150 kt/a銅電解循環(huán)臥式泵與立式泵的比較

章小兵， 胡 松， 張海寶， 袁劍平

(中國瑞林工程技術(shù)有限公司， 江西 南昌 330002)

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150 kt/a銅電解循環(huán)臥式泵與立式泵的比較

章小兵， 胡 松， 張海寶， 袁劍平

(中國瑞林工程技術(shù)有限公司， 江西 南昌 330002)

介紹了150 kt/a銅雙向平行流高效電解循環(huán)泵選型、配置、總價(jià)、經(jīng)營成本，并對其進(jìn)行了對比，得出在投資、運(yùn)行成本方面臥式泵方案優(yōu)于立式泵方案。

泵類型； 總價(jià)； 運(yùn)行成本

從外觀形式看，立式泵是立著的，而臥式泵是橫臥的。立式離心泵多用于不能倒灌的安裝在地下槽罐的工況，或者是現(xiàn)場沒有空地為臥式離心泵做基礎(chǔ)，只能用立式離心泵放在槽罐上的鋼平臺上。立式泵自下而上疊加連接，其進(jìn)出口口徑相同，且位于同一中心線上，外形緊湊美觀，占地面積小。

臥式離心泵運(yùn)行平穩(wěn)，使用壽命長，進(jìn)出口可以呈90度安裝，臥式泵縱向排列于底座上。立式離心泵維修麻煩，每次維修均需吊出槽體。而且長軸泵運(yùn)行時(shí)間長了需要更換液下的滑動(dòng)軸承，如果不更換，可能導(dǎo)致的后果是軸離心力越來越大，軸跳動(dòng)值變大，如果更換不及時(shí)，將造成機(jī)械事故。

某廠工藝為雙向平行流高效銅電解，產(chǎn)能150 kt/a，方案一：泵的類型為臥式泵，方案二：泵的類型為立式泵，均配置在電解循環(huán)槽區(qū)域。

1 臥式泵與立式泵比較

1.1 泵選型比較

150 kt/a平行流銅電解配置420個(gè)電解槽，循環(huán)量為：420×100×60×10-3=2 520 m3/h。其中420為電解槽個(gè)數(shù)；100為循環(huán)速度，L/槽·min；60為分鐘數(shù)。

考慮富余，選Q=552 m3/h的循環(huán)泵7臺，其中5臺工作，2臺備用，臥式泵安裝在地坑內(nèi)混凝土基礎(chǔ)上，電解液通過循環(huán)泵泵送進(jìn)入高位槽，取揚(yáng)程H=36 m，立式泵安裝在鋼平臺基礎(chǔ)梁上，入口插入液面下1 m，取揚(yáng)程H=35 m。

1.2 泵配置比較

從配置來看，臥式泵基礎(chǔ)為混凝土，立式泵坐立在鋼平臺基礎(chǔ)梁上，兩種類型的泵土建基礎(chǔ)費(fèi)用相差不大。相比方案二，方案一中鋼平臺可以留出足夠的點(diǎn)檢巡視人員的走動(dòng)空間。

1.3 泵類型對槽內(nèi)沉積陽極泥的影響

臥式泵的吸入口可設(shè)置在循環(huán)槽下部，故沉積在循環(huán)槽內(nèi)的陽極泥能夠被循環(huán)泵抽出，循環(huán)槽底部不容易堆積沉積陽極泥，減少了人工清理循環(huán)槽內(nèi)陽極泥的工作量。而立式泵吸入口離槽底有一段高差，故電解液循環(huán)槽內(nèi)容易沉積陽極泥，這將導(dǎo)致電解液在循環(huán)槽內(nèi)的停留時(shí)間縮短，并且需要人工定期清理循環(huán)槽內(nèi)的陽極泥，加大了清理工作量。

圖1 方案一 電解液循環(huán)區(qū)臥式泵配置圖

圖2 方案二 電解液循環(huán)區(qū)立式泵配置圖

1.4 泵類型安裝及檢修比較

兩種類型泵安裝形式不同，臥式泵安裝需要調(diào)整精度，而立式泵為整體連接，安裝比較容易。兩種類型泵維修難度也不同，臥式泵維修簡單，一般只需將入口接管移去就能進(jìn)行葉輪檢修，而立式泵檢修相對復(fù)雜，如檢修葉輪需將上部管道管件等全部移去才可以進(jìn)行檢修。

2.5 泵參數(shù)比較

根據(jù)咨詢國內(nèi)2家知名泵廠家，分別以A泵廠、B泵廠表示，返回?cái)?shù)據(jù)如表1、表2。從表1、表2可以看出，A泵廠立式泵與臥式泵電機(jī)功率均為110 kW，臥式泵η為80%，比立式泵η為75%高，軸功率84.6 kW，比立式87.7 kW低。同理，B泵廠臥式泵η為80%，比立式泵η76%高，軸功率84.6 kW，比立式87.1 kW低。故同一個(gè)生產(chǎn)廠家提供的立式循環(huán)泵與臥式循環(huán)泵電機(jī)功率相同，臥式泵效率比立式的泵效率高，立式泵軸功率比臥式泵軸功率高。

