水力旋流器選型

水力旋流器選型參數(shù)和考慮因素水力旋流器在工業(yè)生產(chǎn)中有著很廣泛的應(yīng)用，如在磨礦領(lǐng)域就會使用水力旋流器來實(shí)現(xiàn)礦石的分級分離。水力旋流器的選型需要綜合考慮多項(xiàng)參數(shù)，以下就針對閉路磨礦來說明水力旋流器選型時需要提供的具體參數(shù)。1、 水力旋流器的工藝參數(shù)水流旋流器在用于閉路磨礦時，要提供的工藝參數(shù)包括,旋流器所需處理漿液的濃度、粘度、固體比重、液體比重、固體含量、固體顆粒密度、進(jìn)口漿料的固體顆粒粒度分布，旋流器單位時間內(nèi)的固料處理量、給礦率、漿料通過量、磨礦所需粒度及漿料的酸堿度等。2、 水力旋流器的底流溢流要求參數(shù)旋流器的底流和溢流要求參數(shù),是指和底流溢流有關(guān)的流量、濃度和粒度等，包括旋流器的溢流密度或者含固體量、底流密度或者含固體量、循環(huán)負(fù)荷、過程控制約束等。3、 水力旋流器的其他參考因素水力旋流器的設(shè)計(jì)過程中，旋流器制造企業(yè)還需了解使用單位的磨礦目的及后續(xù)的流程工序，以便能更好的保證后續(xù)流程中有用礦物更好的回收。水力旋流器的設(shè)計(jì)還受閉路磨礦所使用的球磨機(jī)影響，如球磨機(jī)和棒磨機(jī)的進(jìn)料率持續(xù)、循環(huán)負(fù)荷恒定，旋流器的礦漿提供量也恒定，自磨機(jī)則相反，進(jìn)料率和循環(huán)負(fù)荷都可變，所以礦漿給料也可變。旋流器的設(shè)計(jì)變量一般包括旋流器的直徑、進(jìn)口直徑、溢流口直徑和溢流口高度等。旋流器的設(shè)計(jì)變量會決定旋流器的實(shí)際使用效果，它是由旋流器的制造企業(yè)根據(jù)使用企業(yè)提供的工藝參數(shù)及其他條件來確定的。5、水力旋流器的安裝方式水流旋流器常用的安裝方式有垂直安裝和傾斜安裝。水力旋流器的垂直安裝適用于給料波動較大、循環(huán)負(fù)載變化較大的工作條件，但對沉沙嘴的磨損嚴(yán)重。水力旋流器選擇傾斜安裝，則更適合可變循環(huán)負(fù)荷的恒定底流提供，能降低沉沙嘴磨損,但在高濃度回路上表現(xiàn)較差。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠所排放的二氧化硫?qū)Νh(huán)境的污染日趨嚴(yán)重。而二氧化硫減排的最有效措施就是煙氣脫硫。燃燒后脫硫是廣泛采用的脫硫技術(shù)，又稱為煙氣脫硫(FGD)。濕式石灰石-石膏法是目前世界上應(yīng)用最廣泛也是最成熟的一種煙氣脫硫技術(shù),在世界脫硫市場上占有的份額到85左右。它具有較高的脫硫效率(>90),單塔處理煙氣量可達(dá)300萬Nm3/h,對高硫煤、大機(jī)組的煙氣脫硫有非常重要的意義。多年來，在分離、分級設(shè)備中，水力旋流器具有結(jié)構(gòu)簡單輕便、處理能力強(qiáng)、維護(hù)費(fèi)用低、易于更換磨損部件等優(yōu)點(diǎn)，在電力FGD、冶金分級、廢水處理等領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用。1水力旋流器在煙氣脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用1.1石膏水力旋流器在煙氣脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用石膏作為濕式石灰石一石膏煙氣脫硫工藝的副產(chǎn)品產(chǎn)生。漿液中包含的固態(tài)物質(zhì)主要由石膏、石灰石、其它鹽類混合物和灰粒等組成。