作者简介：张子成，黑龙江省佳木斯纸业集团有限公司碱回收厂工艺工程师。提键要：叙述苛化工序物料势能利用的能量计算过程、节能效果及一点体会。 关键词：节能；苛化；势能；动能；潜在能量；白液；稀白液；溢流工业工业生产过程中，输送物料所消耗的动力大部分会以物料势能的形式蓄积起来，这些改变了存在形式的动力极具利用价值。工业佳木斯纸业集团碱回收苛化系统系1991年末从芬兰整套引进，属国内首家采用压力过滤器为主体设备的苛化系统。具有工艺流程合理、动力消耗低(总装机容量1125kW，功率消耗780kW)、占地面积小(460m2)、生产效率高(3365m3/d)、白液固形物含量低(20ppm)等特点，被认为是相对优秀的生产系统。经过近几年的生产实践，我们发现，这样的生产系统在充分利用物料势能这一潜在动力方面也有潜力可挖，即成品物料白液及稀白液的出料位置相对较高，有较大的物料势能可以利用。我们铺设溢流管线，取消了原流程中的中转送液泵，借助于物料本身的势能输送白液、稀白液，使其蕴含的潜在动力得以充分利用。如图1所示，为流程改动情况，本文将以这一改造过程为例，简要叙述其能量计算过程、节能效果及体会。1工最大瞬时流量1.1工压力过滤器工作原理工工压力过滤器为筒体结构，上部装有花板，花板以上的筒体被隔板分为6个工作区，每区有清液出口与收集箱连通，花板下方装有过滤元件，底部装有刮泥大耙。其工作过程分3个阶段，由时间继电器通过气动阀A和B自动切换，周而复始，如图2所示。工工第1阶段为过滤阶段。阀门A打开，乳液泵向过滤器供料，清液透过过滤元件来到花板以上区域，通过出口流入收集箱。白泥则留在过滤元件表面，实现白液与白泥的有效分离。此阶段一般持续3min左右转入下一阶段。图1 改动前、后的工艺流程对比图2 压力过滤器的工作过程工工第2阶段为反冲洗阶段。阀门B打开而阀门A不动，花板以上没有流入收集箱的白液随回流的乳液反冲下来，冲掉过滤元件表面的泥饼，使过滤元件恢复良好的透过性能。此阶段一般持续3～5s。工工第3阶段为沉降阶段。阀门A关闭，乳液回流，过滤器内部处于静置状态，使第二阶段被反冲下来的泥饼脱离过滤元件区域，向过滤器底部沉降，由底部刮刀收集，排出过滤器。此阶段一般为30s左右，然后进行第一阶段的操作，实现白液的持续过滤及白泥的持续洗涤过程。1.2工最大瞬时流量的求取工工压力过滤器的设计生产能力为0.039m3/s。实现过滤、反冲洗、沉降等过程需要270s左右，在此过程中过滤器累计白液产出量为0.039×270=10.53m3，由前述的过滤器工作原理可知，这些白液将集中在过滤阶段180s内流出，此时的白液平均流出量应为：工工10.53/180=0.059m3/s工工这就是所谓的过滤器最大瞬时流量。同样道理，我们根据白泥洗涤器设计生产能力为0.0465m3/s，求出白泥洗涤器中稀白液的最大瞬时流出量为：工工0.0465×270/180=0.0698m3/s2工实测数据及相应势能潜力计算　2.1工实测数据工工压力过滤器收集箱下缘标高：14.73m工工白液贮存槽顶部标高：10.70m工工稀白液贮存槽顶部标高：8.00m2.2工相应的势能计算工工由势能定义式：E=mgh及E势=gh，求得白液收集箱对白液贮存槽的势能。工工E势=(14.73-10.70)×1×9.8=38.71(J/kg)式中：E为物料所具有的势能，J工工E势为单位质量物料所具有的势能，J/kg工工m为物料的质量，kg工工g为物料的重力加速度，取9.8m/s2工工h为物料相对于贮存槽槽顶高度，m工工同理求得压力过滤器收集箱对稀白液贮槽的势能为：工工(14.73-8.00)×1×9.8=65.95(J/kg)3工白液及稀白液输送过程中的能量损失计算　3.1工溢流管管件局部阻力的当量直管长度工工选管径为200mm计算，各管件局部阻力的当量直管长度为：工工管件名称 当量直管长度(mm)工工标准90°弯头 8×103工工由收集箱入管口 4×103工工闸阀全开状态 1.4×1033.2工白液及稀白液输送中的能量损失工工管径为200mm时最大流量下的白液溢流流速为：工工　式中：ω为白液流速Vs为白液流量d为溢流管直径式中白液密度ρ取1112kg/m3，粘度μ取1.49×10-3Pa·s。