濕（shī）排粉煤灰的脫（tuō）水—自然沉降法（fǎ）脫水

  火力發電廠采用水力除會時，粉（fěn）煤灰在水中呈懸浮（fú）液。懸浮（fú）液中粉煤灰與水的重量比，稱為固液比。實際（jì）生（shēng）產中，粉煤（méi）灰懸（xuán）浮液的固液比（bǐ）一般為（wéi）1：20~1:40（即（jí）粉煤灰含水率（lǜ）高達95%以（yǐ）上）。

  粉煤灰房建材料在生產過程中對粉煤灰的含水（shuǐ）率均有一（yī）定要求，必須經過脫水處理後方可使用。目前采用的脫水方法，按其工作原理可分為（wéi）三類：自然沉降法、自然沉降一真（zhēn）空（kōng）抽水法和濃縮—真空過（guò）濾（lǜ）法。在國外尚有濃縮—離心過濾法。現分（fèn）述如（rú）下：

 

 一、粉煤（méi）灰在懸浮液中的自然沉降法特點

  自然沉降（jiàng）法（fǎ）脫水，是利用粉煤灰（huī）懸浮液中粉煤灰顆粒的重力作用使之從液相（水）中沉澱（diàn）下來的原理，把澄清水由已沉澱的粉煤灰上部排除，從而獲得含水率適當的粉煤灰原料。

  自然沉（chén）降法脫（tuō）水，可利用自然坑地、窪地，也可自建間歇作業的沉灰池。

  粉煤灰顆（kē）粒（lì）在懸（xuán）浮液中等速沉降的速度，稱為水力沉速。它（tā）與粉煤灰（huī）的比重、顆粒大小、水的溫度和粘度等因素相關。當粉煤灰粒徑小於0.1mm時，其水力沉速（sù）的理論計算公（gōng）式如下：

Vo=18000η(d2（δa—δw）)

 

式中  V0—水力沉速，mm/s；

      δa—粉煤灰的密度，kg/m3，一般為2000~2300kg/m；

      δw—水的密度，取1000kg/m3；

      d—灰粒直徑，mm；

      η—水的粘度，kg*s/m2。

  從理論（lùn）公式中可已看出，粉煤（méi）灰顆粒（以下簡稱灰（huī）粒）越細，直徑越小，則V0值越小，6上，在沉降過程中灰粒相互間和灰粒與器壁之間由於摩擦（cā）、碰（pèng）撞而產生的機械阻力，也將影（yǐng）響水力沉速；同時同一種類的粉（fěn）煤灰，當固液比小（xiǎo）時（shí），水力沉速快；固液比大時，水力沉降速慢。因此粉煤灰懸浮液中灰粒的水力沉速（sù）很難用公式計算（suàn），通常均用“量筒測定法”快速（sù）測定。

  量筒測定法用的量筒為貼有毫米方格紙條、容量（liàng）為1000ml的量筒。試驗方（fāng）法（fǎ）是將量筒置於光線充足的地方，然後將粉煤（méi）灰懸（xuán）浮（fú）液注滿量筒。記（jì）下液麵毫米數，再用玻璃將懸浮液（yè）攪渾。當液（yè）柱（zhù）頂麵澄清區開始出現時，立即用秒表開（kāi）始計時，待過渡區消失到（dào）達臨界點時（shí）立即按秒（miǎo）表停止計時，同時記錄臨界點毫米（mǐ）數，量出沉清區高。粉煤灰水力沉速按下式計算：

V0=t(ι)