石膏處置過程分為兩步:初級分離和二級脫水，其中初級分離由石膏水力旋流器完成,二級脫水由水平真空皮帶脫水機(jī)進(jìn)行。漿液從吸收塔漿池由石膏排出泵送至石膏水力旋流器。水力旋流器溢流主要含有較細(xì)的固體顆粒(細(xì)石膏顆粒、未反應(yīng)的石灰石、未溶解的石灰石雜質(zhì)和飛灰),大部分水力旋流器溢流返回至吸收塔。石膏水力旋流器的溢流含固量一般在1~3%(Wt)左右，較細(xì)的固體顆粒主要為未完全反應(yīng)的吸收劑、石膏小結(jié)晶等。未完全反應(yīng)的吸收劑繼續(xù)參與脫硫反應(yīng);石膏小晶體作為吸收塔漿池中結(jié)晶長大的晶核，影響下一階段石膏晶體的形成。小部分石膏水力旋流器溢流必須排出系統(tǒng),避免細(xì)小顆粒和氯化物濃集。因此，小部分溢流由廢水水力旋流器泵直接排至廢水水力旋流器。這個廢水水力旋流器，一方面必須保留住FGD系統(tǒng)內(nèi)的未反應(yīng)的石灰石和小石膏顆粒;另一方面能使部分雜質(zhì)通過廢水排放，同時保持整個脫硫系統(tǒng)的氯離子濃度。濃縮的石膏水力旋流器底流主要包含粗石膏顆粒，底流直接進(jìn)入石膏漿液箱最終進(jìn)入真空皮帶脫水機(jī)或直接進(jìn)入真空皮帶脫水機(jī)。水力旋流器的底流含固量一般在50%(Wt)左右，其中的游離水主要靠真空皮帶脫水機(jī)脫除。進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的石灰石中本身含有不參與反應(yīng)的物質(zhì)，加上煙氣中的飛灰這些固體顆粒，最終進(jìn)入吸收塔漿液中。這些雜質(zhì)一部分可以通過廢水水力旋流器溢流排放從系統(tǒng)中去除;一部分還是進(jìn)入真空皮帶脫水機(jī)，不溶雜質(zhì)影響了石膏的品質(zhì)。而合適的石膏-水力旋流器可以合理分配雜質(zhì)的去向，提高石膏的品質(zhì)。圖1石膏水力旋流器流程圖1.2石灰石水力旋流器在煙氣脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用石灰石送到濕式球磨機(jī)內(nèi)磨制并配成漿液，石灰石漿液用泵輸送到水力旋流器經(jīng)分離后，底流(含粗大顆粒)返回濕式磨機(jī)進(jìn)一步研磨。溢流物料(石灰石漿液的濃度控制在20~30(Wt)之間)存貯于石灰石漿液池中，然后經(jīng)石灰石漿液泵送至吸收塔。石灰石漿液的濃度太高對泵和管道的磨損較大;漿液濃度太低則泵的功耗太大。同時，石灰石粒徑的大小對石灰石的利用率、反應(yīng)活性、泵與管道的磨損有很大的影響。而合適的水力旋流器的選用，不僅可以提高石灰石的利用率，也可減小漿液對泵及管道的磨損。圖2石灰石水力旋流器流程圖由此可見，選擇合適的水力旋流器對提高石膏品質(zhì)、提高石灰石利用率、降低運(yùn)行費(fèi)用等起到非常重要的作用。水力旋流器的基本原理圖3水力旋流器的原理結(jié)構(gòu)圖2.1水力旋流器的工作原理水力旋流器的給料是固液混合物，它們在泵或引力的作用下以切線角度進(jìn)入水力旋流器的小倉室。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，合適的給料口應(yīng)設(shè)計(jì)為一個開口為矩形的切展線入口，矩形的長邊與水力旋流器的軸平行。這種設(shè)計(jì)可以在很大程度上避免切線型入口在給料時所造成的湍流。這種“切展線”設(shè)計(jì)代表了研究方向的主流。給料進(jìn)入小艙室之后開始旋轉(zhuǎn)，引起一定的離心力沖擊大量的固體顆粒，并將之帶到水力旋流器的外壁。固體顆粒呈螺旋狀下到呈圓錐狀的部分。