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作者簡(jiǎn)介：張子成，黑龍江省佳木斯紙業(yè)集團(tuán)有限公司堿回收廠工藝工程師。提鍵要：敘述苛化工序物料勢(shì)能利用的能量計(jì)算過(guò)程、節(jié)能效果及一點(diǎn)體會(huì)。 關(guān)鍵詞：節(jié)能；苛化；勢(shì)能；動(dòng)能；潛在能量；白液；稀白液；溢流工業(yè)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，輸送物料所消耗的動(dòng)力大部分會(huì)以物料勢(shì)能的形式蓄積起來(lái)，這些改變了存在形式的動(dòng)力極具利用價(jià)值。工業(yè)佳木斯紙業(yè)集團(tuán)堿回收苛化系統(tǒng)系1991年末從芬蘭整套引進(jìn)，屬國(guó)內(nèi)首家采用壓力過(guò)濾器為主體設(shè)備的苛化系統(tǒng)。具有工藝流程合理、動(dòng)力消耗低(總裝機(jī)容量1125kW，功率消耗780kW)、占地面積小(460m2)、生產(chǎn)效率高(3365m3/d)、白液固形物含量低(20ppm)等特點(diǎn)，被認(rèn)為是相對(duì)優(yōu)秀的生產(chǎn)系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)近幾年的生產(chǎn)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)，這樣的生產(chǎn)系統(tǒng)在充分利用物料勢(shì)能這一潛在動(dòng)力方面也有潛力可挖，即成品物料白液及稀白液的出料位置相對(duì)較高，有較大的物料勢(shì)能可以利用。我們鋪設(shè)溢流管線，取消了原流程中的中轉(zhuǎn)送液泵，借助于物料本身的勢(shì)能輸送白液、稀白液，使其蘊(yùn)含的潛在動(dòng)力得以充分利用。如圖1所示，為流程改動(dòng)情況，本文將以這一改造過(guò)程為例，簡(jiǎn)要敘述其能量計(jì)算過(guò)程、節(jié)能效果及體會(huì)。1工最大瞬時(shí)流量1.1工壓力過(guò)濾器工作原理工工壓力過(guò)濾器為筒體結(jié)構(gòu)，上部裝有花板，花板以上的筒體被隔板分為6個(gè)工作區(qū)，每區(qū)有清液出口與收集箱連通，花板下方裝有過(guò)濾元件，底部裝有刮泥大耙。其工作過(guò)程分3個(gè)階段，由時(shí)間繼電器通過(guò)氣動(dòng)閥A和B自動(dòng)切換，周而復(fù)始，如圖2所示。工工第1階段為過(guò)濾階段。閥門(mén)A打開(kāi)，乳液泵向過(guò)濾器供料，清液透過(guò)過(guò)濾元件來(lái)到花板以上區(qū)域，通過(guò)出口流入收集箱。白泥則留在過(guò)濾元件表面，實(shí)現(xiàn)白液與白泥的有效分離。此階段一般持續(xù)3min左右轉(zhuǎn)入下一階段。圖1 改動(dòng)前、后的工藝流程對(duì)比圖2 壓力過(guò)濾器的工作過(guò)程工工第2階段為反沖洗階段。閥門(mén)B打開(kāi)而閥門(mén)A不動(dòng)，花板以上沒(méi)有流入收集箱的白液隨回流的乳液反沖下來(lái)，沖掉過(guò)濾元件表面的泥餅，使過(guò)濾元件恢復(fù)良好的透過(guò)性能。此階段一般持續(xù)3～5s。工工第3階段為沉降階段。閥門(mén)A關(guān)閉，乳液回流，過(guò)濾器內(nèi)部處于靜置狀態(tài)，使第二階段被反沖下來(lái)的泥餅脫離過(guò)濾元件區(qū)域，向過(guò)濾器底部沉降，由底部刮刀收集，排出過(guò)濾器。此階段一般為30s左右，然后進(jìn)行第一階段的操作，實(shí)現(xiàn)白液的持續(xù)過(guò)濾及白泥的持續(xù)洗滌過(guò)程。1.2工最大瞬時(shí)流量的求取工工壓力過(guò)濾器的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為0.039m3/s。