史英杰，劉 麗

(1.貴陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 5500811；2.昆明有色冶金設(shè)計(jì)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(guó)早期設(shè)計(jì)的氧化鋁廠均采用“濕排”的堆放形式。隨著國(guó)家對(duì)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(duì)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(guó)內(nèi)某廠進(jìn)行赤泥“濕排”改“干排”的技術(shù)改造。該文以此項(xiàng)目為例，描述了壓濾車間流程并詳細(xì)介紹了壓濾車間設(shè)備選型計(jì)算。

1 項(xiàng)目流程簡(jiǎn)介

海水中和后的赤泥漿液經(jīng)管網(wǎng)送往赤泥儲(chǔ)槽，利用喂料泵的壓力，赤泥漿液在隔膜壓濾機(jī)內(nèi)進(jìn)行1次脫水，1次脫水后，通過壓榨水泵向壓濾機(jī)濾板隔膜內(nèi)打入高壓水對(duì)赤泥濾餅進(jìn)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(dòng)打開，濾餅自動(dòng)脫落到移動(dòng)式膠帶輸送機(jī)上，移動(dòng)式膠帶輸送機(jī)把赤泥濾餅輸送到2條匯總用膠帶輸送機(jī)，最終通過匯總用膠帶輸送機(jī)將濾餅送至赤泥堆場(chǎng)進(jìn)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(jì)算

3.1 壓濾機(jī)

該項(xiàng)目采用快開式隔膜壓濾機(jī)，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(jì)選用過濾面積F=715 m2的壓濾機(jī)，濾室有效容積為16.088 m3。所需臺(tái)數(shù)如下：

圖1 快開式隔膜壓濾機(jī)

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(tái)715 m2壓濾機(jī)濾室有效容積，m3；

60——1小時(shí)分鐘數(shù)，min；

25——壓濾機(jī)運(yùn)行周期，min；

0.9——壓濾機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率。

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

3.2 赤泥儲(chǔ)槽

壓濾機(jī)的運(yùn)行步驟分為：進(jìn)料、壓榨、反吹、濾板松開、卸餅、濾板壓緊等，每個(gè)運(yùn)行周期處理一部分赤泥漿液。壓濾機(jī)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(chǔ)槽暫存，然后間斷地由喂料泵打入壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾。壓濾機(jī)在壓濾過程中的反吹漿液要返回赤泥儲(chǔ)槽，故赤泥儲(chǔ)槽高度應(yīng)低于壓濾機(jī)所在平面，以便反吹漿液返回赤泥儲(chǔ)槽，考慮到壓濾機(jī)所在平面為▽11.000 m平面，赤泥儲(chǔ)槽規(guī)格選用φ12×8.5 m。另外，為了滿足壓濾機(jī)切換、泵切換、閥門切換等檢修維護(hù)時(shí)間，赤泥儲(chǔ)槽的緩沖時(shí)間考慮2 h。所需臺(tái)數(shù)如下：

式中：

1 440——赤泥漿液流量，m3/h；

1.05——波動(dòng)系數(shù)；

2——緩沖時(shí)間，h；

791——規(guī)格為φ12×8.5赤泥儲(chǔ)槽有效容積，m3。

設(shè)計(jì)選用4臺(tái)φ12×8.5 m赤泥儲(chǔ)槽，見圖2。

圖2 赤泥儲(chǔ)槽

3.3 喂料泵

根據(jù)圖3壓濾機(jī)的運(yùn)行曲線，喂料泵的流量選為720 m3/h，壓濾機(jī)進(jìn)料壓力為0.8 MPa，壓榨水泵的揚(yáng)程選取80 m。喂料泵與壓濾機(jī)采用一對(duì)一方案，設(shè)計(jì)最終選取13臺(tái)Q=720 m3/h、H=80 m離心泵，用12備1，變頻調(diào)速。