 式中 V0—粉煤灰水力沉速，mm/s；

      Ι—懸浮液沉清區高度，mm；

       t—粉煤灰沉降到達臨界點的時間，s。

  灰粒在粉煤灰懸浮液（以下簡稱灰水）中沉降的過程，出現分區現（xiàn）象，即由上至下形成由大小不同灰粒組成的（de）濃度不同的各分層，下層較上層的顆粒與濃度逐漸增（zēng）大。從靜置沉降現象觀察（圖2-1），沉降過（guò）程中灰水分為澄清區、沉降區、過渡區和（hé）壓縮區。延長靜置時間（jiān），當沉降區和（hé）過渡區開始（shǐ）消失時，便出現（xiàn）明顯的固、液分（fèn）界（jiè）麵，該固界麵稱為（wéi）臨界點。從粉煤（méi）灰（huī）懸浮液沉降曲線圖（圖2-2）可以看出：在臨界點A出現以前，灰水沉清速度主要（yào）取（qǔ）決於（yú）沉降區的（de）灰粒水力沉速；臨（lín）界點出現以後，灰水沉清速度則（zé）主要取決於壓縮（suō）區的灰粒水力沉速。當沉清區（qū）與壓縮區分界麵恒定時，沉降過程結束，此時稱為壓（yā）縮（suō）終止（zhǐ）點。灰粒（lì）在沉降區的水力沉速（sù）要比壓縮區的（de）大得多，這是（shì）因為壓縮區的固液比很（hěn）大所致。因此，自臨界點出現至壓縮終止點，需要相當長時（shí）間。

 

  現將粉煤灰（huī）懸浮液沉降特性測定（dìng）實（shí）例列示如（rú）下（xià）：

 （1）北京熱電廠粉煤灰懸浮液沉降特性見表2-1。

北京熱電廠（chǎng）粉煤灰懸浮液沉降特性        表2-1

編號	灰水濃度（dù）（固液比	臨界點 （min）	壓縮終止點 （min）	沉降區水力沉速 （min/s）	壓縮區粉（fěn）煤灰含水率（%)
					臨界點	壓縮（suō）終止點
1	1:20	5	9	0.990	65	57.8
2	1:18	8	12	0.608	63.3	56.7
3	1:10	8	16	0.540	61.2	52.9

 （2）武漢青山熱店電廠粉煤灰懸浮液沉降區水力沉速，當灰水固液比為1:18時為0.668mm/s。

  灰粒在水中沉降（jiàng），灰水可以是靜態（tài）的，即灰水靜止不動而灰粒沉降；也可（kě）以是動態的（de），即灰（huī）粒在灰水的流動過程（chéng）中邊（biān）沉降變流動（dòng）。自然沉降法脫（tuō）水可依據這兩種情況，采用不同的操作方法。

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　　二、灰水間斷地灰水靜止（zhǐ）狀態脫水沉灰池

　　灰水間斷地注（zhù）入沉灰池，當（dāng）沉灰池注滿灰水進口，開始靜置自然沉澱脫水，靜置至出（chū）現（xiàn）壓縮終止點後放出上部沉清區的水，壓縮區的積灰層留在池底，依次依次地分（fèn）層（céng）積灰至沉灰池有（yǒu）效積灰（huī）高度止，即可挖灰使用。

　　1.沉灰池尺寸的確定

　　池子的高度：　　　　　　　　H=h1+h2+h3

式中　　H—池子的蓋度，m,一（yī）般為3~.5m；

　　　　h1—清水層的高度，m，一般為1~1.2m；

　　　　h2—積水（shuǐ）層的高度，m，一般為1.3~2m；

　　　　h3—進灰渠道的高度，m。

　　池子的有效高度：

　　根據粉煤灰房建材廠日用灰量所（suǒ）需的積灰層容積；

 　　　　　　　
　　　　　

   

