臥式離心機應(yīng)用于瓦斯泥脫水處理的嘗試

                             鄒朝霞  邸光宇  龐國輝

                     (鞍鋼股份能源動力總廠給水分廠,遼寧鞍山114011)

    【摘要】介紹了鞍鋼將4座高爐煤氣洗滌水的污泥（瓦斯泥）集中處理新工藝的嘗試，重點闡述了工藝流程、運行方式、臥式螺旋離心機的工作原理、污泥處理投產(chǎn)初期存在的問題、改進措施及運行效果。

    【關(guān)鍵詞】煤氣洗滌水;污泥處理;臥式螺旋離心機

    【中圖分類號】TQ085【文獻標識碼】B【文章編號】1006-6764（2010）01-0067-05

    1.前言

    鞍鋼西區(qū)新2#、3#高爐的瓦斯泥采用集中處理，新4#、5#高爐煤氣的洗滌采用了布袋式干法除塵，新1#、7#、10#、11#高爐的瓦斯泥由給水廠36#水站送齊選過濾間進行處理。由于齊選過濾間的真空過濾機是處理精礦的設(shè)備，不適用于處理高爐瓦斯泥，造成未處理完的瓦斯泥排放至南大溝，導致南大溝水排入運糧河懸浮物超標，嚴重污染了遼河的水質(zhì)。而且，瓦斯泥中含鐵量在30%～40%，造成資源的嚴重浪費。經(jīng)過比較污泥處理的各種工藝和設(shè)備，我們決定嘗試使用進口臥式離心機來實現(xiàn)瓦斯泥的脫水處理，這在國內(nèi)同行業(yè)中尚屬首次。為此，我們將環(huán)水作業(yè)區(qū)現(xiàn)有的十二格沉淀池南三格填平,在此位置上新建了一座三層的污泥脫水間，內(nèi)設(shè)4臺進口臥式離心機、2個泥漿儲罐、4臺進料泵、2套PAM加藥設(shè)備等。同時，更換了36#水站小泵房內(nèi)送泥泵、新建和更新了各類配套管道。

    2.瓦斯泥處理工藝及技術(shù)參數(shù)簡介

    2.1工藝流程

    工藝流程見圖1。



    2.2技術(shù)參數(shù)

    濃縮池來泥SS≥10000 mg/L；

    濃縮池上清液SS≤85 mg/L；

    處理水量600~750 m3/h；

    離心機上清液SS≤85 mg/L；

    進料濃度5%~10%；

    泥餅含固率≥65%。

    主要設(shè)備及參數(shù)見表1。

 

    3.臥式螺旋離心機的工作原理及運行管理

    3.1工作原理

    臥式螺旋離心機是一種螺旋卸料沉降離心機。主要由高轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)鼓、與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)向相同且轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)鼓略低的帶空心轉(zhuǎn)軸的螺旋輸送器和差速器等部件組成。當要分離的懸浮液由空心轉(zhuǎn)軸送入轉(zhuǎn)筒后,在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，立即被甩入轉(zhuǎn)鼓腔內(nèi)。高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生強大的離心力把比液相密度大的固相顆粒甩貼在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，形成固體層(因為環(huán)狀，稱為固環(huán)層)；水分由于密度較小，離心力小，因此只能在固環(huán)層內(nèi)側(cè)形成液體層，稱為液環(huán)層。由于螺旋和轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速不同，二者存在有相對運動（即轉(zhuǎn)速差），利用螺旋和轉(zhuǎn)鼓的相對運動把固環(huán)層的污泥緩慢地推動到轉(zhuǎn)鼓的錐端，并經(jīng)過干燥區(qū)后，由轉(zhuǎn)鼓圓周分布的出口連續(xù)排出；液環(huán)層的液體則靠重力由堰口連續(xù)"溢流"排至轉(zhuǎn)鼓外，形成分離液。

    3.2 運行管理

    由于該系統(tǒng)為高爐煤氣洗滌水污泥處理系統(tǒng)，其回收水質(zhì)變化大、污泥顆粒對設(shè)備磨損嚴重，且外界影響不確定因素多，再加上系統(tǒng)的處理設(shè)備種類多、處理環(huán)節(jié)交錯，對運行操作人員要求較高，因此，要確保各環(huán)節(jié)的正常運行，充分發(fā)揮各設(shè)施設(shè)備的作用，就必須加強日常運行管理，要有一套管理措施來加以保證。具體概述如下：

