩形，由楔形的黄铜丝或不锈钢丝制成。每一条楔形金属丝在筛面长向每隔100mm距离绕一圈，其中穿以顺向钢棒（即筛条）使之构成一整块筛面。

　　条缝筛所需面积的计算：

 　　　　　　　　　　　　　　　　　

式中　S－－条缝筛所需面积，ｍ2

　　　Q——应该通过的灰水量。m3/h

      q——每平方筛面能够通过的灰水量，m3/h，当条缝宽度为0.75～1.00mm时，可取 

        q= 300 m3/h

　　固定条缝筛的长度为3~5m，宽度可根据s值确定，但不得小于1m。条缝筛的缝口宽度一般为2mm。筛面的斜角5~8。。

　　（2）振动筛

　　（3）可以选用各种类型的振动筛，但以座式惯性直线振动筛为好，一般选用ZS型惯性直线振动筛。表2—13为鞍山矿山机械厂出品的ZS1800×5600座式直线振动筛技术性能，图2—20为该筛的外形图。

　　电厂的灰渣在冲灰前已经破碎，故可选用单层筛，所需面积按下式计算：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　

式中　S、Q、q——意义与上式同；

            K——给料不均匀系数，一般为1.15～1.20。

 

 （3)筛的选型
　　原则上，电厂灰水中含量不多时，选用固定条缝筛，如渣量多时，应选用振动筛。

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3．耙式浓缩机的选型

耙式浓缩机是一种连续作业的利用重力使固液分离的沉淀浓缩设备，它是一个由钢筋混凝土制作的圆池，池底呈向心锥底，池中有慢速旋转的耙子。灰水从池中心上部进入，粉煤灰则沉降积于池底。耙子的作用是将积于池底的粉煤灰耙到池底中心，并从锥底中心连续流出。澄清水则从池上部周边的溢流槽不断排出。耙子的旋转速度不能太慢，要控制在能将粉煤灰沉积物由池底不断耙向锥底中心而不至于积得太厚而达到耙不动的程度；又不能太快，以致破坏灰粒的沉降浓缩过程。耙子的旋转速度与物料和沉降速度有关，粒度较粗和容易沉降的，耙的线速度可控制在6m/min左右；粒度较细和沉降慢的，耙的线速度应控制在3~4m/min以下。

（1）底流灰浆浓度的确定

前述真空过滤机的试验结果表明，进入真空过滤机的粉煤灰悬浮液的浓度对过滤效率有决定性影响。但是，浓度不可能过高，以在管道中可以流动为限。根据武汉市硅酸盐制品厂的生产经验，灰浆流动度不低于110mm时可以强制输送。表2-14列出了不同含水率的粉煤灰悬浮液流动度的测定数据，相对于110mm以上流动度的含水率为60%左右，即固液比1：1.5。

不同含水率的粉煤灰悬浮液流动度　　表2-14

粉煤灰悬浮液含水率（%）	流动度（mm）
78.6	146
60.7	115.6
58	113.6

（2）耙式浓缩机的产量 

耙式浓缩机单位有效沉降面积产量（以干粉煤灰计）：

式中　q1——耙式浓缩机单位有效沉降面积产量，t/(h·m2)；

　　　V0——沉降区灰粒水力沉速，mm/s，用量筒测定法测定；

　　　R1——入料灰水的液固比；

　　　R2——底流灰浆的液固比，取1.5。

当取V0=0.6mm/s，R1=18，R2=1.5时，不同规格的耙式浓缩机产量如表2-15。

不同直径耙式浓缩机的生产能力　　表2-15

粉煤灰悬浮液含水率（%）	流动度（mm）
78.6	146
60.7	115.6
58	113.6

由于V0和R1是一个变量，表2-15中所列的生产能力应根据实际的V0和R1值加以修正，修正系数K1和K2如表2-16和表2-17所示，耙式浓缩机的实际生产能力应按表2-15的数据乘以修正系数K1和K2。 

