水煤漿過(guò)濾裝置的系列化設計與運行

2001年第3期煤。礦機。械設計計算文章編號:003-079(2001)3-000503水煤漿過(guò)濾裝置的系列化設計與運劉建忠,趙翔,黃鎮宇,周志軍,周俊虎,曹欣玉,岑可法〔浙江大學(xué)熱能工程研究所,浙江杭州310027)摘要:在分析水煤漿過(guò)濾特點(diǎn)的基礎上提出了過(guò)濾器的計算原則并設計了各種容量低流阻水煤漿在線(xiàn)增壓式過(guò)濾器和低壓濾漿器對已投入工業(yè)性應用的過(guò)濾器進(jìn)行了煤漿特性、粘度、過(guò)濾量等對過(guò)濾阻力損失的影響的試驗硏究結果表明這種過(guò)濾裝置有流動(dòng)阻力低、過(guò)濾流量大的優(yōu)點(diǎn)過(guò)濾阻力損失小于0.01MPa系統操作方便運行穩定可靠關(guān)鍵詞:水煤漿;過(guò)濾器;燃燒中圖號:TQ536文獻標識碼:A1前言10~20{m之間時(shí)物化因素的影響將更為突出。水煤漿作為一種新型的煤基潔凈液體燃料因(2)濾和流動(dòng)過(guò)程是連續不斷進(jìn)行的懸浮在具有管道輸送、低污染燃燒、實(shí)行代油等一系列優(yōu)流體中的部分顆粒及雜質(zhì)將停留在過(guò)濾篩孔內或況點(diǎn)正受到世界各國廣泛重視。水煤漿過(guò)濾器是水積在過(guò)濾篩表面隨著(zhù)過(guò)濾過(guò)程不斷進(jìn)行在過(guò)濾篩煤漿的關(guān)鍵技術(shù)之一由于水煤漿在制備運輸和裝表面將形成一層漿液膜并不斷增厚由此引起過(guò)濾卸過(guò)程中可能混入外來(lái)雜物或長(cháng)期運行時(shí)煤漿在罐阻力不斷增加?？梢?jiàn)如不采取清洗措施消除漿壁結疤脫落進(jìn)入管道等原因會(huì )使噴嘴出現堵塞現膜則可能由于過(guò)濾阻力的增加影響過(guò)濾效果最終象嚴重影響霧化質(zhì)量或完全堵塞甚至被迫停爐。導致過(guò)濾失敗。因此開(kāi)發(fā)水煤漿在線(xiàn)過(guò)濾器是該技術(shù)推廣過(guò)程中通過(guò)上述分析我們知道影響過(guò)濾過(guò)程的因素急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題,而在水煤漿運輸管道中同樣分復雜單純從理論上來(lái)分析、處理這一過(guò)程非常需要過(guò)濾設備。困難特別是煤漿的粘度比較高而過(guò)濾篩孔徑小2水煤漿過(guò)濾的基本特性微觀(guān)物化因素影響較明顯因此目前煤漿過(guò)濾器設水煤漿是一種高粘度液固混合燃料由70%左計參數的選擇都是在簡(jiǎn)化條件的前提下采用一些右粉煤、30%左右水及1%左右化學(xué)添加劑組成流經(jīng)驗或半徑公式結合實(shí)驗室或工業(yè)性試驗經(jīng)驗進(jìn)動(dòng)特性與重油類(lèi)似但又有自身特點(diǎn)因此設計水煤行設計計算。漿在線(xiàn)過(guò)濾器首先要根據流動(dòng)特點(diǎn)分析其過(guò)濾特2.2水煤漿過(guò)濾阻力分析性設計水煤漿過(guò)濾器關(guān)鍵問(wèn)題是阻力損失其他2.1水煤漿過(guò)濾的基礎研究問(wèn)題如堵塞等歸根到底也是為了解決阻力問(wèn)題如在水煤漿管道輸送系統中采用的過(guò)濾器具其原果在設計的過(guò)濾器中沒(méi)有考慮漿膜自動(dòng)清洗裝置理都是利用壓差作用如利用漿泵提供的壓力或水煤漿自身的重力結合機械振動(dòng)使合格煤漿通過(guò)某則過(guò)濾過(guò)程阻力分析將相當復雜因此大部分過(guò)濾種多孔過(guò)濾介質(zhì)即過(guò)濾篩旎掉煤漿中的雜質(zhì)及大器均設有漿膜清洗裝置。為了減少阻力損失,一般要求流體通過(guò)過(guò)濾篩顆粒煤以達到過(guò)濾目的。根據煤漿流動(dòng)特性這速度比較慢其流動(dòng)過(guò)程可作滯流處理煆假設過(guò)濾介過(guò)濾過(guò)程有2個(gè)顯著(zhù)特點(diǎn)1)煤某漿通過(guò)多孔介質(zhì)的流動(dòng)是屬于極慢運動(dòng)質(zhì)是由若干均勻的微小直通道組成,流體是不可壓即滯流運動(dòng)。影響這種流動(dòng)的因素有兩類(lèi):一類(lèi)為縮的在上述假定基礎上Dmy根據試驗結果總結宏觀(guān)的流體力學(xué)因素渚如過(guò)濾篩特性煤的粘出經(jīng)山中國煤化工度、壓力等渦一類(lèi)為微觀(guān)物化因素如電動(dòng)現象、毛CNMHG細現象、絮凝現象等。這兩類(lèi)因素影響程度主要取式中Δp——流體通過(guò)過(guò)濾篩后壓降Ra決于過(guò)濾篩及煤漿特性,若煤漿顆粒直徑大粘度L——微小通道長(cháng)度或濾篩厚度m;低過(guò)濾篩孔徑大則宏觀(guān)影響將占主導地位反之——流體粘度Px,s微觀(guān)物化影響因素將占主導地位。