式中　　Vr —工廠日用灰量所需的積灰層容積，m3/d；

　　　　Qr — 工廠幹灰日用量（liàng），t/d；

　　　　Wa— 積灰層粉煤灰（huī）含水（shuǐ）率，%一般絕對水分為100%左右，相對水分為50%左右；

　　　　Ra —積灰層粉煤灰（huī）密度，t/m3

　　沉（chén）灰（huī）池寬度B一（yī）般為5~15m，長度，L=F/B。當采用電靶出灰時一般L=(3~4)B

　　2.每一沉灰池注灰水（shuǐ）的累（lèi）積時間

　　每次注灰水後積灰層（céng）的厚度：
　　　　　
　　　　　

式中　　hｉ—每次積（jī）灰層的厚度，m；

　　∑hｉ——前（qián）幾（jǐ）次積灰（huī）層厚度的總和，m；

　　q—灰水平均含水率，t，m3

　　Hf、wa、ra —— 同前式。

每次注水（shuǐ）所需時間：
　　　　
　　　　　

式中　　ti—每次注灰水所需時間，h活min；

　　Qa—電廠排（pái）灰管平均流量，m3/h或m3/min。

　　每一（yī）次沉灰池注灰水的積累時間：

　　　　　

3.每次（cì）注灰水積灰後排出清（qīng）水（shuǐ）量

4.每一沉灰池脫水操作周期

式中  T—每一灰池脫水操作周期（h）；

　　　∑tf —— 各次注灰水（shuǐ）後靜置自然沉降脫水時（shí）間的總和。（h），tf為每次注水後自然沉降脫水時間（jiān），一般為30~40min。由於粉（fěn）煤灰是多孔結構（gòu），蓄水性能強，靜止脫水時間過長並明顯提高脫水效果（表2—2）　　　　　∑tf =（30—40）n，n為每一次沉（chén）灰池脫水操作周期內注水沉降脫水的次數；

　　　∑tw—各（gè）次排出清水所需時間的總和，h；

式中　tw—各次排出清水所需時間，h；

　　　∑f—各次排出清水時開啟水孔麵積的總和。M2；

　　　Uw—放（fàng）水孔平均（jun1）流速，m/s，可取1~1.5m/s

5.進灰水渠道的（de）設計參數

　　灰水在（zài）渠道中的不勳流速vk值取1.2m/s，渠道坡（pō）度取i=0.005。

　　渠道斷麵尺寸：

　　　　　

式中　F—渠道有效斷麵積，m2；

　　　Q—電廠灰水平（píng）均流（liú）量，m3/s；

　　　b—渠道有效寬度，m；

　　　0.3—渠道（dào）中灰水流的高度為0.3m（渠道（dào）高度H=0.5m）。

 

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三、灰水流動狀態脫水深灰池

灰水流（liú）動狀態的脫水是灰水（shuǐ）由沉灰池的一端（duān）進入（rù），澄清水由另一端溢流排出的連續作業，灰粒在灰（huī）水流中邊流動（dòng）邊沉降。在沉灰池中灰水分（fèn）為兩帶，上層灰水（shuǐ）流動部分稱為流動帶，下（xià）層靜止沉降積灰部分（fèn）稱為靜置帶（圖2-3和圖2-4）。沉灰（huī）池中粗、重顆粒，由於水力（lì）沉速快（kuài），穿過運動帶的時間很短，被（bèi）灰（huī）水流攜帶向溢（yì）流口（kǒu）移動的距離也很短（duǎn），故在沉灰池進口處快速（sù）沉降（jiàng），而形成一個坡向溢流口的斜（xié）麵。灰水不斷引進，澄清水溢流，斜麵積灰層逐漸增高，待溢流水中含灰（huī）量（liàng）超過允（yǔn）許限度（<0.1）時就關閉灰水（shuǐ）進口閘門，再靜置一段時間後，入出澄清水就可（kě）以挖灰使用。