力水沉速V₀的变化系数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

耙式浓缩机分为中心传动和周边传动两种形式，直径9m和12m的为中心传动，大于12m均为周边传动。耙式浓缩机的选型主要是确定其直径。

生产所需的浓缩机有效沉降面积：

式中　F——生产需要的浓缩机有效沉降面积，m2；

　　　Q——生产需要的干粉煤灰小时用量，t/h。

耙式浓缩机直径：

式中　D——耙式浓缩机直径，m。

根据计算要求的直径，按机械制造厂出口的耙式浓缩机规格的直径系列选型，选取的实际直径应大于计算要求的直径。选型后应按下式校验：

式中　V——溢流水在浓缩机中的上升速度，mm/s；

　　　Q0——耙式浓缩机台时干粉煤灰产量，t/h；

　　　F——每台耙式浓缩机沉降面积，m2；

　　　K——浓缩机有效面积系数，一般取0.85~0.95，直径12m以上的浓缩机取上限；

　　　V0——沉降区灰粒水力沉速（用量筒测定法测定）。

（4）耙式浓缩机的技术性能

表2-18是沈阳矿山机器厂出品的直径12m、15m、和18m耙式浓缩机的技术性能；图2-20是12m浓缩机的外形图和平面图；图2-21是15m浓缩机的外形图；图2-22是18m浓缩机的外形图。

耙式浓缩机技术性能　　表2-18

序号	名称		单位	BGN-12	BGN-15	BGN-18
1	传动方式			中心传动	周边传动	周边传动
2	轨道中心圆直径		mm		15360	18360
3	浓缩池内径		mm	12000	15000	18000
4	浓缩池深度		mm	3500	3600	3708
5	耙架每转时间		min	5.26	8.5，12.7，17.4	9，10，15，20.5
6	耙架圆周速度		m/min	7.2	2.77~5.68	2.75~6.28
7	沉淀面积		m2	113.1	176.7	254.5
8	速比		i	50.661	40.165	40.165
9	电动机功率		kW	3.0	5.5	5.5
10	外形尺寸	长	mm	14000	16545	19742
		宽	mm		15670	18864
		高	mm		7017	7047
11	设备重量		kg	8510	9299	10064
12	最大件重		kg		2300	2600

 

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  4.真空过滤机的造型

  前已述及，根据粉煤灰悬浮液的特点，适于使用外率式转筒真空过滤机，我国生产这种过滤机较有经验的企业是沈阳矿山机器厂。该厂出品的该种过滤机按其转筒材质和构造分为两类型：一种是木板转筒，一种是铸铁转筒。

图2-22  BGN-15型周边转动式浓缩机外形图

  木板转筒过滤机的构造特点是沿筒板周围分成24个区域，各区装有4个吸孔，筒板之上为木花格板构成的真空滤液道。花格板表面铺滤布，各区滤布与筒板相应的空间用槽板和压条径向分成单独的过滤室。滤液是从连接在吸孔上的48根1吋的管汇集后经一个分配头排出。这种类型的过滤机转速较低，滤液流动的阻力较大，单位时间滤液流量值也较低，因而单位过滤面积的产量也较低，其设备重量相对较低，价格相对较低。

  铸铁转筒过滤的构造特点是在转筒的圆周上装有24块滤篦，滤篦下对应转筒的一个空腔，由径向筋板构成24个单独过滤室，每个室的两端均有经配气轴的单独孔道与两端分配头分别连接。分配头的作用是同时连接地向过滤机24个过滤室提供低真空、高真空和压缩空气。转筒每旋转一周，每个过滤室都相继与分配头的低真空、高真空和压缩空气连通，完成连续过滤的各工序。这种类型的过滤机转速较高，滤液流动的阻力较小，单位时间内通过的滤液量较多，因而单位过滤面积的产量较高。