    3.2.1督導運行管理人員搞好日常運行。熟悉各設(shè)施設(shè)備的功用，處理好各個環(huán)節(jié)的節(jié)點，加強工序間的協(xié)調(diào)。

    3.2.2根據(jù)瓦斯泥的泥質(zhì)和泥量，抓住離心機運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)：

    ①進泥量的控制是臥式螺旋離心機運行的主要因素

    離心機有一個最大進泥量和極限最大入流固體量，實際進泥量超過該值時，離心機將失去固相和液相的動態(tài)平衡，扭矩過大，嚴重時會受到損壞，使離心機超載而停車，因而運行中應(yīng)嚴格控制臥螺機的進泥量及入流固體量。選擇適當?shù)倪M料流量的方法：首先將進料流量調(diào)到較小值（變頻控制下，一般調(diào)到60%~70%），然后啟動臥螺機并工作一段時間，至固相出料的速度一定。在離心機入口處取樣500 mL，測定泥漿的沉降比，5 min內(nèi)沉淀在100~150 mL處為正常，否則，開啟旁通閥門，降低入料的濃度。

    ②離心機螺旋與轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速及其轉(zhuǎn)速差的控制是離心機正常運行的關(guān)鍵

    a)離心機的轉(zhuǎn)鼓是由變頻器來驅(qū)動，轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速能在較大范圍內(nèi)無級調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，可以控制離心機分離因數(shù)，使之適應(yīng)不同分離液的要求。分離因數(shù)是離心機分離能力的主要指標，分離因數(shù)越大，物料所受的離心力越大，分離效果越好。離心機在運動過程中產(chǎn)生的離心加速度和重力加速度的比值，稱為該離心機的分離因數(shù)Fr。

    Fr=rω2/g，ω=2πn/60

    ω--轉(zhuǎn)鼓的角速度,弧度/s

    n--轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速，r/min

    從公式中可以看出分離因數(shù)與離心機的轉(zhuǎn)鼓半徑成正比，與轉(zhuǎn)鼓速度的平方也成正比，因此提高轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速比增大半徑對分離因數(shù)的影響要大得多。

    通常分離液中固相顆粒越大，密度越大，需要較低的分離因數(shù)，反之則需要較高的分離因數(shù)。隨著轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的上升，分離因數(shù)上升，分離效果提高，螺旋與轉(zhuǎn)鼓之間的差轉(zhuǎn)速隨之增大，處理能力加大，但離心機的振動、噪聲也隨之增加，使用壽命會有所下降，生產(chǎn)運行的經(jīng)驗認為，將轉(zhuǎn)速控制在最高轉(zhuǎn)速的60%～70%，即2000～2300 r/min。

    b)轉(zhuǎn)速差是指轉(zhuǎn)鼓與螺旋的轉(zhuǎn)速之差，即兩者之間的相對轉(zhuǎn)速

    如果轉(zhuǎn)速差為Δn，則螺旋相對于轉(zhuǎn)鼓來說，等于以Δn的速度在旋轉(zhuǎn)，液環(huán)層中被分離出的污泥就是利用這個速度被輸送出脫水機的。當進泥量一定時，轉(zhuǎn)速差越大，污泥在脫水機中停留的時間越短，固環(huán)層就越??；另一方面，轉(zhuǎn)速差越大，由于轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間的相對運動增大，使得對液環(huán)層的擾動程度增大，固環(huán)層內(nèi)部分被分離出來的污泥會被重新泛至液環(huán)層，并有可能隨分離液流失。轉(zhuǎn)速差增大時，脫水的固體回收率和泥餅的含固量都將降低，但增大轉(zhuǎn)速差可提高離心機的處理能力。減小轉(zhuǎn)速差時，污泥在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)接受離心分離的時間將延長，同時由于轉(zhuǎn)鼓和螺旋之間的相對運動減小，對液環(huán)層的擾動也減輕，因此固體回收率和泥餅含固量均將提高，但減小轉(zhuǎn)速差，往往使處理能力降低。轉(zhuǎn)速差不能太小，否則將由于污泥在機內(nèi)積累，使固環(huán)層厚度大于液環(huán)層，導致污泥隨分離液大量流失，固體回收率急劇下降，嚴重時還會由于阻力過大，扭矩超負荷損壞離心機。根據(jù)時時監(jiān)測入泥的濃度（一般按照五分鐘沉降比來計，即取500 mL水樣，5 min沉淀量），來調(diào)整轉(zhuǎn)速差，當沉降比在10%～20%時，轉(zhuǎn)速差調(diào)至30 r/min，當沉降比在20%～30%時，轉(zhuǎn)速差調(diào)至30～34 r/min，當沉降比更高時，調(diào)整入水濃度。

