臥式離心機(jī)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(dòng)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(diǎn)闡述了工藝流程、運(yùn)行方式、臥式螺旋離心機(jī)的工作原理、污泥處理投產(chǎn)初期存在的問題、改進(jìn)措施及運(yùn)行效果。

    【關(guān)鍵詞】煤氣洗滌水;污泥處理;臥式螺旋離心機(jī)

    【中圖分類號】TQ085【文獻(xiàn)標(biāo)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(jìn)行處理。由于齊選過濾間的真空過濾機(jī)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(dǎo)致南大溝水排入運(yùn)糧河懸浮物超標(biāo)，嚴(yán)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(yán)重浪費(fèi)。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(jìn)口臥式離心機(jī)來實(shí)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(jìn)口臥式離心機(jī)、2個(gè)泥漿儲罐、4臺進(jìn)料泵、2套PAM加藥設(shè)備等。同時(shí)，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(jī)上清液SS≤85 mg/L；

    進(jìn)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(jī)的工作原理及運(yùn)行管理

    3.1工作原理

    臥式螺旋離心機(jī)是一種螺旋卸料沉降離心機(jī)。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(dāng)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(qiáng)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?yàn)榄h(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(yùn)動(dòng)（即轉(zhuǎn)速差），利用螺旋和轉(zhuǎn)鼓的相對運(yùn)動(dòng)把固環(huán)層的污泥緩慢地推動(dòng)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(yùn)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(yán)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(cuò)，對運(yùn)行操作人員要求較高，因此，要確保各環(huán)節(jié)的正常運(yùn)行，充分發(fā)揮各設(shè)施設(shè)備的作用，就必須加強(qiáng)日常運(yùn)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(dǎo)運(yùn)行管理人員搞好日常運(yùn)行。熟悉各設(shè)施設(shè)備的功用，處理好各個(gè)環(huán)節(jié)的節(jié)點(diǎn)，加強(qiáng)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(jī)運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)：

    ①進(jìn)泥量的控制是臥式螺旋離心機(jī)運(yùn)行的主要因素

    離心機(jī)有一個(gè)最大進(jìn)泥量和極限最大入流固體量，實(shí)際進(jìn)泥量超過該值時(shí)，離心機(jī)將失去固相和液相的動(dòng)態(tài)平衡，扭矩過大，嚴(yán)重時(shí)會受到損壞，使離心機(jī)超載而停車，因而運(yùn)行中應(yīng)嚴(yán)格控制臥螺機(jī)的進(jìn)泥量及入流固體量。選擇適當(dāng)?shù)倪M(jìn)料流量的方法：首先將進(jìn)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(dòng)臥螺機(jī)并工作一段時(shí)間，至固相出料的速度一定。在離心機(jī)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(jī)螺旋與轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速及其轉(zhuǎn)速差的控制是離心機(jī)正常運(yùn)行的關(guān)鍵

    a)離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓是由變頻器來驅(qū)動(dòng)，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(jī)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(jī)分離能力的主要指標(biāo)，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(jī)在運(yùn)動(dòng)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(jī)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(jī)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(jī)的振動(dòng)、噪聲也隨之增加，使用壽命會有所下降，生產(chǎn)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)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(gè)速度被輸送出脫水機(jī)的。當(dāng)進(jìn)泥量一定時(shí)，轉(zhuǎn)速差越大，污泥在脫水機(jī)中停留的時(shí)間越短，固環(huán)層就越?。涣硪环矫?，轉(zhuǎn)速差越大，由于轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間的相對運(yùn)動(dòng)增大，使得對液環(huán)層的擾動(dòng)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(shí)，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(jī)的處理能力。減小轉(zhuǎn)速差時(shí)，污泥在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)接受離心分離的時(shí)間將延長，同時(shí)由于轉(zhuǎn)鼓和螺旋之間的相對運(yùn)動(dòng)減小，對液環(huán)層的擾動(dòng)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(jī)內(nèi)積累，使固環(huán)層厚度大于液環(huán)層，導(dǎo)致污泥隨分離液大量流失，固體回收率急劇下降，嚴(yán)重時(shí)還會由于阻力過大，扭矩超負(fù)荷損壞離心機(jī)。根據(jù)時(shí)時(shí)監(jiān)測入泥的濃度（一般按照五分鐘沉降比來計(jì)，即取500 mL水樣，5 min沉淀量），來調(diào)整轉(zhuǎn)速差，當(dāng)沉降比在10%～20%時(shí)，轉(zhuǎn)速差調(diào)至30 r/min，當(dāng)沉降比在20%～30%時(shí)，轉(zhuǎn)速差調(diào)至30～34 r/min，當(dāng)沉降比更高時(shí)，調(diào)整入水濃度。

