肖永兵 饒玉師 王旭彪 劉寶華

（江西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司廣豐卷煙廠 江西上饒）

化學(xué)工業(yè)、電廠除塵脫硫、冶煉、電鍍、酸洗等排放的廢水，pH值基本上顯酸性。處理此類工業(yè)廢水，通常選用石灰制成乳液后進(jìn)行投加。石灰乳制備罐使用的機(jī)械攪拌機(jī)，存在故障率高、噪聲大、攪拌強(qiáng)度低等缺陷，容易造成罐底石灰料堆積，堵塞出漿口管道。利用壓縮空氣射流原理，使壓縮空氣從不同角度噴出，攪拌罐內(nèi)溶液形成渦流，起到液層上下翻騰效果，解決機(jī)械攪拌方式存在的不足。

一、氣力攪拌裝置

1．爆氣頭結(jié)構(gòu)

爆氣裝置使用4根Φ15爆氣管，每根爆氣管安裝不同角度噴嘴，壓縮空氣被導(dǎo)入溶液中，在攪拌器附近形成高湍動(dòng)的充分混合溫和區(qū)，并產(chǎn)生一股高速射流，使液體具有較高的壓頭，推動(dòng)液體在攪拌罐內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。爆氣頭結(jié)構(gòu)見圖1。

2.工藝參數(shù)選擇

根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)攪拌罐尺寸及污水處理工藝要求，使用黃金分割法和正交試驗(yàn)，確認(rèn)爆氣頭安裝位置、噴嘴孔徑、噴嘴數(shù)、噴射角度、噴吹壓力等相應(yīng)參數(shù)。

圖1 爆氣頭結(jié)構(gòu)示意圖

（1）爆氣頭安裝位置試驗(yàn)。選擇條件：向攪拌罐內(nèi)投入19 kg生石灰粉，通過測(cè)量罐內(nèi)有效溶液高度為1.6 m，要在這1.6 m中選取某一點(diǎn)安裝爆氣裝置，選取罐底記為始端0 m，罐頂為1.6 m。

選擇方法：采用符合工業(yè)設(shè)計(jì)的黃金分割法進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)范圍：0～1.6 m。

試驗(yàn)?zāi)繕?biāo):石灰乳濃度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，噴吹壓力P＜0.4 MPa

試驗(yàn)結(jié)果：第一次試驗(yàn)爆氣裝置安裝好點(diǎn)范圍0.61～1.6 m，在此區(qū)段內(nèi)第二次試驗(yàn)得爆氣裝置安裝好點(diǎn)范圍0.61～1.23 m，在此區(qū)段內(nèi)第三次試驗(yàn)得爆氣裝置安裝好點(diǎn)極值在距罐底0.86 m處。實(shí)際所需壓縮空氣壓力為0.37 MPa，接近罐內(nèi)液體能充分?jǐn)嚢杷鑹嚎s空氣0.32 MPa。

（2）工藝參數(shù)試驗(yàn)。選擇要求：孔徑選擇范圍，根據(jù)數(shù)學(xué)模擬，不銹鋼方形噴頭噴射角度125°～165°，為了使爆氣裝置噴面達(dá)到180°，噴嘴與噴管垂直線角度應(yīng)在15°～55°。孔數(shù)選擇范圍，設(shè)計(jì)噴吹管長(zhǎng)度為罐體直徑的4/5，每根噴吹管長(zhǎng)度為400 mm，噴頭間距≥100 mm，孔數(shù)布置最多可達(dá)到4個(gè)，根據(jù)數(shù)學(xué)模擬，每根管最少布置2個(gè)噴頭，才能保證無噴吹死角，4根噴吹管可布置孔數(shù)8～16。噴頭孔徑選擇范圍，根據(jù)噴吹效果選擇及市場(chǎng)噴頭型號(hào)，噴頭孔徑選擇5～8 mm。壓力選擇范圍，根據(jù)液體充分?jǐn)嚢杷枥碚撝禐?.32 MPa，考慮到管路壓損，試驗(yàn)選擇0.35 MPa，爆氣裝置安裝在0.86 m時(shí)，能保證液體充分?jǐn)嚢璧膲毫?.37 MPa。因此選擇試驗(yàn)壓力為0.35～0.37 MPa。

試驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^正交試驗(yàn)尋求孔數(shù)、孔徑及噴吹角度、噴吹壓力的最佳參數(shù)。