1．沉灰池尺寸的確定

灰水在運（yùn）動帶的流速：

式中　V1——灰水在運動帶（dài）的流速，m/s；

　　　Qa——注入灰（huī）水池的灰水流量，m3/s；

　　　H1——運（yùn）動帶的高度，m，一般為0.5~1m；

　　　 B——沉灰池的寬度，m，一般（bān）為5~9m。

灰粒（lì）穿（chuān）過運（yùn）動帶上沉所需的時間：

式中　 t——灰粒穿過運動（dòng）帶上沉所（suǒ）需的時間，s；

　　　v0——溢流中較大灰粒（lì）的水（shuǐ）力沉速，m/s。

在t時間（jiān）內，灰粒所走的水平距離：

式中（zhōng）　L2——灰粒在灰池內所（suǒ）走的水平距離，m。

沉灰池的長度：

式中（zhōng）　L——沉灰池的長度，m；

　　　L2——沉灰池的工作部分長度，m。

沉灰池工作部分長度：

式中　F，Vr——與前述公式中的意（yì）義和計（jì）算方法相同；

　　　　　h——積灰層高度，m，一（yī）般為1.5~3m。

　　沉灰（huī）池的高度根據挖灰的（de）方式而定，一般為2.5~3m。

2．每一灰池脫水（shuǐ）操作周期

積滿一池灰所需的時間（jiān）：

式（shì）中　　　　　　　Ti——積滿一池灰所需時間，h或（huò）min；

　　　γa、Qa、q、Wa——與前述公式中的意義相（xiàng）同。

第一灰池脫水操作（zuò）周（zhōu）期：

式中　 T——每（měi）一（yī）灰池脫水（shuǐ）操作周（zhōu）期，h；

　　　 Tf——灰池積灰後靜置脫水時間，h；

　　　TW——放出靜置後澄清水的時間，h。

根據工廠用灰量一（yī）般設置3~4個沉灰池循環使用，一池注灰水沉降，一池靜置脫水，一池挖灰使用，或另設一池備用。當采用第一種方法脫水時，為使電廠灰水能連續供應，可兩池交替注灰水沉降脫水。

四、兩種自然沉降（jiàng）脫水方法（fǎ）的比較

第一種靜態脫（tuō）水方法操作較繁瑣，但澄清水中的含灰（huī）量能符合排汙要求。第二種動態脫水方法，如要確保溢流水達到排汙（wū）要求，則L2段需很長，池子（zǐ）的有（yǒu）效利用容積偏低。

由於粉煤灰房建材料企業用灰量與電廠供灰量不可能平衡，電廠不可避免地仍需設置排灰場，此時如果選用第一種脫水方法，當沉灰池停止注灰水時（shí），灰水則可由渠道（dào）引至電廠排灰場；如選用第二種脫（tuō）水方法時，沉灰池長度可適（shì）當縮短，含灰量較（jiào）大（dà）的溢流水可引入（rù）電廠排（pái）灰（huī）場。為適應這（zhè）種情況，粉煤灰房建材（cái）料廠（chǎng）的沉灰池應設在電廠排灰場附近。

五、自（zì）然沉降脫水法（fǎ）的適應範圍

自然沉降（jiàng）脫水法存在以下（xià）問題：

1．沉降（jiàng）脫水後的粉煤灰停水率仍高達50%以上，不能在生產中直接使用，還必須在貯棚內堆置晾幹或采取其他方式進一步脫水。

2．含水率不均（jun1）勻，對粉煤灰房建材（cái）料生產過程中的配料準確性帶來不利影響。

3．雨（yǔ）季及北方冬（dōng）季取灰困難。

4．由於沉灰（huī）池（chí）是利用物料自身重力（lì）沉降脫水，而粉煤灰的粒徑不一，特別是（shì）當（dāng）電廠灰渣混排（pái）時，沉灰池（chí）內（nèi）顆粒（lì）分級現象嚴重。灰水進口端灰粒（lì）較粗，含渣量大，靠近（jìn）溢流口處灰細而無渣（zhā）。灰渣的粒徑對粉煤灰房建材料的質量影響很大（dà），因此，必須對脫水後的粉（fěn）煤灰進（jìn）行（háng）勻化處理，而勻化（huà）處理的工藝和設備卻（què）十分複（fù）雜。

基於以上問題，自然沉降脫水法隻適應於小型企業或特殊情況，不是現代企業發展的方向。