圖3 壓濾機(jī)運(yùn)行曲線

3.4 壓榨水泵

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

式中：

715——壓濾機(jī)過濾面積，m2；

1.25——壓榨水流量波動(dòng)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(jī)壓榨壓力1.5 MPa，壓榨水泵的揚(yáng)程選取150 m。壓榨水泵與壓濾機(jī)采用一對(duì)一方案，設(shè)計(jì)最終選取13臺(tái)Q=55 m3/h、H=150 m立式多級(jí)離心泵，用12備1，變頻調(diào)速。

3.5 空壓機(jī)

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(jī)內(nèi)壓濾后的濾餅利用壓縮空氣進(jìn)一步去除水分；②反吹空氣，壓濾機(jī)在進(jìn)料完成后，需將管道內(nèi)殘余的赤泥漿液反吹回赤泥儲(chǔ)槽，以利于下一個(gè)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(jī)過濾面積，m2；

0.1——輔助用氣經(jīng)驗(yàn)系數(shù)Nm3/m2/min。

反吹用氣量：

折合標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下為24.72 Nm3/min

式中：

30——反吹用氣時(shí)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(tái)壓濾機(jī)數(shù)據(jù)，該項(xiàng)目配置13臺(tái)壓濾機(jī)(用12備1)，最多考慮3臺(tái)壓濾機(jī)同時(shí)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(tái)壓濾機(jī)輔助干燥壓縮空氣流量，Nm3/min；

3——同時(shí)處于輔助干燥狀態(tài)的壓濾機(jī)臺(tái)數(shù)，臺(tái)；

由于壓濾過程中，輔助干燥和反吹是順序進(jìn)行，滿足輔助干燥用氣最大量即可滿足返吹用氣量。同時(shí)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(jī)5臺(tái)，工作4臺(tái)，備用1臺(tái)。另外設(shè)置壓縮空氣儲(chǔ)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(jī)

3.6 濾液儲(chǔ)槽

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

圖5 濾液儲(chǔ)槽

濾液儲(chǔ)槽停留時(shí)間：

式中：

667——濾液儲(chǔ)槽有效容積，m3；

60——1小時(shí)分鐘數(shù)，min；

727.2——7臺(tái)壓濾機(jī)最大瞬時(shí)濾液量，m3/h；

1.05——波動(dòng)系數(shù)。

可保證濾液緩沖時(shí)間>25 min，滿足緩沖壓濾機(jī)1個(gè)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(jì)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(dòng)式膠帶輸送機(jī)

單臺(tái)壓濾機(jī)對(duì)應(yīng)單臺(tái)移動(dòng)式膠帶輸送機(jī)，見圖6。單臺(tái)壓濾機(jī)1個(gè)周期的濾餅量為30.32 t/h，卸餅時(shí)間約220 s，瞬時(shí)濾餅流量為：

圖6 移動(dòng)式膠帶輸送機(jī)

式中：

30.32——單臺(tái)壓濾機(jī)1個(gè)周期的濾餅量，t；

3 600——1小時(shí)秒數(shù)，s；

220——單臺(tái)壓濾機(jī)1個(gè)周期的卸餅時(shí)間，s。

設(shè)計(jì)選用13臺(tái)輸送量為500 t/h，帶寬1.2 m，移動(dòng)距離3.5 m的移動(dòng)式膠帶輸送機(jī)，用12備1。

3.8 匯總用膠帶輸送機(jī)

根據(jù)4.7計(jì)算，單臺(tái)壓濾機(jī)的瞬時(shí)濾餅流量為496.1 t/h。13臺(tái)壓濾機(jī)最多考慮3臺(tái)壓濾機(jī)同時(shí)處于卸餅狀態(tài)，瞬時(shí)濾餅流量為3×496.1=1 488.3 t/h。

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

4 結(jié) 語

該項(xiàng)目壓濾車間三維效果見圖7。壓濾車間的設(shè)備以壓濾機(jī)為主，其余設(shè)備均是圍繞壓濾機(jī)起輔助作用。在壓濾機(jī)選型確定的情況下，其它設(shè)備選型也會(huì)影響到壓濾車間的平穩(wěn)運(yùn)行。該文中包括壓濾機(jī)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(yùn)行效果良好，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，為后人在赤泥的堆放形式方面提供一種思路。

圖7 項(xiàng)目壓濾車間三維效果圖