    ③液環(huán)層厚度的調(diào)整是離心機運行的重要環(huán)節(jié)

    當進泥量一定時，液環(huán)層越厚，污泥在液環(huán)層內(nèi)進行分離的時間越長，會有更多的污泥被分離出來；液環(huán)層增厚一般會提高脫水的固體回收率。但液環(huán)層增厚，相應(yīng)會使干燥區(qū)縮短，使脫離液環(huán)層的污泥沒有充足的時間被"甩干"，因此泥餅含固量將下降。但液相端的出水含固率會下降，通過調(diào)整液相出口堰板的高度來調(diào)整液相環(huán)的厚度。

    ④運行中出現(xiàn)的現(xiàn)象與調(diào)整方法現(xiàn)象1:分離液混濁，固體回收率降低。調(diào)整方法:

    (1)液環(huán)層厚度太薄應(yīng)增大厚度。

    (2)進泥量太大，應(yīng)降低進泥量。

    (3)轉(zhuǎn)速差太大，應(yīng)降低轉(zhuǎn)速差。

    (4)入流固體超負荷，應(yīng)降低進泥量。

    (5)螺旋輸送器磨損嚴重，應(yīng)更換。

    (6)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速太低，應(yīng)增大轉(zhuǎn)速。

    現(xiàn)象2：泥餅含固量降低。

    調(diào)整方法：

    (1)轉(zhuǎn)速差太大，應(yīng)減小轉(zhuǎn)速差。

    (2)液環(huán)層厚度太大，應(yīng)降低其厚度。

    (3)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速太低，應(yīng)增大轉(zhuǎn)速。

    (4)進泥量太大，應(yīng)減小進泥量。

    (5)調(diào)質(zhì)加藥過量，應(yīng)降低干污泥投藥量。

    現(xiàn)象3：轉(zhuǎn)軸扭矩太大。

    調(diào)整方法：

    (1)進泥量太大，應(yīng)降低進泥量。

    (2)入流固體量太大，應(yīng)降低進泥量。

    (3)轉(zhuǎn)速差太小，應(yīng)增大轉(zhuǎn)速差。

    (4)齒輪箱出故障，應(yīng)及時加油保養(yǎng)。

    現(xiàn)象4：臥螺機過度震動

    調(diào)整方法：

    (1)潤滑系統(tǒng)出故障，應(yīng)檢修并排除。

    (2)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部由于沖洗不干凈，造成轉(zhuǎn)動失衡，應(yīng)停止進泥，并用清水進行清理。

    (3)機座松動，應(yīng)及時修復(fù)。

    現(xiàn)象5：能耗增加電流增大。

    調(diào)整方法：

    (1)如果能耗突然增加，則可能臥螺機出泥口被堵塞。停機后進行清理。

    (2)如果能耗逐漸增加，則可能轉(zhuǎn)鼓與機殼之間積累了一定的污泥，從而阻礙了轉(zhuǎn)鼓運行。

    ⑤加藥控制是提高離心機脫水能力的重要手段。

    物料中固相粒子越大，液固兩相的重度差愈大，懸浮液的粘度越小，則越易分離；反之，則難分離。為此在懸浮液進入臥螺機之前可采用通過添加絮凝劑使固相凝聚等預(yù)處理手段來改善分離條件。我們通過工業(yè)試驗，認為陰離子型分子量大于1200萬的聚丙烯酰胺較理想。投加方式為自動投加：藥劑經(jīng)過螺桿泵→提升泵出口→離心機入口。影響絮凝效果的因素還有藥劑的配置濃度和添加量。通常，泥漿濃度高時，藥劑配制的濃度可相對低些，反之亦然。對于高爐煤氣洗滌水經(jīng)兩次濃縮后的污泥，濃度在10%左右，藥劑的濃度配成0.25%較好，投加量為1.2～1.5 kg/t污泥。離心脫水一般采用高效的人工合成高分子絮凝劑，而不采用無機鹽類混凝劑。其原因是添加無機類混凝劑會使得污泥體積膨脹，而離心機為封閉式強制脫水，對進泥量有較嚴格的要求，因此如果采用無機鹽類混凝劑會使離心機的脫水能力大大降低。

    4 存在的問題及改進措施

    4.1投產(chǎn)初期存在的問題

    該系統(tǒng)從2008年10月開始投產(chǎn)，在運行初期中，發(fā)現(xiàn)局部存在一些設(shè)計與工藝不符的現(xiàn)象，嚴重影響生產(chǎn)運行，維修頻繁，設(shè)備設(shè)施難以管理，主要表現(xiàn)在：