式中求得此时的雷诺准数Re：式中　式中管道内壁粗糙度ε取0.2mm式中则：ε/d=0.2/200=0.001式中由Re及ε/d查管道阻力系数曲线，得此时管道阻力系数λ=0.021。工工白液收集箱与白液贮存槽相距120m，弯头、阀门等管件阻力当量直管长度为30m，则直管段及管件局部阻力当量直管的长度总和ΣL=150m。由能量损失公式Σhf=a·ΣL·ω2/2d,求得此时的能量损失为：　　工工同样过程我们求得稀白液设计流速：ω=2.221m/s工工取稀白液密度ρ=1023kg/m3，粘度μ=1.00×10-3Pa·s，求得雷诺准数为4.54×105。因管路规格不变，所以ε/d仍为0.001。综上查表知此时管道阻力系数为0.02，取当量直管总长ΣL=150m，求得稀白液输送时能量损失为36.996J/kg。4工计算结果分析，实施情况及综合效益4.1工计算结果分析工工由动能定义式：E′=（1/2）mV2及E′动=（1/2）V2，求得白液由收集箱溢流到贮存槽的流速。式中E′动为单位质量白液流经溢流管末端所具有的动能，这一动能在数值上等于单位质量白液在收集箱内所具有的初始势能及压力以表压计的静压能减去这些白液流经溢流管道损失的能量值，即：不考虑静压能，动能最小为E′动=E-∑hf=38.710-27.804=10.906(J/kg)。工工V为在溢流管末端具有动能E′的单位质量白液的流速，m为白液的质量。计算计算结果表明不考虑静压能时的白液流速可达4.771m/s。此流速大于1.879m/s的系统最低要求，因为收集箱的静压能最终也转化为动能，加上静压能的转化，流速还要比4.771m/s高，白液完全可以溢流到贮存槽。工工同样，我们由E′动=65.950-36.996=28.95(J/kg),不考虑静压能的影响，求得稀白液由收集箱溢流到稀白液贮存槽的流速将达到7.609m/s,大于2.221m/s的系统最低要求，稀白液完全可以溢流到贮存槽。工工以上比较中的势能余量绝大部分将转变为白液、稀白液的动能，使得它们的流速超过最低的系统要求，这样就增大了溢流保险系数。进一步计算表明：在保证白液、稀白液完全溢流的前提下，白液溢流管的总当量直管长可由150m延长到170m；稀白液溢流管的总当量直管长可延长到200m。工工如果白液或稀白液的初始势能与它们流动过程中的能量损失相等，则说明此时白液或稀白液刚好能够流进贮存槽而流速最小，此时将可能出现白液或稀白液输送不完全而从过滤器上方溢出现象。所以我们在设计时根据溢流管的总当量直管长度及白液、稀白液流速要求，除考虑管路能量损失外，还留出适当的势能余量，作为白液、稀白液取得足够流速的动力来源。4.2工实施情况工工经过如上分析，我们考虑到入贮存槽阀门开度、管壁结垢使管径变小、管壁粗糙度变大等因素的影响，选用了250mm薄壁不锈钢管，增大了溢流保险系数。1993年7月投入使用至今效果一直很好，没有发生因白液、稀白液输送不畅而影响压力过滤器正常运行等现象。1994年、1996年、1998年系统大修理，停机检查，发现其管路结垢极其轻微，这与白液、稀白液固形物含量较低有直接关系。由于管路走向合理，保温工作做得较好，在-30℃的低温季节里，没有发生白液、稀白液因降温幅度大而结晶堵管现象。4.3工综合效益工工经过如上改动，取消中转送液泵4台套，日节电1608kWh；消灭泄漏点42处，杜绝了白液、稀白液中转环节的碱流失现象。由此解决进口备件送液泵4台套；智能型液位调节系统2套及150mm气动调节阀2套，解决了生产系统急需备件的难题。5工一点体会工工工业生产过程中的物料常常附带有多种形式的潜在能量，热、动能、势能、化学能等等。经过合理的设计，充分利用这些能量，其节能潜力巨大。就某些生产过程而言，物料附带能量得以充分利用，在某种程度上标志着其工艺流程的合理性。虽然这些问题应该在系统设计阶段就予以解决，但从发展的角度看，较先进的设备及相对合理的工艺流程，同样需要进一步的完善和发展。