  （1）过滤机单位过滤面积产量

  过滤机单位过滤面积产量与过滤机的构造、转速、进浆浓度、滤布性质及其使用时间及滤饼要求的含水率有关，是个可变值，只能根据生产实践经验，确定一个平均值。

武汉市硅酸盐制品厂使用真空过滤机的经验较为丰富。该厂配置两台20m2的木板转筒

 

图 2-23  BGN-18型周边转动式浓缩机外形图

  的真空过滤机和一台13.4m2的铸铁转筒的真空过滤机。有时一台13.4m2的过滤机单独运行，有时两台20m2的过滤机运行。在来两种运行情况下都只启动SZ4型真空泵，反吹系统只启动一台SZ2XI型压缩机。

  操作时过滤机的转速控制：1号20m2过滤机的每个转动时间为3’40”，2号20m2过滤机的每转时间为3’42”，3号13.4m2过滤机的每转时间为40”~50”。

过滤机工艺控制记录如表2-19所示。

过滤机单位过滤面积产量计算式：

q=60*n*h平均yf（1-Pf）

  式中   q——过滤机单位面积产量（以干粉煤灰计），t/h；

     n——过滤机的转速，r/min；

     h平均------滤饼的平均厚度，m；

     yt-------滤饼的密度（含水率Pf时），t/m3；含水率在35%左右时，滤饼密度为1.1~1.3t/m3；

     Pf-----滤饼含水率。

过滤机工艺控制记录                      表2-19

序号	1号20m2过滤机				2号20m2过滤机				3号13.4m2过滤机
	真空度		滤饼厚度	滤饼水分	真空度		滤饼厚度	滤饼水分	真空度		滤饼厚度	滤饼水分
	(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

  根据武汉是硅酸腌制品厂的操作经验，在滤布使用为中期、灰浆浓度为40%（固液比1：1.5）时，20m2过滤机的单位过滤面积干粉煤灰产量为0.25~0.3t/（m2*h）；13.4m2过滤机的单位过滤面积产量为1.04~1.2t/（m2*h）。

（2）生产需要的过滤面积与过滤机台数

式中  F——生产需要的过滤面积，m2；

  Q——每小时需要的干粉煤灰量，t/h；

  q——过滤机的单位过滤面积干粉煤灰产量，t/（m2*h）；

  n——过滤机台数，台；

  a——每台过滤机的过滤面积，m2。

（3）真空过滤机技术性能

  沈阳矿山器厂出品的外滤式真空过滤机技术性能为表2-20所示。

  (4)真空过滤机的外形如图2-24和2-25所示。

 

 

 

图2-24   13.4m2真空过滤机外形图

图2-25   20m2真空过滤机外形图

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　　5.过滤配套设备选型

　　（1）过滤工程流程

　　图2—26是过滤工作流程图，由图示可知，过滤的主要配套设备是排液装置，真空泵和压缩机，此外还有料浆进过滤机前的缓冲储罐（搅拌槽）。

　　
　　（2）搅拌槽的选型

　　为了使用粉煤料浆均衡地进入真空过滤机，需在过滤机上方设缓冲贮罐内设搅拌器，以防料浆沉淀，姑该贮罐又称搅拌槽。各种过滤机一般都选用同样规格的搅拌槽，沈阳矿山机械厂出品的搅拌槽内径和内高均为1500mm。其技术性能见表2—21，外形图见图2—27

　　
　　（3）自动排液装置选型
　　为了使过滤后的滤液与空气分离并排除，需在真空过滤机和真空泵之间的管路上安置排水装置和气水分离器，一般将两者合在一起成为一个设备，称为自动排液装置，简称滤液罐。

