濕排粉煤灰（huī）的脫水—自然沉降法脫水（shuǐ）

  火力發電（diàn）廠采用水力除會時（shí），粉（fěn）煤灰在水中呈懸浮液。懸浮液中粉煤灰與水的重量比，稱為固液比。實際生產中，粉煤灰懸浮液的固液比一般為1：20~1:40（即粉煤灰含水率高達95%以上）。

  粉煤灰（huī）房建材料在生產過（guò）程中對粉煤灰的含水率均有一定要求，必須經過脫（tuō）水處理後方可使用。目前采用的（de）脫水方法，按其工作原理可分為三類：自然沉（chén）降法、自然沉降一真空抽水法和（hé）濃（nóng）縮—真（zhēn）空過濾法。在國外尚有濃縮—離心過濾法。現分述如下：

 

 一、粉煤灰在懸浮液中的自然沉降法特點

  自然沉降法脫水，是利用粉煤灰（huī）懸（xuán）浮液（yè）中粉煤灰（huī）顆粒的重力作用使之從液相（水）中沉（chén）澱下來的原理，把澄清水由已沉澱的（de）粉煤灰上部排除，從（cóng）而獲得含水率適當的粉煤灰原料。

  自然沉（chén）降法脫水（shuǐ），可利用自然坑地、窪地，也（yě）可自建間歇作業的沉灰池。

  粉煤灰顆粒在懸浮液中等速沉降的速度，稱為水（shuǐ）力沉速。它與粉煤灰（huī）的比重、顆粒大小、水的溫度和粘度等因素相關。當粉煤灰（huī）粒（lì）徑小（xiǎo）於0.1mm時，其水力沉速的理論計算公式如（rú）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。

  從理論公式中可已（yǐ）看出，粉煤灰顆粒（以下簡稱灰粒）越細，直徑越小，則V0值越小，6上，在（zài）沉（chén）降過程中灰粒（lì）相互間和灰粒與器壁之間由於摩擦、碰撞而產生（shēng）的機械阻力，也將影響水力沉速；同時同一種類（lèi）的粉煤灰，當固（gù）液比小時（shí），水力沉速快；固液比大時，水力沉降速慢。因（yīn）此（cǐ）粉煤灰懸浮液中灰粒的水力沉速很難用公式計算，通常均（jun1）用“量筒測定法”快速測定。

  量筒測定法用的量筒為貼有毫米（mǐ）方格紙條、容量為（wéi）1000ml的（de）量筒。試驗方法是將量（liàng）筒置於（yú）光線充足的地方，然後將粉煤灰懸浮液注（zhù）滿量筒。記（jì）下（xià）液麵毫米數，再用玻璃將懸浮液（yè）攪渾。當液柱頂麵澄清區開始出現時，立即用秒（miǎo）表開始計時，待過渡區消失到達臨界點時立即按（àn）秒表停止計時，同時記錄臨界點毫米數（shù），量出沉清區高。粉煤灰水（shuǐ）力沉速按下式（shì）計算：

V0=t(ι)

 式中 V0—粉煤（méi）灰水力沉速（sù），mm/s；

      Ι—懸浮（fú）液沉清區（qū）高度，mm；

       t—粉（fěn）煤灰（huī）沉（chén）降到達臨界點的時間，s。

  灰粒在粉煤（méi）灰懸浮液（yè）（以下簡稱灰水（shuǐ））中沉降的（de）過程，出現分（fèn）區（qū）現象，即由上至下形成由大小（xiǎo）不同灰粒組成的濃度不同的各分層，下層較上層的顆粒與（yǔ）濃度逐漸增大。從（cóng）靜置沉（chén）降現象觀（guān）察（圖2-1），沉降過程中灰水分為澄（chéng）清（qīng）區、沉降區（qū）、過渡區（qū）和壓縮區。延長靜置時間，當沉降區和過渡（dù）區（qū）開始消（xiāo）失時，便出現明顯的固（gù）、液分界麵，該固界麵稱為臨界點。從（cóng）粉煤灰（huī）懸浮液沉降曲線圖（圖2-2）可以看（kàn）出：在臨界點A出現以（yǐ）前，灰水沉（chén）清（qīng）速（sù）度主要取決於沉降區的灰粒水力（lì）沉速；臨界點出現以後，灰水沉清速度則主要取決於壓縮區的灰粒水力沉速。當沉清區與壓縮區分界麵恒定時，沉降過程結束，此時稱為壓（yā）縮終止點。灰粒在沉降區的水力沉速要比壓縮區的大得多，這是因為壓縮區的固液比很大所致（zhì）。因此，自臨（lín）界點出現至壓縮終止點，需要相當長時間。