如顆粒直徑在1——流體通過(guò)過(guò)濾篩線(xiàn)速度m/s煤礦機械2001年第3期K——與過(guò)濾篩及流體特性有關(guān)特性尺寸。豪根一泊稷葉 Hogen- Poiseuille)結合實(shí)驗結果把過(guò)濾過(guò)程流體流動(dòng)作為層流處理進(jìn)一步導出了過(guò)濾過(guò)程中壓降計算經(jīng)驗公式△p=32muL/d2式中d——過(guò)濾篩孔徑mo如孔徑不是圓形可用水力學(xué)半徑代替,式2)揭示了影響阻力損失的各種因素但根據式(2)計算得到的結果要比實(shí)際測得低原因是只考慮了宏觀(guān)方面因素而沒(méi)有考慮微觀(guān)物化因素影響。實(shí)際上水煤漿這種高濃度、高粘度的圖1水煤漿在線(xiàn)過(guò)濾器簡(jiǎn)圖流體在流速較低情況下絮凝現象、表面引力作用、Fig. 1 Sketch of cws on-line filter毛細現象將變得顯著(zhù)。當煤漿流體低于某一極限時(shí),1軸2.進(jìn)漿曾3.外套筒4,出漿管5,回流管6排污管清理裝置10.軸承11.減速電機粘度及屈服應力將較大幅度增加從而產(chǎn)生較大阻力損失,因此式(2)不能作為水煤漿過(guò)濾阻力損失4.2過(guò)濾器運行系統設計臺設計合理的過(guò)濾器實(shí)際使用效果如何不準確計算式但它說(shuō)明了各種影響因素之間關(guān)系可僅取決于其內部結構設計是否合理還與使用時(shí)相作為定性分析理論依據。配套的運行系統密切相關(guān)。我們認為為確保爐前過(guò)3水煤漿過(guò)濾裝置系列化設計濾及鍋爐燃燒系統的安全應布置兩臺過(guò)濾器并聯(lián)根據水煤漿過(guò)濾和流動(dòng)特點(diǎn)結合實(shí)驗室臺架連接,臺運行,臺備用并配置必要的輔助系統試驗結果及工業(yè)性運行經(jīng)驗我們認為一個(gè)設計合包括過(guò)濾系統、旁路系統回流系統排污系統水沖理的水煤漿過(guò)濾器應做到①過(guò)濾阻力小,運行安洗系統及切換系統。全可靠z不易堵塞能自動(dòng)消除過(guò)濾篩表面各種4.3水煤漿濾漿器的設計雜質(zhì)③過(guò)濾篩應保證一定強度不易曆損破裂④在水煤漿管道輸送制漿廠(chǎng)制備過(guò)程中也經(jīng)常裝拆及操作方便⑤有設計合理的運行系統過(guò)濾要用到過(guò)濾裝置以提供合格的水煤漿產(chǎn)品這種過(guò)器設計的主要參數和要點(diǎn)有①過(guò)濾器的出力濾設備與在線(xiàn)過(guò)濾器不同屬低壓非在線(xiàn)過(guò)濾裝置過(guò)濾流通面積倍率)③開(kāi)孔率或孔徑尺寸④過(guò)或稱(chēng)濾漿器。我們在水煤漿在線(xiàn)過(guò)濾器的基礎上成濾器內部結構的合理設計等。功開(kāi)發(fā)了水煤漿濾漿器如圖2所示。根據以上原則已設計并投運的系列化水煤漿過(guò)濾裝置主要參數略)水煤漿在線(xiàn)過(guò)濾器主要用在噴嘴前屬增壓在線(xiàn)型水煤漿濾漿器主要用在水煤漿管道或系統中屬低壓過(guò)濾裝置。目前各種型號的在線(xiàn)過(guò)濾器已廣泛使用個(gè)別型號的濾漿器也已投入運行4工業(yè)性試驗應用4.1水煤漿在線(xiàn)過(guò)濾器本體設計根據水煤漿過(guò)濾特點(diǎn)及阻力分析我們開(kāi)發(fā)的低流阻、增壓密封式水煤漿在線(xiàn)過(guò)濾器,如圖1所圖2水煤漿濾漿器的簡(jiǎn)圖示。其基本設想是煤漿通過(guò)過(guò)濾器時(shí)克服阻力需要中國煤化工WS filter的壓力由原供漿泵提供在漿液室內有自動(dòng)連續清減密封座5.出漿通道6洗裝置。通過(guò)排污管定期排除可能沉積在回流室內CNMHG管9.排污管的大顆粒等雜質(zhì),防止回流管堵塞。為保證一定強4.4水煤漿在線(xiàn)過(guò)濾器工業(yè)性應用度過(guò)濾篩采用不銹鋼材料。清理裝置也是過(guò)濾器重圖3和圖4分別為八一煤漿和撫順煤漿過(guò)濾量要組成部分為此專(zhuān)門(mén)設計了一種螺旋型鋼絲刷由與壓降關(guān)系曲線(xiàn)圖沒(méi)設計的煤漿處理量分別為75減速電機帶動(dòng)作螺旋運動(dòng)以此來(lái)清洗過(guò)濾篩表面h和20t/h圖3及圖4表明煤漿過(guò)濾量及粘度在2001年第3期礦7設計范圍內時(shí)壓降僅為0.08MPa以下達到設計2)水煤漿在線(xiàn)過(guò)濾器設計合理,運行穩定可要求表明這種過(guò)濾器的設計是可行的批此外隨過(guò)靠具有大容量、低流阻的特點(diǎn),過(guò)濾阻力損失一般濾量的增加壓降將有大幅度提高,因此在選用或小于0.08MPa能滿(mǎn)足水煤漿輸送及過(guò)濾要求,保證設計過(guò)濾器時(shí)必須明確過(guò)濾量范圍。