　　自动排液装置从结构上可分为立式和卧式两种，其外形见图2—28和图2—29。对其形式的选择在车间工艺布置时视可利用的平面尺寸和空间高度而定。

　　自动排液装置生产能力取决于真空过滤机的总排水量。真空过滤机总排水量按下式计算：式中  Qw—真空过滤机的总计较大排水量，t/h；

      n—过滤机的台数，台；

      Q—过滤机的较大干灰产量，t/h；

      Pa—进过滤机的灰浆量较大含水率，%；

      Pf—滤饼的较小含水率，%。

沈阳矿山机器厂出品的自动滤液装置的较大排液能力约为25~50t/h。

考虑到自动排液装置的运行事故和维修，应设置一台备用设备。

　　
　　（4）真空泵的选型

　　配合真空过滤机使用的真空泵有干式和湿式两种。干式真空泵一般为往复式真空泵，泵的真空度高，动力小；湿式真空泵为水环式真空泵，体积小，较轻便。粉煤灰悬浮液脱水真空过滤机配套用的真空泵目前多采用水环式真空泵。
　　根据武汉市硅酸盐制品厂的实践经验，每平方米过滤面积的真空抽气量为0.06~0.09m3/mim[真空度为80%，即81kpa（608mmHg）

　　
　　选型时真空泵应考虑备用。

　　河南新乡水泵厂是生产真空泵的专业厂家，其产品性能参数见表2—23。

　　
　　注sz代表轴向单作用水环式真空泵，sk代表径向双作用水环式真空泵。1~4数字表示泵的设计序号，5~30表示泵的较大气量，j表示部节能攻关更新换代产品，f为耐腐蚀，m表示轴封为机械密封。
　　表2—23所列性能参数是下列标准条件下的性能：

　　大气压：101.33kpa。

　　①吸入气体为空气，温度为20℃，相对湿度70%。

　　②工作水温15℃。

　　③在选型时，应根据工艺实际情况，进行工作水温和工作气体温度修正。

　　（5）压缩机选型

　　从上述关于过滤机的试验结果已知，真空过滤机用于粉煤灰悬浮液的脱水，可以不必用压缩空气吹卸滤饼。但是，一般还是配备压缩机，以便在必须要时使用。
　　根据武汉市硅酸盐制品厂的经验，每平方米过滤面积必要时所需吹气量为0.035~0.05m3/min(压力为2.9~4.9N/cm2时)。

与真空泵一样，一般多选用水环式压缩机，河南新乡水泵厂除生产真空泵外，也生产压缩机。其产品性能参数见表2—24。

　　
　　注：SZ表示水环式压缩机，轴向单作用，1.2表示泵的设计序号，F为耐腐蚀,J表示部节能攻关更新换代产品，M表示轴封为机械密封。

 

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6．灰浆压力输送管道的计算和泵的选型

耙式浓缩机底流灰浆靠浓缩机内液面高差的压力，沿管道静压自流至泵池，再用泵将灰浆沿压力管道强制输送至设于真空过滤机上方的搅拌槽。由于灰浆中含有大量的具有磨琢性的固体粉煤灰颗粒，一般清水泵磨损很快，不宜选用，通常选用砂泵或泥浆泵。

（1）灰浆输送流量的计算

灰浆的浓度：

式中　C——灰浆的浓度；

　　　R2——灰浆的液固比。

当R2=1.5时，C=0.40（40%）。

需要输送的水量：

式中　W——需要输送的水量，m3/h；

　　　Qa——需要输送的干粉煤灰量，t/h。

灰浆的密度：

式中　δa——灰浆的密度，t/m3；

　　　δa——粉煤灰的密度，t/m3；

　　　C——灰浆的浓度。

当C=0.40时，与粉煤灰密度相应的灰浆密度如表2-25所示。

灰浆密度δa值（t/m3）　　表2-25

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

 