 

  現（xiàn）將粉煤灰懸浮液沉（chén）降特性測定實例列（liè）示如下：

 （1）北京熱電廠粉煤灰懸浮液沉降特性（xìng）見表2-1。

北京熱電廠粉煤（méi）灰懸浮液沉降特性（xìng）        表2-1

編號	灰水濃度（dù）（固液比（bǐ）	臨界點 （min）	壓縮終止點 （min）	沉降區水力沉速 （min/s）	壓縮區粉煤灰（huī）含水率（%)
					臨界點	壓縮終止點
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（sù），當灰水固（gù）液比為1:18時為0.668mm/s。

  灰粒在水中沉降，灰水可以是靜態的（de），即灰（huī）水靜止不動（dòng）而灰粒沉（chén）降；也可以是動（dòng）態的，即灰粒在灰水的（de）流動（dòng）過程中邊沉降變流動。自然沉降法脫水可依據這兩（liǎng）種情況，采用不（bú）同的操作方法。

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　　二、灰水間斷地灰水靜止狀態脫水沉灰池

　　灰水間斷（duàn）地注入沉灰（huī）池，當沉灰池注滿（mǎn）灰水進口，開始靜置自然（rán）沉澱脫水（shuǐ），靜置至出現壓縮終止點後放出上部沉清區的（de）水，壓縮區的積灰層留（liú）在池底，依次依次地分層積灰至沉灰池有效（xiào）積灰高度止，即可（kě）挖灰使用。

　　1.沉灰池尺寸的確定

　　池子（zǐ）的高度：　　　　　　　　H=h1+h2+h3

式中　　H—池子的蓋度，m,一般為3~.5m；

　　　　h1—清水層的（de）高度，m，一般為1~1.2m；

　　　　h2—積水層的高度（dù），m，一般為1.3~2m；

　　　　h3—進灰渠（qú）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需的積（jī）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，t/d；

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

　　　　Ra —積灰層粉煤灰密度，t/m3

　　沉灰池寬度B一般為5~15m，長度，L=F/B。當采用電靶出灰時一般L=(3~4)B

　　2.每一沉灰池注灰水的累積時間（jiān）

　　每次注灰水後積灰層的厚度：
　　　　　
　　　　　

式中　　hｉ—每次積灰層的厚度（dù），m；

　　∑hｉ——前幾次（cì）積灰層（céng）厚度的總和，m；

　　q—灰水平均含水（shuǐ）率，t，m3

　　Hf、wa、ra —— 同前式。

每次注水所需時間：
　　　　
　　　　　

式中　　ti—每次（cì）注灰水所需時間，h活min；

　　Qa—電廠排灰（huī）管平均（jun1）流量，m3/h或（huò）m3/min。

　　每一次沉灰池注灰水的積累時間（jiān）：

　　　　　

3.每次注灰水積灰後排出清水量

4.每一沉灰池脫水（shuǐ）操作周期

式中  T—每（měi）一灰池脫水操作周期（h）；

　　　∑tf —— 各次注灰水後靜置自然（rán）沉降脫水時間的總和。（h），tf為每次注水後自然沉降脫水時間，一般為30~40min。由於粉煤灰（huī）是多孔結構，蓄水性能（néng）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（měi）一次沉灰池脫水操作周期內注水沉降脫（tuō）水的次數（shù）；

　　　∑tw—各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（shí）間，h；

　　　∑f—各次排出清水時開啟（qǐ）水孔麵積的總（zǒng）和。M2；

　　　Uw—放水孔平均（jun1）流速，m/s，可取（qǔ）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，渠道坡度取i=0.005。

　　渠道斷麵尺寸：

　　　　　

式中（zhōng）　F—渠道有效斷麵積，m2；

　　　Q—電廠灰水平均流量，m3/s；

　　　b—渠道（dào）有效寬度，m；

　　　0.3—渠道中灰水流的高度為0.3m（渠道高度H=0.5m）。

 

