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作者簡介：張子成，黑龍江省佳木斯紙業(yè)集團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能利用的能量計算過程、節(jié)能效果及一點體會。 關(guān)鍵詞：節(jié)能；苛化；勢能；動能；潛在能量；白液；稀白液；溢流工業(yè)工業(yè)生產(chǎn)過程中，輸送物料所消耗的動力大部分會以物料勢能的形式蓄積起來，這些改變了存在形式的動力極具利用價值。工業(yè)佳木斯紙業(yè)集團堿回收苛化系統(tǒng)系1991年末從芬蘭整套引進，屬國內(nèi)首家采用壓力過濾器為主體設(shè)備的苛化系統(tǒng)。具有工藝流程合理、動力消耗低(總裝機容量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，被認為是相對優(yōu)秀的生產(chǎn)系統(tǒng)。經(jīng)過近幾年的生產(chǎn)實踐，我們發(fā)現(xiàn)，這樣的生產(chǎn)系統(tǒng)在充分利用物料勢能這一潛在動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較高，有較大的物料勢能可以利用。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能輸送白液、稀白液，使其蘊含的潛在動力得以充分利用。如圖1所示，為流程改動情況，本文將以這一改造過程為例，簡要敘述其能量計算過程、節(jié)能效果及體會。1工最大瞬時流量1.1工壓力過濾器工作原理工工壓力過濾器為筒體結(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，花板下方裝有過濾元件，底部裝有刮泥大耙。其工作過程分3個階段，由時間繼電器通過氣動閥A和B自動切換，周而復(fù)始，如圖2所示。工工第1階段為過濾階段。閥門A打開，乳液泵向過濾器供料，清液透過過濾元件來到花板以上區(qū)域，通過出口流入收集箱。白泥則留在過濾元件表面，實現(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 改動前、后的工藝流程對比圖2 壓力過濾器的工作過程工工第2階段為反沖洗階段。閥門B打開而閥門A不動，花板以上沒有流入收集箱的白液隨回流的乳液反沖下來，沖掉過濾元件表面的泥餅，使過濾元件恢復(fù)良好的透過性能。此階段一般持續(xù)3～5s。工工第3階段為沉降階段。閥門A關(guān)閉，乳液回流，過濾器內(nèi)部處于靜置狀態(tài)，使第二階段被反沖下來的泥餅脫離過濾元件區(qū)域，向過濾器底部沉降，由底部刮刀收集，排出過濾器。此階段一般為30s左右，然后進行第一階段的操作，實現(xiàn)白液的持續(xù)過濾及白泥的持續(xù)洗滌過程。1.2工最大瞬時流量的求取工工壓力過濾器的設(shè)計生產(chǎn)能力為0.039m3/s。實現(xiàn)過濾、反沖洗、沉降等過程需要270s左右，在此過程中過濾器累計白液產(chǎn)出量為0.039×270=10.53m3，由前述的過濾器工作原理可知，這些白液將集中在過濾階段180s內(nèi)流出，此時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濾器最大瞬時流量。同樣道理，我們根據(jù)白泥洗滌器設(shè)計生產(chǎn)能力為0.0465m3/s，求出白泥洗滌器中稀白液的最大瞬時流出量為：工工0.0465×270/180=0.0698m3/s2工實測數(shù)據(jù)及相應(yīng)勢能潛力計算　2.1工實測數(shù)據(jù)工工壓力過濾器收集箱下緣標高：14.73m工工白液貯存槽頂部標高：10.70m工工稀白液貯存槽頂部標高：8.00m2.2工相應(yīng)的勢能計算工工由勢能定義式：E=mgh及E勢=gh，求得白液收集箱對白液貯存槽的勢能。工工E勢=(14.73-10.70)×1×9.8=38.71(J/kg)式中：E為物料所具有的勢能，J工工E勢為單位質(zhì)量物料所具有的勢能，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為物料相對于貯存槽槽頂高度，m工工同理求得壓力過濾器收集箱對稀白液貯槽的勢能為：工工(14.73-8.00)×1×9.8=65.95(J/kg)3工白液及稀白液輸送過程中的能量損失計算　3.1工溢流管管件局部阻力的當量直管長度工工選管徑為200mm計算，各管件局部阻力的當量直管長度為：工工管件名稱 當量直管長度(mm)工工標準90°彎頭 8×103工工由收集箱入管口 4×103工工閘閥全開狀態(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。