需要输送灰浆的流量：

或 

或 

式中　Q——需要输送灰浆的流量，m3/h，m3/s，1/s；

　　　KS——输送灰泵波动系数，一般为1.1～1.2。

（2）灰浆压力输送管管径

式中　d——压力输送管管径，m；

　　　Vs——灰浆流速，m/s，可由表2-26选取；

　　　Q——需要输送灰浆的流量，m3/s。

压力管内灰浆流速Vs值（m/s）　　表2-26

灰浆浓度（%）	密度≤2.7（t/m3）的灰粒平均粒径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）灰浆压力输送的总扬程

图2-30为灰浆压力输送系统示意图，压力输送灰浆需要的总扬程可按下式计算：

式中　Hs——压力输送灰浆需要的总扬程，m；

　　　Hgd——搅拌槽较高液面至泵中心线的几何高度，m；

　　　hld——排出侧管道系统的阻力，m；

　　　Hls——进口侧管道系统的阻力，m；

　　　h——管道出口剩余扬程，m，以制造厂给出的汽蚀余量NPSH为准，在初步估算时，可取2m左右；

　　　Vd，Vs——排出侧、进口侧管内灰浆流速，m/s；

　　　g——重力加速度，g＝9.81m/s2。

（4）管道系统阻力计算

hld和hls的计算式为：

式中　La——直管长度和弯头、闸门等局部阻力损失折合成直管当量长度的总和，m，各种管件折合当量长度，由表2-27选取；

　　　i——单位管长清水阴力损失，i＝AQ2；

　　　A——比阻系数，查表2-28；

　　　Q——灰浆流量，m3/s。

各种管件折合当量长度（m）　　表2-27

管件名称	管径（mm）
	50	63	76	100	125	150	200	250
弯头	3.3	4.0	5.0	6.5	8.5	11.0	15.0	19.0
普通接头	1.5	2.0	2.5	3.5	4.5	5.5	7.5	9.5
全开闸门	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
逆止阀	4.0	5.5	6.5	8.0	10.0	12.5	16.0	20.0

 

（5）需要的灰浆总扬程（Hs）折合为清水的总扬程（H）。生产厂提供的泵的技术参数为清水参数，为了进行泵的选型，必须将需要的灰浆扬程折合成清水总扬程。

式中　ds——灰浆密度，t/m3；

　　　Ka——灰浆阻力损失比清水阻力损失增大系数。当灰浆浓度为40%时，Ka＝1.8；当灰浆浓度为50%时，Ka＝2.1。

　　　H——输送灰浆折合清水时的总扬程，m；

其他意义同前。

钢管比阻A值　　表2-28

水煤气钢管		中等管径钢管
公称直径Dg(mm)	A值	公称直径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）泵的选择

输送粉煤灰浆可用的泵为：砂泵和渣浆泵。

①砂泵

常用PS型砂泵，这是一种卧式侧面进水离心式泵，可输送灰浆的较大浓度是60%～70%，砂泵安装需低于灰浆面1～3m（由泵的轴中心算起），压入式给灰浆才能工作。泵与电动机可以直联传动，也可以用三角胶带间接传动。

表2-29为石家庄水泵厂出品的PS型砂泵工作性能参数。

 

PS型砂泵主要工作性能参数　　表2-29

型号	流量Q（m3/h）	扬程H（m）	转速n（r/min）	效率η（%）	功率P(kW)		叶轮直径（mm）	重量（kg）
					轴功率	电动机功率
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：型号数字为泵出口直径（英吋）；PS代表单吸单级卧式离心砂泵。

 

②渣浆泵

石家庄水泵厂是全国较大的渣浆泵专业制造厂，该厂引进澳大利亚WARMAN公司技术生产M，AH，HH型渣浆泵，该系列产品为悬臂、卧式离心泵。M，AH型泵的泵体具有可更换的耐磨内衬或橡胶内衬，叶轮采用耐磨金属或橡胶材料。HH型泵的泵体内衬和叶轮仅采用耐磨金属。

型号的意义：如10/8ST-AH（或M，HH），10为吸入口直径（英吋），8为吐出口直径（英吋），ST为托架型式，AH，M为渣浆泵，HH为高扬程渣浆泵。

表2-30是该系列产品的主要工作性能参数。

 

