全站搜索
预挂过滤机真空系统的设计和改进意见
作者:管理员    发布于:2016-01-09 08:36:36    文字:【】【】【

  预挂过滤机预挂过滤机真空系统的设计和改进意见程欣(福建省青山纸业股份有限公司,福建沙县,365506)用滤液排出管形成的水腿效应来改进和优化真空系统设计的意见。

  纸行业大力推广的节能、环保设备,用于碱回收中白泥、绿泥的洗涤和浓缩111.但是笔者发现一些厂家在使用中存在下网泥料干度偏低,水、电成本消耗较高等问题,其中真空系统设计中存在的不足是产生问题的重要原因之一。

  1预挂过滤机真空度形成的原理预挂过滤机沿转鼓周长分为若干相互隔离的小过滤区,通过分配阀在整个圆周上形成了真空区、死区和吹气区,在正常生产时除死区外全是真空区111.每个过滤区内各有1~2个排液管,其安装在转鼓转动方向的前沿部分。运行过程中滤液流过排液管后直接进入转鼓,然后进入滤液分离罐,分离出的不凝气和闪蒸汽进入高位冷凝器12,其中的蒸汽与冷却水接触后冷凝变成水,体积极大缩小便形成真空,不凝气则被真空泵抽吸排出,冷却水在水腿管中形成水腿后排出。由于预挂过滤机表面包裹一层连续的白泥预挂层,漏入真空系统的空气较普通的真空过滤机要少得多,因此有可能达到更高的真空度。在真空形成过程中,蒸汽的冷凝和不凝气的排出起到重要作用,但是人们往往忽视了水腿管内水腿高度和流体流速对真空系统的影响。

  1.1水腿管内流体处于静止状态的静力学分析当水腿管内流体处于静止状态时,流体流速为零,根据流体的静力平衡(见)可知13,h为水腿高度(m)。

  又相互制衡。实际生产中影响真空度的主要因素有:设备安装高度决定了水腿管内水腿可达到的大高度,安装高度太低会影响真空度。即使真空泵抽力足够,滤液也会通过抽气管被吸入真空泵,致使真空度无法提高。

  水腿管内流体流速u大,形成的动压头也更大,同时在流体快速流动下,也可夹带更多不凝气经水腿管排出,真空度一般也会更高。在流体流量不变的情况下,流速大小与水腿管内径大小关系为u=4Q/(d2),:Q为流体体积流量(m3/s),d为水腿管内径(m)。

  对于高位冷凝器而言,流体体积流量可视为高位冷凝器的冷却水用量,可用下式计算:蒸汽热焓(kJ/kg);为冷却水的初温度(°C);t2为排出水的终温度(°C),一般不超过45°C;P为冷却水密度(kg/m3)。

  其中,蒸汽量可近似认为是滤液在滤液分离罐中闪急蒸发产生的蒸汽量,计算过程不再详述。

  在选择管径时,必须选择合适的流速以便计算出适宜的管径,其中流量Q的确定是关键。

  压头损失hf越大,真空度越低。影响压头损失的主要因素有水腿管布置是否垂直,水腿管插入水封池的深度,流体流速大小和管子表面粗糙度等。因此,水腿管要尽量垂直安装、避免或减少弯头,插入水封池的深度不宜太深能达到水封即可。流速的选择既要考虑对提高真空度有利的一面,又要考虑流速太大会增加阻力、增大压头损失,一般可选择在3~5m/s.只要设计合理,压头损失一般不会超过1m.真空泵的作用是抽排不凝性气体预挂过滤机普遍的配置是按每m2过滤面积需2m3/min的抽气量来选配真空泵的。实际上,真空泵所需配置能力大小与真空系统设计密切相关,如果系统设计不合理,即使配置的真空泵能力再大也是事倍功半;若设计合理,所需的抽气量要小很多。

  2预挂过滤机真空系统设计存在的不足21安装高度不够笔者曾参观过山东某纸厂,该厂有1台10m2白泥预挂过滤机安装在标高约3m的平台上,运行中真空度偏低(仅为0.03MPa左右),干度也只有50很显然,安装高度不够是造成该预挂过滤机真空度低的首要原因。