式中求得此時的雷諾準數(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、閥門等管件阻力當量直管長度為30m，則直管段及管件局部阻力當量直管的長度總和ΣL=150m。由能量損失公式Σhf=a·ΣL·ω2/2d,求得此時的能量損失為：　　工工同樣過程我們求得稀白液設(shè)計流速：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。綜上查表知此時管道阻力系數(shù)為0.02，取當量直管總長ΣL=150m，求得稀白液輸送時能量損失為36.996J/kg。4工計算結(jié)果分析，實施情況及綜合效益4.1工計算結(jié)果分析工工由動能定義式：E′=（1/2）mV2及E′動=（1/2）V2，求得白液由收集箱溢流到貯存槽的流速。式中E′動為單位質(zhì)量白液流經(jīng)溢流管末端所具有的動能，這一動能在數(shù)值上等于單位質(zhì)量白液在收集箱內(nèi)所具有的初始勢能及壓力以表壓計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，動能最小為E′動=E-∑hf=38.710-27.804=10.906(J/kg)。工工V為在溢流管末端具有動能E′的單位質(zhì)量白液的流速，m為白液的質(zhì)量。計算計算結(jié)果表明不考慮靜壓能時的白液流速可達4.771m/s。此流速大于1.879m/s的系統(tǒng)最低要求，因為收集箱的靜壓能最終也轉(zhuǎn)化為動能，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=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能余量絕大部分將轉(zhuǎn)變?yōu)榘滓骸⑾“滓旱膭幽?，使得它們的流速超過最低的系統(tǒng)要求，這樣就增大了溢流保險系數(shù)。進一步計算表明：在保證白液、稀白液完全溢流的前提下，白液溢流管的總當量直管長可由150m延長到170m；稀白液溢流管的總當量直管長可延長到200m。工工如果白液或稀白液的初始勢能與它們流動過程中的能量損失相等，則說明此時白液或稀白液剛好能夠流進貯存槽而流速最小，此時將可能出現(xiàn)白液或稀白液輸送不完全而從過濾器上方溢出現(xiàn)象。所以我們在設(shè)計時根據(jù)溢流管的總當量直管長度及白液、稀白液流速要求，除考慮管路能量損失外，還留出適當?shù)膭菽苡嗔浚鳛榘滓骸⑾“滓喝〉米銐蛄魉俚膭恿碓础?.2工實施情況工工經(jīng)過如上分析，我們考慮到入貯存槽閥門開度、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，增大了溢流保險系數(shù)。1993年7月投入使用至今效果一直很好，沒有發(fā)生因白液、稀白液輸送不暢而影響壓力過濾器正常運行等現(xiàn)象。1994年、1996年、1998年系統(tǒng)大修理，停機檢查，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)過如上改動，取消中轉(zhuǎn)送液泵4臺套，日節(jié)電1608kWh；消滅泄漏點42處，杜絕了白液、稀白液中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)的堿流失現(xiàn)象。由此解決進口備件送液泵4臺套；智能型液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)2套及150mm氣動調(diào)節(jié)閥2套，解決了生產(chǎn)系統(tǒng)急需備件的難題。5工一點體會工工工業(yè)生產(chǎn)過程中的物料常常附帶有多種形式的潛在能量，熱、動能、勢能、化學(xué)能等等。經(jīng)過合理的設(shè)計，充分利用這些能量，其節(jié)能潛力巨大。就某些生產(chǎn)過程而言，物料附帶能量得以充分利用，在某種程度上標志著其工藝流程的合理性。雖然這些問題應(yīng)該在系統(tǒng)設(shè)計階段就予以解決，但從發(fā)展的角度看，較先進的設(shè)備及相對合理的工藝流程，同樣需要進一步的完善和發(fā)展。