2.6 泵總價(jià)及運(yùn)行成本比較

表3為泵總價(jià)格，從表3可以看出，150 kt/a陰極銅項(xiàng)目，電解液循環(huán)泵共7臺，A泵廠立式泵比臥式泵總價(jià)多27.6萬，B泵廠立式泵比臥式泵總價(jià)多27.8萬，兩個(gè)廠家的臥式泵均比立式泵總價(jià)格便宜。

表1A泵廠泵參數(shù)

類型Q/m3·h-1H/mη/%P軸/kWP電機(jī)/kW立式552357587.7110臥式552368084.6110

表2B泵廠泵參數(shù)

類型Q/m3·h-1H/mη/%P軸/kWP電機(jī)/kW立式552357687.1110臥式552368084.6110

表3泵總價(jià)格(7臺)

類型A泵廠/萬元B泵廠/萬元立式(552m3/h,35m)118.2112臥式(552m3/h,36m)90.684.2差值(立式-臥式)27.627.8

5臺循環(huán)泵運(yùn)行，一年工作時(shí)間按350天計(jì)，電費(fèi)按0.65元/度計(jì)價(jià)，運(yùn)行成本如表4，從表4可以看出，A泵廠提供的臥式泵比立式泵運(yùn)行成本每年少8.45萬元，B泵廠提供的臥式泵比立式泵運(yùn)行成本每年少6.85萬元，兩個(gè)廠家的臥式泵運(yùn)行成本均比立式泵運(yùn)行成本少。

2 結(jié)論

通過對150 kt/a平行流銅電解液循環(huán)泵臥式泵與立式泵的比較，得出以下結(jié)論：

表4泵年運(yùn)行成本

類型A泵廠/萬元B泵廠/萬元立式239.4237.8臥式230.95230.95差值(立式-臥式)8.456.85

(1)臥式離心泵運(yùn)行平穩(wěn)，使用壽命長；

(2)立式離心泵維修麻煩，每次維修時(shí)都需要起吊起來，而臥式泵不需要；

(3)7臺臥式泵總價(jià)比立式泵總價(jià)少；

(4)臥式離心泵效率高，軸功率低，比立式泵省電，運(yùn)行成本年節(jié)省約6～9萬。

綜上所述，建議150 kt/a平行流銅電解液循環(huán)泵選用臥式泵方案。

我國金屬空氣電池研究獲進(jìn)展

金屬空氣電池因其原材料豐富、能量密度高、輕便、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，被稱為21世紀(jì)最具開發(fā)前景的綠色能源之一。尋找高性價(jià)比的氧還原催化劑是開發(fā)金屬空氣電池的關(guān)鍵難題，也是制約金屬空氣電池在電動(dòng)汽車等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的“瓶頸”。

日前，南開大學(xué)王衛(wèi)超教授、美國休斯敦大學(xué)姚彥教授聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，成功將錳基莫來石材料作為催化劑應(yīng)用于鎂空氣電池。相較于傳統(tǒng)貴金屬催化劑，該材料使成本大幅降低，且可在中性電解液中穩(wěn)定工作，其優(yōu)越的催化活性也極大提高了鎂空氣電池的效率。這是莫來石材料首次在氧還原反應(yīng)中得到應(yīng)用。

莫來石是一類陶瓷材料。四年前王衛(wèi)超在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，將一氧化氮轉(zhuǎn)化為二氧化氮的過程中，錳基莫來石材料表現(xiàn)出優(yōu)良的催化效果。他預(yù)測，涉及到和氧相關(guān)的催化過程，莫來石材料或許都可以應(yīng)用。基于這樣一個(gè)大膽的設(shè)想，王衛(wèi)超找到了具有豐富空氣電池研發(fā)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的美國休斯頓大學(xué)姚彥教授，組成聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)和理論研究，他們終于成功將錳基莫來石材料首次應(yīng)用為鎂空氣電池的orr催化劑，在中性溶液氯化鈉溶液中，實(shí)現(xiàn)orr反應(yīng)過電勢達(dá)到0.78 v，接近貴金屬鉑催化劑的性能(0.7 v)，且材料穩(wěn)定性能優(yōu)于后者。

錳基莫來石催化劑的制備及理論性能預(yù)測由王衛(wèi)超教授課題組完成。姚彥教授課題組實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用錳基莫來石催化劑的鎂空氣電池的設(shè)計(jì)，并試制出原型紐扣電池。原型電池的輸出電壓可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)紅色led燈，說明催化劑具有著較好的催化活性，有著巨大的應(yīng)用潛力。該合作成果的論文已被國際著名學(xué)術(shù)刊物《nanoenergy》(《納米能源》)在線發(fā)表。

Comparison between the horizontal pump and vertical pump for 150 kt/a copper electrolysis

ZHANG Xiao-bing, HU song, ZHANG Hai-bao,YUAN Jian-ping

This paper introduces the type, arrangement, total price and OPEX about the circulating pumps in the two-way parallel-flow 150 kt/a copper electrolysis process, and makes comparison to reach the conclusion that the horizontal pump is more optimized than the vertical pump in terms of CAPEX and OPEX.

pump type; total price; OPEX

章小兵(1977—)，男，江西余干人，碩士，工程師，主要從事冶金研究設(shè)計(jì)工作。

2015-11-10

TF811

B

1672-6103(2016)04-0053-03