從這兒，較小的顆粒移向中心，然后呈螺旋狀上升，通過渦旋狀探測器出去,這就是所說的“溢流”。正常情況下在大氣壓力的作用下產(chǎn)生。比較大的顆粒在到達(dá)圓錐型部分后保持沿著圓錐壁呈螺旋狀下降，逐漸通過底部出口出去,這就是所說的“底流”。象溢流一樣，通常情況下，底流也是在大氣壓力的作用下產(chǎn)生的。2.2水力旋流器的相關(guān)重要參數(shù)2.2.1水力旋流器的分離粒徑在水力旋流器所有的應(yīng)用中都有兩個主要目的:其一是濃縮，其二是分級。以前，分離的定義是固體顆粒的尺寸，尺寸為該固體顆粒尺寸的1到3的顆粒匯入溢流,尺寸大于這些的匯入底流。但是，該尺寸很難準(zhǔn)確的界定。在實(shí)際的研究中應(yīng)用另一種理論，即某一粒度的顆粒的50匯入溢流,50匯入底流,也就是所說的D50點(diǎn)。從繪制的顆粒尺寸對底流顆粒分離率的圖表（見圖4）,我們會發(fā)現(xiàn)靠近50分離點(diǎn)的曲線上升非?？欤蛛x率從97到99之間的曲線,可以發(fā)現(xiàn)曲線非常平，一個小小的誤差就能大大地改變分離的尺寸。所以,D50點(diǎn)可以更精確的確定分離點(diǎn)。當(dāng)減小D50,分級效率曲線更陡，水力旋流器分級效率更高，大顆粒在底流的回收率提高，同時小顆粒在溢流的回收率也提高;反之亦然。圖4分級效率曲線對于一定百分含量的物質(zhì)，曲線需要修正。并且，對于非常細(xì)小的顆粒，可以下移到零位置。如圖4所示修正分離效率曲線。修正D50的基本值與下列參數(shù)有關(guān)：壓降、給料固體濃度和相關(guān)的液體和固體的比重。見式1中的公式：D50（修正）二D50（基數(shù)）XA1XA2XA3（式1）（A1、A2、A3代表以下不同變量中的修正因素）變量A1是來料含固量系數(shù)：A1=（1-0.0188AV）-1.43（式2）其中AV為來料固體所占體積百分比變量A2是水力旋流器中的壓降系數(shù)，其對分離率的影響由公式可知：A2=3.27P-0.28（式3）變量A3是相關(guān)液體和固體的比重系數(shù):A3=水力旋流器本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)，它們在一定程度上也影響水力旋流器的分離率。但是，用于工程設(shè)計(jì)時,這些因素可以忽略。確定了上述這些變量和給定型號水力旋流器的D50基數(shù)之后，就可以計(jì)算典型的水力旋流器分離率了。2.2.2.處理量象大多數(shù)液流功能一樣，一個給定水力旋流器可以處理的漿液量和壓降有關(guān)。處理量與壓力降對給定水力旋流器的關(guān)系圖是一條直線。當(dāng)來料含固量較低時，處理量與壓力降、水力旋流器直徑之間呈線性對數(shù)關(guān)系（見圖5）。因此，不同直徑水力旋流器相同配置時，可以得出一組平行的性能曲線。對于同一水力旋流器,來料壓力越大，處理量越大;對于相同的來料壓力，直徑較大的水力旋流器處理能力也較大。體現(xiàn)了同類別水力旋流器當(dāng)改變外界環(huán)境時所能達(dá)到的處理量，也體現(xiàn)了不同類別水力旋流器所能達(dá)到的處理量。圖5水力旋流器處理量與壓降、水力旋流器直徑間的關(guān)系水力旋流器的選型正如上文所說，水力旋流器的兩個作用，一是濃縮,二是分級。對于脫硫工程來講，最終打入吸收塔的石灰石漿液的參數(shù)作為石灰石水力旋流器運(yùn)行好壞的考核;而打入真空皮帶脫水機(jī)的石膏漿液和返回到吸收塔的石灰石、石膏漿液的參數(shù)作為石膏水力旋流器運(yùn)行好壞的最終考核參數(shù)。原則上,水力旋流器的選型邊界條件如下:單位時間的物料處理量、漿液濃度、固料比重、進(jìn)口漿料的顆粒分布、漿液的pH值、要求的溢流濃度、底流濃度、顆粒的尺寸通過率。