赤泥壓濾車間設(shè)備選型計算

史英杰，劉 麗

(1.貴陽鋁鎂設(shè)計研究院有限公司，貴州 貴陽 5500811；2.昆明有色冶金設(shè)計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

赤泥是氧化鋁生產(chǎn)中的主要固廢物，主要存在“濕排”和“干排”2種堆放形式，我國早期設(shè)計的氧化鋁廠均采用“濕排”的堆放形式。隨著國家對環(huán)保要求的提高，“干排”以其安全、環(huán)保的優(yōu)越性逐漸取代了赤泥“濕排”的堆放形式。赤泥“干排”必須將其漿液含水率控制在30 %以下，以滿足干法堆存對赤泥的力學(xué)要求，壓濾車間正是起到脫除多余水分的作用[1-2]。

在此背景下，國內(nèi)某廠進行赤泥“濕排”改“干排”的技術(shù)改造。該文以此項目為例，描述了壓濾車間流程并詳細介紹了壓濾車間設(shè)備選型計算。

1 項目流程簡介

海水中和后的赤泥漿液經(jīng)管網(wǎng)送往赤泥儲槽，利用喂料泵的壓力，赤泥漿液在隔膜壓濾機內(nèi)進行1次脫水，1次脫水后，通過壓榨水泵向壓濾機濾板隔膜內(nèi)打入高壓水對赤泥濾餅進行2次脫水，脫除的濾液自流到濾液槽，再經(jīng)濾液槽自流至濾液收集池。壓濾脫水過程完成后，濾板自動打開，濾餅自動脫落到移動式膠帶輸送機上，移動式膠帶輸送機把赤泥濾餅輸送到2條匯總用膠帶輸送機，最終通過匯總用膠帶輸送機將濾餅送至赤泥堆場進行干法堆存。

2 主要工藝條件和物料流量

主要工藝條件及物料流量見表1。

表1 主要工藝條件及物料流量

3 設(shè)備選型計算

3.1 壓濾機

該項目采用快開式隔膜壓濾機，見圖1。經(jīng)壓濾后的赤泥含水率可降至39 %以下。赤泥濾餅流量為715.8 t/h，設(shè)計選用過濾面積F=715 m2的壓濾機，濾室有效容積為16.088 m3。所需臺數(shù)如下：

圖1 快開式隔膜壓濾機

式中：

715.8——濕濾餅(含水)，t/h；

1.675——濕濾餅密度(含水率39 %)，t/m3；

16.088——單臺715 m2壓濾機濾室有效容積，m3；

60——1小時分鐘數(shù)，min；

25——壓濾機運行周期，min；

0.9——壓濾機運轉(zhuǎn)率。

考慮壓濾機為間斷操作，因此選用過濾面積F=715 m2的壓濾機13臺，運轉(zhuǎn)率為90 %，用12備1。

3.2 赤泥儲槽

壓濾機的運行步驟分為：進料、壓榨、反吹、濾板松開、卸餅、濾板壓緊等，每個運行周期處理一部分赤泥漿液。壓濾機處理赤泥漿液屬于間斷操作，所以從管網(wǎng)來連續(xù)不斷的赤泥漿需在赤泥儲槽暫存，然后間斷地由喂料泵打入壓濾機進行壓濾。壓濾機在壓濾過程中的反吹漿液要返回赤泥儲槽，故赤泥儲槽高度應(yīng)低于壓濾機所在平面，以便反吹漿液返回赤泥儲槽，考慮到壓濾機所在平面為▽11.000 m平面，赤泥儲槽規(guī)格選用φ12×8.5 m。另外，為了滿足壓濾機切換、泵切換、閥門切換等檢修維護時間，赤泥儲槽的緩沖時間考慮2 h。所需臺數(shù)如下：

式中：

1 440——赤泥漿液流量，m3/h；

1.05——波動系數(shù)；

2——緩沖時間，h；

791——規(guī)格為φ12×8.5赤泥儲槽有效容積，m3。

設(shè)計選用4臺φ12×8.5 m赤泥儲槽，見圖2。

圖2 赤泥儲槽

3.3 喂料泵

根據(jù)圖3壓濾機的運行曲線，喂料泵的流量選為720 m3/h，壓濾機進料壓力為0.8 MPa，壓榨水泵的揚程選取80 m。喂料泵與壓濾機采用一對一方案，設(shè)計最終選取13臺Q=720 m3/h、H=80 m離心泵，用12備1，變頻調(diào)速。

圖3 壓濾機運行曲線

3.4 壓榨水泵

目前壓濾機的壓榨方式分為氣壓榨和水壓榨，該項目采用水壓榨的方式。壓濾機在進料完成后，需向濾餅的隔膜腔體內(nèi)打入壓榨水，以進一步降低濾餅含水率。壓榨水泵流量計算如下：