噴嘴不堵塞。試驗用煤漿為撫順制漿廠(chǎng)的水煤漿,如圖5所3)煤漿特性對過(guò)濾影響較大水煤漿粘度、濃示測定煤濃度為60%試驗時(shí)過(guò)濾量為1.3∽/h回度及過(guò)濾量增加過(guò)濾阻力也將增加。流量控制在20%以?xún)?。煤漿粘度在設計允許值1.54)過(guò)濾器系統設計合理,各系統運行安全可Pas以?xún)葧r(shí)過(guò)濾壓降為0.08MPa達到設計要求?？坑行ПＷC了過(guò)濾器本體的可靠運行。該圖還表明,隨煤漿粘度的增加,過(guò)濾壓降亦將增(5)在線(xiàn)過(guò)濾器體積小結構緊湊操作維修方加因此改善煤漿性能降低粘度有利于煤漿過(guò)濾。便關(guān)鍵部件均能在現場(chǎng)調節、更換或拆裝。0.0250.004過(guò)濾量/th6002000圖3八一漿過(guò)濾量與壓降關(guān)系Fig 3 The relation between filtration quantity and圖5煤漿粘度與壓降的關(guān)系resistance loss for Bayi CWSFig. 5 The relation between Cws viscosity and1.粘度為1078mPas2.粘度為749mPa,sresistance loss參考文獻1j岑可法等.煤漿燃燒、流動(dòng)、傳熱和氣化的理論與應用技朮M]杭州浙江大學(xué)出版社,997[2]山東白楊河電廠(chǎng)等,電站鍋爐燃用水煤漿卸儲供技札Z]鑒定資料999[3]岑可法等.一種新型水煤漿在線(xiàn)過(guò)濾氍P]實(shí)用新型專(zhuān)利.專(zhuān)過(guò)濾量/利號90204737.X.19914]劉建忠等,一種新型水煤漿在線(xiàn)過(guò)濾顎J]煤炭加工與綜合利用996(3)21-24圖4撫順漿過(guò)濾量與壓降關(guān)系[5]劉建忠簿等.水煤漿爐前過(guò)濾的系統設計及試驗研究C]浙江省Fig. 4 The relation between filtration quantity and電機動(dòng)力學(xué)會(huì )第五屆年會(huì )論文集1992resistance loss for Fushun CWs作者簡(jiǎn)介:劉建忠1965年生畢業(yè)于浙江大學(xué)博士學(xué)位現為1.粘度為2090mPa's2.粘度為1100mPas3.粘度為644mPas浙江大學(xué)熱能工程研究所副教授主要從事煤的燃燒技術(shù)和污染物5結語(yǔ)控制研究曾獲國家教育部科技進(jìn)步二、三等獎各1次浙江省科技(1)水煤漿過(guò)濾過(guò)程受到微觀(guān)物化因素以及宏進(jìn)步一、三等獎各1次發(fā)表論文106篇觀(guān)因素的影響。漿膜的形成是主要的阻力損失因素。收稿日期200012-18Serial design and operation of filter for coal water slurryLIU Jian-zhong ZHAO Xiang HUANG Zhen-yu ZHOU Zhi-jun ZHoU Jun-hu CAO Xin-yu CEN Ke-faInstitute for Thermal Power en中國煤化工ina)Abstract:The calculation principle of filter is reported baseCNMHGS of CWS filtration. Aseries of different capacity CWS filters for low flow resistance on-line high and low-pressure have been designedThe experimental researches of influence of Cws characteristics viscosity and filtration quantity on filtrationresistance loss haye been discussed the results show that these filters have low flow resistance and big filtrationquantity. Filtration resistance loss is lower than 0. 01 MPa. System operate convenient and moves steady areliableKey words coal water slurry ifilter combustion