試驗(yàn)環(huán)境：爆氣裝置布置在罐體從底部往上0.86 m處。

確定考察指標(biāo)：從投料后石灰乳初始濃度攪拌到180 g/L，所需壓縮氣最少耗氣量。

挑因素選位表：制定因素位表法 L9（34）（表1），正交試驗(yàn)（表2）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：第7號(hào)試驗(yàn)結(jié)果較好，較好的試驗(yàn)號(hào)為A1B3C1D3。比較各列Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ大小，試驗(yàn)好的條件為A1B3C2D3。比較極差的大?。旱诙小翱讛?shù)”因素的極差R=5.6，比其他各列的極差都大，對(duì)濃度是最重要因素，第二列“孔徑”是較重要因素。第一列“孔數(shù)”是次要因素。按照R大小，把因素主次排序，以及選用位級(jí)排列，見表3。

表1 因素位表法L9（34）

表2 L9（34）正交試驗(yàn)表

表3 因素主次順序表

D因素屬于最次要因素，對(duì)濃度影響最小，因此從節(jié)能角度考慮，選擇噴吹壓力為0.35 MPa，從極差分析得出較好試驗(yàn)條件A1B3C2D1，從試驗(yàn)結(jié)果看A1B3C2 D1的方案未出現(xiàn)在試驗(yàn)中，因此再進(jìn)一步驗(yàn)證比較較好的試驗(yàn)號(hào)（A1B3C1D3）和較好試驗(yàn)條件（A1B3C2D1）5次試驗(yàn)得平均所用氣量分別為3 m3和2.8 m3。 最終選擇方案A1B3C2D1，生產(chǎn)驗(yàn)證這是一個(gè)較優(yōu)的方案，可以達(dá)到優(yōu)質(zhì)低耗效果。

二、氣動(dòng)攪拌控制模式

根據(jù)生產(chǎn)需要，控制系統(tǒng)主要由石灰乳出漿口濃度采集、氣控部件調(diào)節(jié)及新料投入三部份組成，間隙式攪拌模式，自動(dòng)配料方式。石灰乳制備工藝控制流程見圖2，設(shè)備工藝配置見圖3。

圖2 石灰乳制備工藝控制流程圖

圖3 石灰乳制備設(shè)備工藝示意圖

（1）控制原理。石灰乳溶液為懸浮物，在線測(cè)量懸浮物濃度計(jì)比照現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定參數(shù)，可檢測(cè)出漿口石灰濃度。通過變送器將信號(hào)輸送到氣控電磁閥，當(dāng)攪拌罐內(nèi)濃度低于工藝參數(shù)時(shí)電磁根據(jù)電信號(hào)打開閥芯，向爆氣頭供氣及旋風(fēng)氣動(dòng)抽風(fēng)機(jī)供氣，爆氣頭外噴壓縮空氣攪拌料液，旋風(fēng)氣動(dòng)抽風(fēng)機(jī)吸入新料補(bǔ)充料液濃度。

（2）控制流程。采用模糊控制理論的控制方案。在全自動(dòng)控制模式下，根據(jù)檢測(cè)到出漿口的濃度值，參考以往熟練工藝操作人員的經(jīng)驗(yàn)，分階段地實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)不同控制算法和控制策略。控制原則是根據(jù)不同的工況條件實(shí)現(xiàn)不同的壓力調(diào)節(jié)。調(diào)試中，從壓縮氣低壓力開始往攪拌桶內(nèi)石灰乳噴吹，如攪拌濃度達(dá)不到工藝指標(biāo)，通過增加氣壓加強(qiáng)攪拌強(qiáng)度，通過實(shí)驗(yàn)得出最佳壓縮壓力。探頭自動(dòng)跟蹤出漿口在線濃度值控制石灰乳制備到出漿過程中，投料、攪拌。

三、氣力攪拌裝置應(yīng)用效果

（1）故障率低。相對(duì)于機(jī)械攪拌器，氣力攪拌器無傳動(dòng)部件，設(shè)備故障率低，配件更換容易，減少維修人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）適用性廣?？梢愿鶕?jù)料液粘度不同，通過調(diào)整壓縮空氣壓力改變攪拌強(qiáng)度，而傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌器是根據(jù)所需攪拌料液粘度選擇相應(yīng)規(guī)格攪拌器。

（3）能耗降低。將7.5 kW漿葉式攪拌器，改為8個(gè)噴頭氣動(dòng)攪拌器后能耗對(duì)比：漿葉式攪拌器24 h運(yùn)行成本144元，采用壓縮風(fēng)量能耗：將電磁閥開啟時(shí)間設(shè)置為0.5 s，脈沖頻率每小時(shí)20次，24 h運(yùn)行成本26.88元。

（4）投資減少。一臺(tái)行星輪減速攪拌器費(fèi)用一般在幾千元左右，且不耐用。氣力攪拌器所需材料無須外購(gòu)，可在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、車間直接加工，制作要求不高，只要焊接處不漏氣就能滿足使用要求。

（5）推廣性強(qiáng)?？蓮V泛應(yīng)用于礦山及工廠等不會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)料液攪拌領(lǐng)域。