式中：

715——壓濾機過濾面積，m2；

1.25——壓榨水流量波動系數(shù)；

50——濾室厚度，mm；

45——壓濾后濾室厚度，mm。

壓榨水泵的流量選為55 m3/h，壓濾機壓榨壓力1.5 MPa，壓榨水泵的揚程選取150 m。壓榨水泵與壓濾機采用一對一方案，設(shè)計最終選取13臺Q=55 m3/h、H=150 m立式多級離心泵，用12備1，變頻調(diào)速。

3.5 空壓機

水壓榨形式下壓縮空氣的作用主要包括2部分：①輔助干燥，目的是將壓濾機內(nèi)壓濾后的濾餅利用壓縮空氣進一步去除水分；②反吹空氣，壓濾機在進料完成后，需將管道內(nèi)殘余的赤泥漿液反吹回赤泥儲槽，以利于下一個周期的壓榨。

輔助干燥用氣量：

715×0.1=71.5(Nm3/min)

式中：

715——壓濾機過濾面積，m2；

0.1——輔助用氣經(jīng)驗系數(shù)Nm3/m2/min。

反吹用氣量：

折合標(biāo)準大氣壓下為24.72 Nm3/min

式中：

30——反吹用氣時間，s；

20——壓縮空氣流速，m/s；

0.081——壓縮空氣管內(nèi)徑，m。

以上為單臺壓濾機數(shù)據(jù)，該項目配置13臺壓濾機(用12備1)，最多考慮3臺壓濾機同時處于輔助干燥及反吹風(fēng)狀態(tài)。則需要壓縮空氣的流量為：

71.5×3=214.5(Nm3/min)

式中：

71.5——單臺壓濾機輔助干燥壓縮空氣流量，Nm3/min；

3——同時處于輔助干燥狀態(tài)的壓濾機臺數(shù)，臺；

由于壓濾過程中，輔助干燥和反吹是順序進行，滿足輔助干燥用氣最大量即可滿足返吹用氣量。同時考慮到，部分儀表用氣量，因此選用流量為Q=57 Nm3/min的螺桿式空氣壓縮機5臺，工作4臺，備用1臺。另外設(shè)置壓縮空氣儲罐作為緩沖用氣，滿足生產(chǎn)需求，見圖4。

圖4 螺旋式空氣壓縮機

3.6 濾液儲槽

赤泥濾液的總流量為1 012.4 m3/h，13臺壓濾機分為2組。第1組對應(yīng)7臺壓濾機，平均流量為506.2 m3/h，最大瞬時濾液量為727.2 m3/h；第2組對應(yīng)6臺壓濾機，平均流量為506.2 m3/h，最大瞬時濾液量為619.2 m3/h。分別對應(yīng)1臺φ10×8.5 m濾液儲槽，每臺濾液儲槽平均有效容積667 m3，見圖5。

圖5 濾液儲槽

濾液儲槽停留時間：

式中：

667——濾液儲槽有效容積，m3；

60——1小時分鐘數(shù)，min；

727.2——7臺壓濾機最大瞬時濾液量，m3/h；

1.05——波動系數(shù)。

可保證濾液緩沖時間>25 min，滿足緩沖壓濾機1個周期的濾液量。另外，壓濾車間與濾液收集池的距離較近，且高差有20 m，因此設(shè)計考慮濾液以自流的形式返回濾液收集池，不配置濾液泵。

3.7 移動式膠帶輸送機

單臺壓濾機對應(yīng)單臺移動式膠帶輸送機，見圖6。單臺壓濾機1個周期的濾餅量為30.32 t/h，卸餅時間約220 s，瞬時濾餅流量為：

圖6 移動式膠帶輸送機

式中：

30.32——單臺壓濾機1個周期的濾餅量，t；

3 600——1小時秒數(shù)，s；

220——單臺壓濾機1個周期的卸餅時間，s。

設(shè)計選用13臺輸送量為500 t/h，帶寬1.2 m，移動距離3.5 m的移動式膠帶輸送機，用12備1。

3.8 匯總用膠帶輸送機

根據(jù)4.7計算，單臺壓濾機的瞬時濾餅流量為496.1 t/h。13臺壓濾機最多考慮3臺壓濾機同時處于卸餅狀態(tài)，瞬時濾餅流量為3×496.1=1 488.3 t/h。

因此，設(shè)計選用2臺Q=1 500 t/h，B=1 200 mm，V=2 m/s的膠帶輸送機，用1備1。

4 結(jié) 語

該項目壓濾車間三維效果見圖7。壓濾車間的設(shè)備以壓濾機為主，其余設(shè)備均是圍繞壓濾機起輔助作用。在壓濾機選型確定的情況下，其它設(shè)備選型也會影響到壓濾車間的平穩(wěn)運行。該文中包括壓濾機在內(nèi)的各種設(shè)備選型既滿足了環(huán)保要求，又節(jié)省了投資投產(chǎn)后運行效果良好，取得較好的經(jīng)濟效益，為后人在赤泥的堆放形式方面提供一種思路。

圖7 項目壓濾車間三維效果圖