而對于選定的某一型號水力旋流器系統(tǒng)，其內(nèi)部的分配方式等結(jié)構(gòu)對水力旋流器的分離、分級效果有很大的影響。3.1水力旋流器選型參數(shù)的確定水力旋流器選型的邊界條件是由脫硫工藝本身決定的，待這些條件決定后，水力旋流器選型的主要任務(wù)就是選擇水力旋流器的入口壓力和直徑。一般地，整個水力旋流器內(nèi)壓降的測量主要是通過對比給料壓力和溢流壓力來完成的，并且，如前文所說，無論是溢流還是底流，通常都是通過大氣壓力排放的，這就是說給料壓力就是壓降。從脫硫系統(tǒng)傳統(tǒng)的布置可以看出，水力旋流器在垂直布置位置較高，這樣水力旋流器的底流或溢流都可以通過重力的作用到達(dá)目的地，從而可以減少相應(yīng)的泵與管道。從前文可知，水力旋流器的壓力與處理量呈線性對數(shù)關(guān)系，壓降越大,處理量越大。而這時因水力旋流器布置較高給料泵壓力已經(jīng)較高，顯然對于加大泵的壓力來增加水力旋流器處理量已不現(xiàn)實(shí)。這樣不僅會增加泵的造價，而且增加漿液對泵與管道的磨損。對于水力旋流器分離分級效果的好壞,主要取決于分離粒度D50,當(dāng)水力旋流器的入口壓力一定時，盡量選用小直徑的設(shè)備，這樣必須增加旋流子的數(shù)量和相應(yīng)的管件、閥門、儀器儀表等設(shè)備，從而增加一次投資。在不影響分離粒度的前提下，應(yīng)優(yōu)先選用壓力較小而設(shè)備直徑較大的水力旋流器。3.2水力旋流器選型結(jié)構(gòu)的確定在水力旋流器系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)因素中最重要的就是如何在眾多平行運(yùn)行的水力旋流器中分配漿液。在該系統(tǒng)中，應(yīng)該選用一種母管，漿液可以從中心混合室通過母管呈放射狀流入各個水力旋流器。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，在合理的設(shè)計(jì)中，一根“放射母管”可以將漿液均勻地送入各個水力旋流器，包括給料濃度和顆粒尺寸分布。如果應(yīng)用“內(nèi)嵌式”母管，當(dāng)漿液流經(jīng)管道時，每個水力旋流器里的給料都在母管內(nèi)流動，這樣，大質(zhì)量的顆粒就會經(jīng)過第一個水力旋流器而進(jìn)入最后一個水力旋流器。因?yàn)檫@些顆粒有足夠的能量“拐彎”。結(jié)果導(dǎo)致最后一個水力旋流器中粗糙顆粒的濃度較高。內(nèi)嵌式母管的另一個問題是，如果最后一個水力旋流器關(guān)閉的話,母管的末端很可能會由于堵塞而報(bào)廢。如果分離率要求不高，或者給料濃度很低，內(nèi)嵌式母管就是一個很好的選擇，并且，比放射狀母管經(jīng)濟(jì)的多。3.3材質(zhì)對于濕法FGD系統(tǒng)來講，水力旋流器內(nèi)輸送的介質(zhì)具有較強(qiáng)的腐蝕性，同時由于水力旋流器內(nèi)介質(zhì)作強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)，微小的顆粒會對水力旋流器的沖刷產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損。因此，水力旋流器材質(zhì)的選用既要考慮腐蝕,又要考慮磨損。在脫硫工程已運(yùn)行比較良好的水力旋流器中，水力旋流器的防腐耐磨材料一般選用以下兩種材料:一是碳鋼襯膠,二是聚氨酯。二者都具有優(yōu)良的防腐耐磨性能。結(jié)論水力旋流器因占地小、結(jié)構(gòu)簡單、