實(shí)現(xiàn)過(guò)濾、反沖洗、沉降等過(guò)程需要270s左右，在此過(guò)程中過(guò)濾器累計(jì)白液產(chǎn)出量為0.039×270=10.53m3，由前述的過(guò)濾器工作原理可知，這些白液將集中在過(guò)濾階段180s內(nèi)流出，此時(shí)的白液平均流出量應(yīng)為：工工10.53/180=0.059m3/s工工這就是所謂的過(guò)濾器最大瞬時(shí)流量。同樣道理，我們根據(jù)白泥洗滌器設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為0.0465m3/s，求出白泥洗滌器中稀白液的最大瞬時(shí)流出量為：工工0.0465×270/180=0.0698m3/s2工實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及相應(yīng)勢(shì)能潛力計(jì)算　2.1工實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)工工壓力過(guò)濾器收集箱下緣標(biāo)高：14.73m工工白液貯存槽頂部標(biāo)高：10.70m工工稀白液貯存槽頂部標(biāo)高：8.00m2.2工相應(yīng)的勢(shì)能計(jì)算工工由勢(shì)能定義式：E=mgh及E勢(shì)=gh，求得白液收集箱對(duì)白液貯存槽的勢(shì)能。工工E勢(shì)=(14.73-10.70)×1×9.8=38.71(J/kg)式中：E為物料所具有的勢(shì)能，J工工E勢(shì)為單位質(zhì)量物料所具有的勢(shì)能，J/kg工工m為物料的質(zhì)量，kg工工g為物料的重力加速度，取9.8m/s2工工h為物料相對(duì)于貯存槽槽頂高度，m工工同理求得壓力過(guò)濾器收集箱對(duì)稀白液貯槽的勢(shì)能為：工工(14.73-8.00)×1×9.8=65.95(J/kg)3工白液及稀白液輸送過(guò)程中的能量損失計(jì)算　3.1工溢流管管件局部阻力的當(dāng)量直管長(zhǎng)度工工選管徑為200mm計(jì)算，各管件局部阻力的當(dāng)量直管長(zhǎng)度為：工工管件名稱 當(dāng)量直管長(zhǎng)度(mm)工工標(biāo)準(zhǔn)90°彎頭 8×103工工由收集箱入管口 4×103工工閘閥全開(kāi)狀態(tài) 1.4×1033.2工白液及稀白液輸送中的能量損失工工管徑為200mm時(shí)最大流量下的白液溢流流速為：工工　式中：ω為白液流速Vs為白液流量d為溢流管直徑式中白液密度ρ取1112kg/m3，粘度μ取1.49×10-3Pa·s。式中求得此時(shí)的雷諾準(zhǔn)數(shù)Re：式中　式中管道內(nèi)壁粗糙度ε取0.2mm式中則：ε/d=0.2/200=0.001式中由Re及ε/d查管道阻力系數(shù)曲線，得此時(shí)管道阻力系數(shù)λ=0.021。工工白液收集箱與白液貯存槽相距120m，彎頭、閥門(mén)等管件阻力當(dāng)量直管長(zhǎng)度為30m，則直管段及管件局部阻力當(dāng)量直管的長(zhǎng)度總和ΣL=150m。由能量損失公式Σhf=a·ΣL·ω2/2d,求得此時(shí)的能量損失為：　　工工同樣過(guò)程我們求得稀白液設(shè)計(jì)流速：ω=2.221m/s工工取稀白液密度ρ=1023kg/m3，粘度μ=1.00×10-3Pa·s，求得雷諾準(zhǔn)數(shù)為4.54×105。因管路規(guī)格不變，所以ε/d仍為0.001。綜上查表知此時(shí)管道阻力系數(shù)為0.02，取當(dāng)量直管總長(zhǎng)ΣL=150m，求得稀白液輸送時(shí)能量損失為36.996J/kg。4工計(jì)算結(jié)果分析，實(shí)施情況及綜合效益4.1工計(jì)算結(jié)果分析工工由動(dòng)能定義式：E′=（1/2）mV2及E′動(dòng)=（1/2）V2，求得白液由收集箱溢流到貯存槽的流速。式中E′動(dòng)為單位質(zhì)量白液流經(jīng)溢流管末端所具有的動(dòng)能，這一動(dòng)能在數(shù)值上等于單位質(zhì)量白液在收集箱內(nèi)所具有的初始勢(shì)能及壓力以表壓計(jì)的靜壓能減去這些白液流經(jīng)溢流管道損失的能量值，即：不考慮靜壓能，動(dòng)能最小為E′動(dòng)=E-∑hf=38.710-27.804=10.906(J/kg)。工工V為在溢流管末端具有動(dòng)能E′的單位質(zhì)量白液的流速，m為白液的質(zhì)量。