水煤浆过滤装置的系列化设计与运行

2001年第3期煤。矿机。械设计计算文章编号:003-079(2001)3-000503水煤浆过滤装置的系列化设计与运刘建忠,赵翔,黄镇宇,周志军,周俊虎,曹欣玉,岑可法〔浙江大学热能工程研究所,浙江杭州310027)摘要:在分析水煤浆过滤特点的基础上提出了过滤器的计算原则并设计了各种容量低流阻水煤浆在线增压式过滤器和低压滤浆器对已投入工业性应用的过滤器进行了煤浆特性、粘度、过滤量等对过滤阻力损失的影响的试验硏究结果表明这种过滤装置有流动阻力低、过滤流量大的优点过滤阻力损失小于0.01MPa系统操作方便运行稳定可靠关键词:水煤浆;过滤器;燃烧中图号:TQ536文献标识码:A1前言10~20{m之间时物化因素的影响将更为突出。水煤浆作为一种新型的煤基洁净液体燃料因(2)滤和流动过程是连续不断进行的悬浮在具有管道输送、低污染燃烧、实行代油等一系列优流体中的部分颗粒及杂质将停留在过滤筛孔内或況点正受到世界各国广泛重视。水煤浆过滤器是水积在过滤筛表面随着过滤过程不断进行在过滤筛煤浆的关键技术之一由于水煤浆在制备运输和装表面将形成一层浆液膜并不断增厚由此引起过滤卸过程中可能混入外来杂物或长期运行时煤浆在罐阻力不断增加。可见如不采取清洗措施消除浆壁结疤脫落进入管道等原因会使喷嘴出现堵塞现膜则可能由于过滤阻力的增加影响过滤效果最终象严重影响雾化质量或完全堵塞甚至被迫停炉。导致过滤失败。因此开发水煤浆在线过滤器是该技术推广过程中通过上述分析我们知道影响过滤过程的因素急需解决的关键问题,而在水煤浆运输管道中同样分复杂单纯从理论上来分析、处理这一过程非常需要过滤设备。困难特别是煤浆的粘度比较高而过滤筛孔径小2水煤浆过滤的基本特性微观物化因素影响较明显因此目前煤浆过滤器设水煤浆是一种高粘度液固混合燃料由70%左计参数的选择都是在简化条件的前提下采用一些右粉煤、30%左右水及1%左右化学添加剂组成流经验或半径公式结合实验室或工业性试验经验进动特性与重油类似但又有自身特点因此设计水煤行设计计算。浆在线过滤器首先要根据流动特点分析其过滤特2.2水煤浆过滤阻力分析性设计水煤浆过滤器关键问题是阻力损失其他2.1水煤浆过滤的基础研究问题如堵塞等归根到底也是为了解决阻力问题如在水煤浆管道输送系统中采用的过滤器具其原果在设计的过滤器中没有考虑浆膜自动清洗装置理都是利用压差作用如利用浆泵提供的压力或水煤浆自身的重力结合机械振动使合格煤浆通过某则过滤过程阻力分析将相当复杂因此大部分过滤种多孔过滤介质即过滤筛旎掉煤浆中的杂质及大器均设有浆膜清洗装置。为了减少阻力损失,一般要求流体通过过滤筛颗粒煤以达到过滤目的。根据煤浆流动特性这速度比较慢其流动过程可作滞流处理煆假设过滤介过滤过程有2个显著特点1)煤某浆通过多孔介质的流动是属于极慢运动质是由若干均匀的微小直通道组成,流体是不可压即滞流运动。影响这种流动的因素有两类:一类为缩的在上述假定基础上Dmy根据试验结果总结宏观的流体力学因素渚如过滤筛特性煤的粘出经山中国煤化工度、压力等涡一类为微观物化因素如电动现象、毛CNMHG细现象、絮凝现象等。这两类因素影响程度主要取式中Δp——流体通过过滤筛后压降Ra决于过滤筛及煤浆特性,若煤浆颗粒直径大粘度L——微小通道长度或滤筛厚度m;低过滤筛孔径大则宏观影响将占主导地位反之——流体粘度Px,s微观物化影响因素将占主导地位。如颗粒直径在1——流体通过过滤筛线速度m/s煤矿机械2001年第3期K——与过滤筛及流体特性有关特性尺寸。豪根一泊稷叶 Hogen- Poiseuille)结合实验结果把过滤过程流体流动作为层流处理进一步导出了过滤过程中压降计算经验公式△p=32muL/d2式中d——过滤筛孔径mo如孔径不是圆形可用水力学半径代替,式2)揭示了影响阻力损失的各种因素但根据式(2)计算得到的结果要比实际测得低原因是只考虑了宏观方面因素而没有考虑微观物化因素影响。实际上水煤浆这种高浓度、高粘度的图1水煤浆在线过滤器简图流体在流速较低情况下絮凝现象、表面引力作用、Fig. 1 Sketch of cws on-line filter毛细现象将变得显著。当煤浆流体低于某一极限时,1轴2.进浆曾3.外套筒4,出浆管5,回流管6排污管清理装置10.轴承11.减速电机粘度及屈服应力将较大幅度增加从而产生较大阻力损失,因此式(2)不能作为水煤浆过滤阻力损失4.2过滤器运行系统设计台设计合理的过滤器实际使用效果如何不准确计算式但它说明了各种影响因素之间关系可仅取决于其内部结构设计是否合理还与使用时相作为定性分析理论依据。配套的运行系统密切相关。