    4.1.1系統(tǒng)經(jīng)二次濃縮后的污泥濃度偏高，與設(shè)備的參數(shù)存在差異。

    4.1.2設(shè)備的入泥管道口處的擋板經(jīng)常出現(xiàn)斷裂，高速運行的離心機被迫停機，造成離心機內(nèi)部的筋條斷裂。

    4.1.3提升螺桿泵的運行效率逐漸降低，定子和轉(zhuǎn)子均出現(xiàn)磨損，出水量降低到設(shè)計流量的1/3-1/4,流速降低，管道極易堵塞，造成濃縮機負荷增大，刮泥耙子被泥壓住。

    4.1.4離心機出泥口的設(shè)計不利于現(xiàn)場取樣及運行觀察。

    4.1.5泥斗間的設(shè)計不利于出泥，經(jīng)常造成出泥不暢而堵死出泥口，設(shè)備被迫停機的現(xiàn)象。

    4.1.6離心機的潤滑點設(shè)計不合理，特別是刮板機軸承處的潤滑點，沒有保護，被泥封死，不利于潤滑。

    4.1.7固相出泥口側(cè)污泥極易滲入轉(zhuǎn)鼓與離心機殼之間，造成大量積泥，嚴重影響設(shè)備運行。

    4.2改進措施

    4.2.1在污泥上料罐處、螺桿泵污泥入口處安裝DN80mm凈環(huán)水管道，稀釋入料的濃度，并在入料罐至螺桿泵之間的管道兩端，安裝DN80mm的沖洗管道及DN100mm的放水管道，避免堵塞。

    4.2.2更改離心機入泥管道口的設(shè)計，廢除擋泥板。

    4.2.3更換提升螺桿泵為渣漿泵，徹底解決提升泵效率低的弊端。

    4.2.4更改出泥口的設(shè)計，改不銹鋼剛性出泥口為掛膠帆布材質(zhì)的布袋式出泥口，便于取樣與運行觀察。

    4.2.5在泥斗間制作刮泥平臺，解決拉泥車由于空間的制約而無法裝運的難題。

    4.2.6更改潤滑點處的設(shè)計，對易堵塞的潤滑點加保護裝置，防止堵塞。

    4.2.7在離心機入口管道處，增加一條DN80mm的凈環(huán)水管道，解決離心機開機時的振動和停機時的反沖洗問題，為避免轉(zhuǎn)鼓與離心機殼之間積泥，壓力控制在0.2～0.21 MPa。

    5 運行效果及經(jīng)濟效益

    污泥處理系統(tǒng)改進后，合理調(diào)整離心機的運行參數(shù)，避免了設(shè)備故障停機及管道污泥堵塞，節(jié)省了備件及檢修費用，降低了運行人員的勞動強度。在達到環(huán)保目標的同時，干污泥的回收又創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益。經(jīng)濟效益的計算如下：

    目前10#高爐已停產(chǎn)準備改造，集中處理的三座高爐煤氣洗滌水的總水量為3800 m3/h，平均懸浮物含量以2000 mg/L計，則每小時產(chǎn)生的絕對干泥量=3800×2000÷1000000=7.6 t/h。

    若污泥含固率以60%計，則每年將產(chǎn)生的需裝車外運的污泥量=7.6÷60%×24×360=10.944萬t。煉鐵廠回收此瓦斯泥的價格為50元/t,則年產(chǎn)生經(jīng)濟效益：

    10.944×50=547.2萬元。該項目的一次性投資近1700萬元，大約3年即可收回投資。

    6 結(jié)束語

    經(jīng)過生產(chǎn)實踐，利用臥式離心機進行高爐煤氣洗滌水的污泥處理比帶式壓濾機有很多改進和提高，現(xiàn)場環(huán)境整潔，工人勞動強度大大降低，保證了鞍鋼大高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定，為公司創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟和環(huán)保效益。同時，還在國內(nèi)首家使用了臥式螺旋離心機用于高爐煤氣洗滌水污泥的處理，積累了運行經(jīng)驗。但是，由于高爐回水懸浮物變化大、水質(zhì)含量復(fù)雜等因素的影響，在設(shè)備選型的過程中，需要根據(jù)實際情況，進行工業(yè)試驗，并通過采取有效的措施去解決生產(chǎn)實際問題，把高爐煤氣洗滌水污泥處理工作推向深入。