渣浆泵主要工作性能参数　　表2-30

型号	允许配带较大功率（kW）	材质		清水性能						叶轮
		护套	叶轮	流量Q		扬程H（m）	转速n（r/min）	高效率η（%）	汽蚀余量（m）	叶片数	叶轮直径(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代表橡胶材料，M代表合金耐磨材料。

　　2．推荐流量范围为50%Q＇≤Q≤110%Q＇（Q＇≈相应于较高效率点流量）

 

（7）计算泵的轴功率和配套电动机的功率

①轴功率

式中　N0——泵的轴功率，kW；

　　　Q——需要输送灰浆的流量，1/s；

　　　H——需要的灰浆总扬程折合为清水的总扬程，m；

　　　η1——泵的总效率，查泵的清水性能曲线。

　　②配套电动机功率

式中　N——电动机功率，kW；

　　　N0——泵的轴功率，kW；

　　　K——安全系数，按泵的轴功率确定，N0≤40kW时，K＝1.2；N0＞40kW时，K=1.1；

　η2——传动效率，采用三角胶带传送时，η2＝0.95；直联传动时，η2＝1。

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  7.自流输送管道系统的计算

  “耙式浓缩机浓缩—真空过滤机过滤”脱水工艺中，灰水和灰浆管道，除上述将泵至搅拌槽为压力输送外，其余都属自流管道或自流槽。

  (1)自流输送管道系统管径的选定

  ①自流管道直径的计算公式

8

式中  d——自然管直径，m，参见表2-34；

  Q——灰浆流量，m3/s

  I——自流坡度（水力坡度），%，见表2-31.

  Kd————灰浆充满度系数，由表2-32和表2-33选取。

 

自流管和自流槽自流坡度i值（%）        表2-31

灰粒平均粒径d平均（mm）	灰浆浓度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：此表是当粉煤灰比重γ≤2.7时的i值。

灰浆浓度与自流管充满度关系                    表2-32

浓度K（%）	10	20	30	40	50
充满度（h/d）	0.6	0.55	0.5	0.45	0.4

灰浆充满系数Kd值                       表2-33

管子类别	粗糙系数	灰浆充满度（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
钢管	0.0125	0.1192	0.0961	0.0804	0.0686	0.0598
铸铁管	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自流槽断面尺寸的计算公式

  式中   h——灰浆深度，m；

     Q——灰浆流量，m3/s；

     i——自流坡度，%，可由表2-31选取；

     Kb————深度系数，可由表2-35选取。         

  灰浆深度h值得出后，据此可确定自流槽的断面尺寸：宽度B≥2h，高度H=h+S(S为挡水高度），一般S=h。当B＞2h时，S＜h，但不得小于100mm。

  理想的流槽断面尺寸比例见图2-31。

  流槽一般设计为矩形断面，为方便与流动，也可设计为U型断面。 

 

图2-31  流槽断面尺寸比例图

 

不同管径及坡度时的流量与速度                     表2-34

管径d=150mm
灰浆充满(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
管径d=200mm
灰浆充满(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
管径d=300mm
灰浆充满(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计；V以m/s计。

灰浆深度系数Kh值       

流槽类别	粗糙系数	槽宽和灰浆深度比（B/h）
		2	2.5	3	4
木槽	0.0125	100	135	170	245
铁槽	0.013	97	130	160	235
混凝土槽	0.014	90	120	150	220
铸石槽	0.015	84	110	140	205

 

  （2）灰水和灰浆管道的管径

  浓缩机澄清水（含灰浓度较高可达0.02%）的排除，浓缩机和过滤机事故排出的灰水或灰浆以及清洗废水的排除均可选用自流管或流槽。压力管道和自流管道的管径一般可参照表2-36选取。