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

    當(dāng)進(jìn)泥量一定時(shí)，液環(huán)層越厚，污泥在液環(huán)層內(nèi)進(jìn)行分離的時(shí)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(shí)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(yùn)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(jìn)泥量太大，應(yīng)降低進(jìn)泥量。

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

    (4)入流固體超負(fù)荷，應(yīng)降低進(jìn)泥量。

    (5)螺旋輸送器磨損嚴(yán)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(jìn)泥量太大，應(yīng)減小進(jìn)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(jìn)泥量太大，應(yīng)降低進(jìn)泥量。

    (2)入流固體量太大，應(yīng)降低進(jìn)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(shí)加油保養(yǎng)。

    現(xiàn)象4：臥螺機(jī)過度震動(dòng)

    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(dòng)失衡，應(yīng)停止進(jìn)泥，并用清水進(jìn)行清理。

    (3)機(jī)座松動(dòng)，應(yīng)及時(shí)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(jī)出泥口被堵塞。停機(jī)后進(jìn)行清理。

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

    ⑤加藥控制是提高離心機(jī)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(jìn)入臥螺機(jī)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(yàn)，認(rèn)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(dòng)投加：藥劑經(jīng)過螺桿泵→提升泵出口→離心機(jī)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(shí)，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(jī)鹽類混凝劑。其原因是添加無機(jī)類混凝劑會使得污泥體積膨脹，而離心機(jī)為封閉式強(qiáng)制脫水，對進(jìn)泥量有較嚴(yán)格的要求，因此如果采用無機(jī)鹽類混凝劑會使離心機(jī)的脫水能力大大降低。

    4 存在的問題及改進(jìn)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(yùn)行初期中，發(fā)現(xiàn)局部存在一些設(shè)計(jì)與工藝不符的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響生產(chǎn)運(yùn)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(yùn)行的離心機(jī)被迫停機(jī)，造成離心機(jī)內(nèi)部的筋條斷裂。

    4.1.3提升螺桿泵的運(yùn)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(jì)流量的1/3-1/4,流速降低，管道極易堵塞，造成濃縮機(jī)負(fù)荷增大，刮泥耙子被泥壓住。

    4.1.4離心機(jī)出泥口的設(shè)計(jì)不利于現(xiàn)場取樣及運(yùn)行觀察。

    4.1.5泥斗間的設(shè)計(jì)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(jī)的現(xiàn)象。

    4.1.6離心機(jī)的潤滑點(diǎn)設(shè)計(jì)不合理，特別是刮板機(jī)軸承處的潤滑點(diǎn)，沒有保護(hù)，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(jī)殼之間，造成大量積泥，嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行。

    4.2改進(jìn)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(jī)入泥管道口的設(shè)計(jì)，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(jì)，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(yùn)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(yùn)的難題。

    4.2.6更改潤滑點(diǎn)處的設(shè)計(jì)，對易堵塞的潤滑點(diǎn)加保護(hù)裝置，防止堵塞。

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

    5 運(yùn)行效果及經(jīng)濟(jì)效益

    污泥處理系統(tǒng)改進(jìn)后，合理調(diào)整離心機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，避免了設(shè)備故障停機(jī)及管道污泥堵塞，節(jié)省了備件及檢修費(fèi)用，降低了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。在達(dá)到環(huán)保目標(biāo)的同時(shí)，干污泥的回收又創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)濟(jì)效益的計(jì)算如下：

    目前10#高爐已停產(chǎn)準(zhǔn)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(jì)，則每小時(shí)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(jì)，則每年將產(chǎn)生的需裝車外運(yùn)的污泥量=7.6÷60%×24×360=10.944萬t。煉鐵廠回收此瓦斯泥的價(jià)格為50元/t,則年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益：

    10.944×50=547.2萬元。該項(xiàng)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(shí)踐，利用臥式離心機(jī)進(jìn)行高爐煤氣洗滌水的污泥處理比帶式壓濾機(jī)有很多改進(jìn)和提高，現(xiàn)場環(huán)境整潔，工人勞動(dòng)強(qiáng)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(jì)和環(huán)保效益。同時(shí)，還在國內(nèi)首家使用了臥式螺旋離心機(jī)用于高爐煤氣洗滌水污泥的處理，積累了運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。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(shí)際情況，進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，并通過采取有效的措施去解決生產(chǎn)實(shí)際問題，把高爐煤氣洗滌水污泥處理工作推向深入。