計(jì)算計(jì)算結(jié)果表明不考慮靜壓能時(shí)的白液流速可達(dá)4.771m/s。此流速大于1.879m/s的系統(tǒng)最低要求，因?yàn)槭占涞撵o壓能最終也轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，加上靜壓能的轉(zhuǎn)化，流速還要比4.771m/s高，白液完全可以溢流到貯存槽。工工同樣，我們由E′動(dòng)=65.950-36.996=28.95(J/kg),不考慮靜壓能的影響，求得稀白液由收集箱溢流到稀白液貯存槽的流速將達(dá)到7.609m/s,大于2.221m/s的系統(tǒng)最低要求，稀白液完全可以溢流到貯存槽。工工以上比較中的勢(shì)能余量絕大部分將轉(zhuǎn)變?yōu)榘滓?、稀白液的?dòng)能，使得它們的流速超過(guò)最低的系統(tǒng)要求，這樣就增大了溢流保險(xiǎn)系數(shù)。進(jìn)一步計(jì)算表明：在保證白液、稀白液完全溢流的前提下，白液溢流管的總當(dāng)量直管長(zhǎng)可由150m延長(zhǎng)到170m；稀白液溢流管的總當(dāng)量直管長(zhǎng)可延長(zhǎng)到200m。工工如果白液或稀白液的初始勢(shì)能與它們流動(dòng)過(guò)程中的能量損失相等，則說(shuō)明此時(shí)白液或稀白液剛好能夠流進(jìn)貯存槽而流速最小，此時(shí)將可能出現(xiàn)白液或稀白液輸送不完全而從過(guò)濾器上方溢出現(xiàn)象。所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)溢流管的總當(dāng)量直管長(zhǎng)度及白液、稀白液流速要求，除考慮管路能量損失外，還留出適當(dāng)?shù)膭?shì)能余量，作為白液、稀白液取得足夠流速的動(dòng)力來(lái)源。4.2工實(shí)施情況工工經(jīng)過(guò)如上分析，我們考慮到入貯存槽閥門(mén)開(kāi)度、管壁結(jié)垢使管徑變小、管壁粗糙度變大等因素的影響，選用了250mm薄壁不銹鋼管，增大了溢流保險(xiǎn)系數(shù)。1993年7月投入使用至今效果一直很好，沒(méi)有發(fā)生因白液、稀白液輸送不暢而影響壓力過(guò)濾器正常運(yùn)行等現(xiàn)象。1994年、1996年、1998年系統(tǒng)大修理，停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)其管路結(jié)垢極其輕微，這與白液、稀白液固形物含量較低有直接關(guān)系。由于管路走向合理，保溫工作做得較好，在-30℃的低溫季節(jié)里，沒(méi)有發(fā)生白液、稀白液因降溫幅度大而結(jié)晶堵管現(xiàn)象。4.3工綜合效益工工經(jīng)過(guò)如上改動(dòng)，取消中轉(zhuǎn)送液泵4臺(tái)套，日節(jié)電1608kWh；消滅泄漏點(diǎn)42處，杜絕了白液、稀白液中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)的堿流失現(xiàn)象。由此解決進(jìn)口備件送液泵4臺(tái)套；智能型液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)2套及150mm氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥2套，解決了生產(chǎn)系統(tǒng)急需備件的難題。5工一點(diǎn)體會(huì)工工工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的物料常常附帶有多種形式的潛在能量，熱、動(dòng)能、勢(shì)能、化學(xué)能等等。經(jīng)過(guò)合理的設(shè)計(jì)，充分利用這些能量，其節(jié)能潛力巨大。就某些生產(chǎn)過(guò)程而言，物料附帶能量得以充分利用，在某種程度上標(biāo)志著其工藝流程的合理性。雖然這些問(wèn)題應(yīng)該在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段就予以解決，但從發(fā)展的角度看，較先進(jìn)的設(shè)備及相對(duì)合理的工藝流程，同樣需要進(jìn)一步的完善和發(fā)展。