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三、灰水流動狀（zhuàng）態脫水深灰池（chí）

灰水流動狀態的脫水是灰水（shuǐ）由沉灰池的（de）一端進入，澄清水由另一端溢流排出的連續作業，灰粒在灰水流中邊流動邊沉（chén）降（jiàng）。在沉灰池中灰水分為兩帶（dài），上層灰水（shuǐ）流動部分稱為（wéi）流動帶，下層靜止沉（chén）降積灰部分（fèn）稱為靜置帶（圖2-3和圖2-4）。沉灰池中粗、重顆粒，由於水力（lì）沉速快，穿過運動帶的時間很短，被灰水流攜帶向溢流口移動（dòng）的距離也很短，故在沉灰池進口處快速沉降，而形成一個坡向溢流口的斜麵（miàn）。灰水不斷引進，澄清水溢流，斜麵積灰層逐漸增高，待溢流水中含灰量超過（guò）允許限度（<0.1）時就（jiù）關閉灰水進口閘門，再（zài）靜置一段（duàn）時間後，入出澄清（qīng）水就可以挖灰使用。

1．沉（chén）灰池尺寸的確定

灰水在運動帶的流速：

式中　V1——灰水在運動帶的（de）流速，m/s；

　　　Qa——注入灰水池（chí）的灰水流量，m3/s；

　　　H1——運動帶的高（gāo）度，m，一般為0.5~1m；

　　　 B——沉灰池的寬度，m，一般（bān）為5~9m。

灰粒穿過運動帶上沉所需的時間：

式中（zhōng）　 t——灰（huī）粒穿過（guò）運動帶（dài）上沉所需的時間，s；

　　　v0——溢流中較大灰粒的（de）水力（lì）沉速，m/s。

在t時間內，灰粒所走的水平距離（lí）：

式中（zhōng）　L2——灰粒在灰池內所走（zǒu）的水平距離，m。

沉灰池的長度：

式（shì）中　L——沉（chén）灰池的長（zhǎng）度，m；

　　　L2——沉灰池的工作部分長（zhǎng）度，m。

沉灰（huī）池工作部分長度：

式中　F，Vr——與前（qián）述公式中的意義和計算方法（fǎ）相同；

　　　　　h——積灰層（céng）高度，m，一般為1.5~3m。

　　沉灰（huī）池的高度根據挖灰的方式而定，一般為2.5~3m。

2．每一灰池脫水操作周（zhōu）期

積（jī）滿一池灰所需的時間：

式中　　　　　　　Ti——積滿一池（chí）灰所需時間，h或min；

　　　γa、Qa、q、Wa——與前述公式中的意義相同。

第一灰池脫水操作周期：

式中　 T——每（měi）一灰池（chí）脫水操作周期，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。

根據工廠用灰量一般設置3~4個沉灰池循（xún）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（yòng）。當采用第一種方法脫水時，為使電廠灰水能連續供應，可（kě）兩池交替注灰水沉降脫水。

四、兩種自然（rán）沉降脫水方法的比較

第（dì）一種靜（jìng）態脫水方法操作較繁瑣，但澄清水中的含灰量能符合排（pái）汙要（yào）求。第二種動態脫水方法，如要確保溢流水達到排汙要求，則L2段需很（hěn）長，池（chí）子的有效利用容積（jī）偏低。

由於粉（fěn）煤灰房建材料企業用灰量與電廠供灰量不可能平（píng）衡，電（diàn）廠不可避免地仍需設置排灰場（chǎng），此時如（rú）果選用第一種脫水方法，當沉灰池停止注灰水時，灰水（shuǐ）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，沉灰池長度可適當縮（suō）短，含灰量較（jiào）大（dà）的溢流水可引入電廠排灰場。為（wéi）適應這種情況，粉煤灰房建材料廠的沉灰池應設在電廠排灰場附近。

五、自然沉降脫水法的適應範（fàn）圍

自然（rán）沉降脫（tuō）水法存在以下問題：

1．沉降脫水後的粉煤灰停水率仍高達50%以（yǐ）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（hán）水率不均勻（yún），對粉（fěn）煤灰房建材料生產過程（chéng）中的配料準確性（xìng）帶來不（bú）利影響。

3．雨（yǔ）季及北方冬季取（qǔ）灰困難。

4．由於沉灰池是利用物料自身重力沉（chén）降脫水，而粉煤灰（huī）的粒徑不一，特別是（shì）當（dāng）電廠灰渣混排時，沉灰池內顆（kē）粒分級現象嚴重。灰（huī）水進口端（duān）灰粒較粗（cū），含渣量大，靠近（jìn）溢流口處灰細而無渣。灰渣的粒徑對粉煤灰房建材料的質量影響很大，因此，必須對脫水後的粉煤灰進行（háng）勻化處理，而勻化處理（lǐ）的工藝和設備卻十分複雜。

基於（yú）以上問題，自然沉降脫水法隻適（shì）應於（yú）小型企業或特殊情況，不是現（xiàn）代（dài）企業發展的方向。