我们认为为确保炉前过3水煤浆过滤装置系列化设计滤及锅炉燃烧系统的安全应布置两台过滤器并联根据水煤浆过滤和流动特点结合实验室台架连接,台运行,台备用并配置必要的辅助系统试验结果及工业性运行经验我们认为一个设计合包括过滤系统、旁路系统回流系统排污系统水冲理的水煤浆过滤器应做到①过滤阻力小,运行安洗系统及切换系统。全可靠z不易堵塞能自动消除过滤筛表面各种4.3水煤浆滤浆器的设计杂质③过滤筛应保证一定强度不易曆损破裂④在水煤浆管道输送制浆厂制备过程中也经常装拆及操作方便⑤有设计合理的运行系统过滤要用到过滤装置以提供合格的水煤浆产品这种过器设计的主要参数和要点有①过滤器的出力滤设备与在线过滤器不同属低压非在线过滤装置过滤流通面积倍率)③开孔率或孔径尺寸④过或称滤浆器。我们在水煤浆在线过滤器的基础上成滤器内部结构的合理设计等。功开发了水煤浆滤浆器如图2所示。根据以上原则已设计并投运的系列化水煤浆过滤装置主要参数略)水煤浆在线过滤器主要用在喷嘴前属增压在线型水煤浆滤浆器主要用在水煤浆管道或系统中属低压过滤装置。目前各种型号的在线过滤器已广泛使用个别型号的滤浆器也已投入运行4工业性试验应用4.1水煤浆在线过滤器本体设计根据水煤浆过滤特点及阻力分析我们开发的低流阻、增压密封式水煤浆在线过滤器,如图1所图2水煤浆滤浆器的简图示。其基本设想是煤浆通过过滤器时克服阻力需要中国煤化工WS filter的压力由原供浆泵提供在浆液室内有自动连续清减密封座5.出浆通道6洗装置。通过排污管定期排除可能沉积在回流室內CNMHG管9.排污管的大颗粒等杂质,防止回流管堵塞。为保证一定强4.4水煤浆在线过滤器工业性应用度过滤筛采用不锈钢材料。清理装置也是过滤器重图3和图4分别为八一煤浆和抚顺煤浆过滤量要组成部分为此专门设计了一种螺旋型钢丝刷由与压降关系曲线图没设计的煤浆处理量分别为75减速电机带动作螺旋运动以此来清洗过滤筛表面h和20t/h图3及图4表明煤浆过滤量及粘度在2001年第3期矿7设计范围内时压降仅为0.08MPa以下达到设计2)水煤浆在线过滤器设计合理,运行稳定可要求表明这种过滤器的设计是可行的批此外随过靠具有大容量、低流阻的特点,过滤阻力损失一般滤量的增加压降将有大幅度提高,因此在选用或小于0.08MPa能满足水煤浆输送及过滤要求,保证设计过滤器时必须明确过滤量范围。喷嘴不堵塞。试验用煤浆为抚顺制浆厂的水煤浆,如图5所3)煤浆特性对过滤影响较大水煤浆粘度、浓示测定煤浓度为60%试验时过滤量为1.3∽/h回度及过滤量增加过滤阻力也将增加。流量控制在20%以内。煤浆粘度在设计允许值1.54)过滤器系统设计合理,各系统运行安全可Pas以内时过滤压降为0.08MPa达到设计要求。靠有效保证了过滤器本体的可靠运行。该图还表明,随煤浆粘度的增加,过滤压降亦将增(5)在线过滤器体积小結构紧凑操作维修方加因此改善煤浆性能降低粘度有利于煤浆过滤。便关键部件均能在现场调节、更换或拆装。0.0250.004过滤量/th6002000图3八一浆过滤量与压降关系Fig 3 The relation between filtration quantity and图5煤浆粘度与压降的关系resistance loss for Bayi CWSFig. 5 The relation between Cws viscosity and1.粘度为1078mPas2.粘度为749mPa,sresistance loss参考文献1j岑可法等.煤浆燃烧、流动、传热和气化的理论与应用技朮M]杭州浙江大学出版社,997[2]山东白杨河电厂等,电站锅炉燃用水煤浆卸储供技札Z]鉴定资料999[3]岑可法等.一种新型水煤浆在线过滤氍P]实用新型专利.专过滤量/利号90204737.X.19914]刘建忠等,一种新型水煤浆在线过滤顎J]煤炭加工与综合利用996(3)21-24图4抚顺浆过滤量与压降关系[5]刘建忠簿等.水煤浆炉前过滤的系统设计及试验研究C]浙江省Fig. 4 The relation between filtration quantity and电机动力学会第五届年会论文集1992resistance loss for Fushun CWs作者简介:刘建忠1965年生毕业于浙江大学博士学位现为1.粘度为2090mPa's2.粘度为1100mPas3.粘度为644mPas浙江大学热能工程研究所副教授主要从事煤的燃烧技术和污染物5结语控制研究曾获国家教育部科技进步二、三等奖各1次浙江省科技(1)水煤浆过滤过程受到微观物化因素以及宏进步一、三等奖各1次发表论文106篇观因素的影响。浆膜的形成是主要的阻力损失因素。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中国煤化工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