  确定预挂过滤机安装高度时,首先要保证水腿管高度能满足系统真空度的要求。水腿管高度可由式得出。一般来说,预挂过滤机真空度AP要达到0.06MPa以上,考虑到后期由于过滤阻力增大,真空度要按0.09MPa设定,流体流速取下限值3m/s,压头损失hf定为1m,流体密度视为1000kg/m3,经计算水腿高度需达到9.7m.为保证此高度,设备安装平台标高好应在11m以上。

  2.2水腿管管径太大笔者通过对比发现国产预挂过滤机的高位冷凝器水腿管管径普遍偏大,特别是国产化初期生产的预挂过滤机更为严重。以某厂引进的45m2预挂过滤机为例,其高位冷凝器水腿管管径为DN100,而早期某些国产规格为25m2,甚至5m2的预挂过滤机高位冷凝器水腿管管径均为DN100,显然是不合理的,因此应充分认识水腿管的作用。笔者在参与某厂1台25m2白泥预挂过滤机开机调试过程中发现,开机过程中该机真空度无法达到运行要求(真空度仅有一0.04MPa)即使更换了能力更大的真空泵,使单位过滤面积抽气量达到3.52m3/min仍无济于事(真空度仅有一0.065MPa),后通过加大高位冷凝器冷却水量才使真空度达到设计要求,此条件下排出的冷却水水温却不到30°C.经分析,笔者认为该机高位冷凝器水腿管管径(DN100)太大,导致管内流体流速太低,甚至不能充满水腿管是影响真空度提高的主要原因。虽然增加冷却水量可以提高水腿内流体流速,但却增加了耗水量,而采用更大排量的真空泵只能增加电耗和设备购置成本。

  3滤液分离罐没有液位控制或控制失灵大多数厂家的预挂过滤机分离罐都采用液位自动控制,但也有个别厂家对滤液分离罐不设液位控制,直接用泵抽出,这样在运行过程中罐内常处于抽空状态,导致真空度波动大,影响预挂过滤机正常运行。

  同理,如果滤液分离罐液位控制失灵,没有及时恢复也会出现同样情况。

  3对预挂过滤机真空系统设计提出的改进意见3.1将滤液分离罐滤液排出管改造成水腿管传统滤液分离罐一般利用滤液泵出口的液位自动调节阀来控制罐内液位并保持相对稳定,滤液排出管中的流体不会产生水腿效应。笔者认为,滤液排出管完全可以设计成可供利用的水腿管。以笔者负责设计的1台5m2白泥预挂过滤机为例(见)该机的滤液分离罐安装在距一楼12m高度处,滤液排出管直接垂直插入设置在一楼地面顶部敞开的滤液水封槽内。这样整机就有2条明显的水腿管,一根是高位冷凝器冷却水排出管,另一根是滤液分离罐的滤液排出管。下面将本系统(双水腿)与某单位(单水腿)同型号、同浆种5m2白泥预挂过滤机进行对比(见表1)表1双水腿系统与单水腿系统示例对比双水腿系统单水腿系统滤液排出方式水腿落差排出液位自动控制排出滤液管径高位冷凝器水腿管管径真空泵型号高位冷凝器用水几乎不用较大从表1可以看出,由于本系统具有双水腿结构,且管径设计考虑到流速因素,其配置的真空泵所需抽气量相对较小,在0.065 MPa真空度条件下,本系统单位过滤面积真空泵抽气量仅为1.96 m3/min,而对比系统却达到3. 72m3/min,而且在开机过程中,本系统真空度提升速度更快。需要指出的是,由于本系统滤液温度不到60几乎不产生闪蒸汽,故高位冷凝器中几乎无需加水冷却。

  2将滤液管水腿和高位冷凝器水腿进行叠加布置笔者设想,将滤液分离罐由原来与预挂过滤机转鼓在同一平台布置改为布置在一楼,滤液管水腿与高位冷凝器水腿产生叠加作用(见)使真空系统分段提升,采用这种布置有如下优点。