灰水或灰浆管道系统管径                      表2-36

序号	管道名称	管径D(mm)	备注
1	脱水筛至φ18浓缩机灰水管	250	自流管
2	浓缩机至浆泵池灰浆关	125	静压力自流管，设双道闸阀
3	泵池至泵的灰浆管	100	静压力自流管，设闸阀
4	泵至搅拌槽灰浆管	100	压力管，设闸阀
5	搅拌槽至13.4m2或20m2过滤机的灰浆管	100	静压力自流管，设闸阀
6	搅拌槽溢流管	150	自流管
7	真空过滤机溢流管	150,200	自流管
8	真空过滤机放浆管	150,200	自流管
			管径依设备进、出口管径定

 

  （3）滤液和反吹管道系统管径，按选用设备的进出口管径以及滤液排出量和抽气量等因素确定，一般可参照表2-37选取。

滤液和反吹管道系统管径                      表2-37

序号	管道名称	管径D(mm)	备注
1	过滤机至自动排液装置的滤液管	200	设真空计及球阀
2	自动排液装置（卧式）至真空泵（SZ）滤液管	200	设球阀，真空泵设真空计
3	真空过滤机至压缩机反吹管    13.4m2过滤机	100	设球阀，压缩机设压力计
	20m2过滤机	70	设球阀，压缩机设压力计

 

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　　8.管道系统布置要点

　　（1）浓缩机底流排浆管的布置

　　浓缩机底部排出浆口合适位有四个，最少应有两个。其布置形式有环形（图2-32）和单侧式（2-33）两种，前者排浆较均匀，但闸门较多，后者排浆不够均匀，但闸门较少。

　　排浆管为静压力自流管，一般应社两条管道，其中一条备用。自流管应有不小于0.01的坡向泵池的坡度。

　　（2）浓缩机的溢流澄清水可用静压里自流管、槽排出，输送管槽敷设坡度一般不小于0.002。

　　（3）泵浆闸阀的设置：泵的吸入管上设置开闭式闸阀，其位置应尽量靠近泵池：为调节泵的扬量，一般在泵的吸入管上设置调节闸阀，其位置应尽量靠近泵。停泵后为放出压力管道中的灰浆须设放浆闸阀，其位置：管长小于50m时，设在泵吸入管两闸阀之间：管长大于50m时，则设在泵的吐出口附近。

　　（4）为考虑停泵时放出灰浆，压力管道水平管段敷设应有3%~6的坡度，坡向泵的吐出口。

　　（5）压力管或自流管应尽量减少弯头数，直径小于100mm的压力管或自流管在改变管的方向时，可采用煨弯的方法，其曲率半径不得小于管径的4倍。当灰浆流量较大时，自流管槽拐弯处应尽量利用缓冲箱变更流向。

　　（6）灰浆给入自流管槽的方向，应与管槽内的灰浆流动方向一致，不得逆向或垂直给入。

　　（7）管道的冲洗; 对于管道中可能发生沉淀料的部分，如闸阀、灰浆处于不流动的管端等处应设冲洗管道，冲洗水压一般不小于19.6N/？，冲洗水量应不小于灰浆的临界流量。

　　（8）管道一般应明设于地面上，管子尽可能沿墙、柱等架设，当管道有碍通行时，应设跨越管道的走台。管壁与墙面及地面的净距以不小于0.4m为宜。闸阀的设置地点应考虑操作及检修方面，闸阀的手轮高出地面1.2m以上时，应设操作平台。

 　　 9设备工艺布置
　　（1）浓缩机布置

　　①浓缩机架空式布置。其特点是将浓缩池，排浆管和底部通廊都设在地面上，见图2-35.这种布置形式可以简化构筑物的防水处理，降低浆泵的扬程，便于浓缩池在发生事故时的自流排浆，缺点是浓缩池造价较高，进灰管需增设架空支架。当采用架空时布置时，对于已投入使用的电厂，必须测定其排灰管的出口压力，如果扬程不足则需增设二级泵站。