  (1)有利于提高真空度采用这种布置后,预挂过滤机的真空度为:高位冷凝器内水腿高度(m),ui为滤液排出管内流体流速(m/s),U2为高位冷凝器水腿管内流体流速(m/与式(2)对比可知,采用这种布置,真空度是由2条水腿叠加作用产生的,效率更高。以水腿有效高度(h,h1+h2)均为8m,流速(U,U1,U2)均为4m/s,流体压头损失设定为1m,分别代入式(2)和式(4)计算,采用传统布置真空度Ap为0766MPa;采用新布置,真空度Ap为0有利于降低设备现场安装标高水腿管叠加布置相当于将1条长水腿分成二段较短的水腿,可以降低预挂过滤机的安装标高,节省厂房和土建费用。采用这种方法时由于滤液泵入口负压相对较大,滤液泵选型时要考虑有更大的扬程以补偿泵入口负压。同时滤液罐应采取液位自动控制,泵出口除安装液位自动控制调节阀外,好加装止逆阀以防意外情况时倒吸空气导致漏真空。

  有利于提高滤液温度和减少高位冷凝器用水量采用新法布置后,滤液罐内的压力Pm比转鼓压力P高,其值APm=Pg.假设h1为4 m,则APin可达到0. 042MPa.如果采用传统布置方式,运行中的滤液分离罐真空度为0 085MPa对应水的沸点约为55°C,但采用新的布置方式,运行中滤液分离罐真空度则降至0043MPa对应水的沸点约提高至85闪蒸汽产生量相应大幅降低,有利于减少高位冷凝器冷却水用量。

  可以配置能力较低的真空泵在新的流程设计中,由于真空泵的吸力对滤液管内的水腿产生向下抽拉作用,同时,由于抽吸的不凝气的总量基本不变及滤液分离罐压力提高、不凝气体积被压缩,因此可以选配抽气量较低的真空泵。以5m2预挂机配置的2BEi153水环真空泵为例,在0.065MPa真空度时抽气率为9.8m3/min,如果分离罐真空度降至0.043 MPa所需抽气量压缩到61m3/min,此时可改选2BEi103水环真空泵,所配电机功率也由185kW降至11 kW,有利于降低电耗。

  4结论41真空系统的设计直接关系到预挂过滤机能否正常运行以及投资和运行成本其中水腿管设计为关键。水腿管管径的选择要根据实际情况进行设计,同一型号的预挂过滤机在不同运行条件下计算得出的结果也不一样。4.2将滤液分离罐滤液排出管设计成水腿管,使过滤机具有双水腿结构,以提高真空度;在滤液温度较低不产生闪急蒸发时可以停用高位冷却水降低水耗。

  3对滤液管水腿和高位冷凝器水腿进行叠加布置使真空分段提升,有利于提高滤液温度;可以选用较低抽气量的真空泵,有利于减少电耗和高位冷凝器耗水量。

  致谢:中国轻工国际工程设计院俞正千教授级高工为本文撰写提供了指导和修改意见,在此表示为诚挚的谢意。

  本刊除及时报道各研究机构、高等院校在科研理论方面取得的突破成果外,还注重报道各制浆造纸厂引进或自行研究探索的新工艺、新技米《中国造纸》将理论与实践有机结合更好地满足了科研工作者以及制浆造纸工厂技术人员的需要。《中国造纸》是我国造纸界权威性技术期刊,连续多年入选“中文核心期刊”、“中国科技论文统计源期刊”、“中国科学引文数据库来源期刊‘、”中国科学评价数据来源期刊“,并已被EI、CA等国外的期刊索引收录。

  0254-5C8X)为月干刊每月25日出版大16开,国内单价:10元/册全年120元;国外及港澳台地区:20美元/册,全年240美元。

  194.如有错过邮局订阅者可直接与中国造纸杂志社联系。

  邮政编码:100020

访问统计
51客服