　　②浓缩机落地式布置。其特点是将浓缩池的斜壁、排浆口、底部通廓全部设置在地面以下，只有浓缩池的直壁部分设置在地面以上，见图2-34.这种布置形式的浓缩池造价相对比较低，与电厂排灰管的衔接较为方便，电厂排灰管的扬程相对较低，缺点是土方工程量大的，防水处理复杂，事故排灰难于做到自流，因此，多在地下水位较深的地区或有高差可利用的地区采用。

　　
　　③考虑到电厂排灰管水的出口温度一般可达30？~50？而浓缩机连续运行，故一般均设于室外，只有在特别的寒冷地区才设于室内或采取适宜的防冻措施。

　　④：底部通廊的布置，见图2-34，相关尺寸见表2-38.通廊应设排水沟其宽度不小于0.2m，坡度不小于5%，坡向泵房。

　　
　　（2）浆泵布置

　　①浆泵与浆泵房

　　浆泵一般都是压入式给灰浆，故应配置在低于泵池中灰浆水平面1~3m处（由泵的轴中心算起），否则泵不能工作。设置泵池时，各泵与泵池相连，各泵的轴中心应在同一水平线上。

　　泵房内应设地沟、污水池。地沟断面视可能通过的流量考虑，但其宽度不得小于0.2m地沟坡度一般取3%~5%。室内地坪坡向地沟或污水池的坡度一般取2%~3%。

　　冲洗泵房的污水流入污水池，其容积根据具体请款而定。一般用手摇泵排出污水池的积水。

　　泵房的高度，考虑安设三角架进行检修的要求，一般不应小于3m

　　②泵池

　　泵池接受来自浓缩池底流的浓粉煤灰悬浮液，可设在室内或室外。由于粉煤灰房建材料企业所用的粉煤灰量一般不是很大，灰浆泵一般都是小型泵，泵池容积小，一般都设在室内。

　　③真空过滤机及其辅助设备的布置

　　考虑到滤液的排除和虑饼（即为脱水后符合使用要求的湿粉煤灰）的输送要求，除有地形可利用者外，一般不把真空过滤机布置在底层，而是布置在二层或二层以上的楼层上。

　　真空过滤机辅助设备的布置

　　①灰浆搅拌槽：灰浆搅拌槽应在过滤机附近靠墙设置，其标高应考虑到能将灰浆自流输送至各台过滤机的灰浆槽其管道坡度不小于6%。搅拌槽顶至楼板（或屋面）的距离不得小于搅拌槽较大高度加0.5m，搅拌槽前面的过道不小于0.8m其一侧应有一条大于搅拌槽直径0.5m的通道

　　②真空泵与压缩机：一般均应设在车间底层，其楼层高度应考虑设备检修设置固定吊钩或三角架的空间，不得少于3m

　　③滤液罐（自动排液装置）：一般靠墙设置，并在附近预留检修位置。为使滤液自流流入滤液罐，滤液罐的滤液入口标高应低于过滤机的滤液流出口标高，且自流管有不小于2%的坡度。

　　（4）脱水系统主要设备的平面布置间距要求（表2~39）

　　（5）脱水系统工艺布置实例？

　　①浓缩机架空、过滤机置于顶层的布置，见图2~35.这种布置形式工艺流畅，滤饼用胶带输送机直接入仓，滤液污水或事故排灰均可自流进入事故排灰场。缺点是厂房建筑投资较大，浆泵扬程和电厂排灰泵扬程均要求较高。

 

　　
　　②浓缩机卧地，过滤机置于底层的布置，见图2—36.。这种布置形式将脱水设单独设在一幢建筑内，土建材投资小设备就位、安装、检修都很方便。主要缺点是很难实现滤液、溢流和事故排灰浆等的自流排放，滤饼也不能直接进入料仓。