新型雙電機(jī)雙變頻離心機(jī)應(yīng)用與分析

           徐慶華

  （黃石理工學(xué)院機(jī)電學(xué)院，湖北黃石435000）

    摘要：介紹了離心機(jī)的工作原理，闡述了選型的基本原則。結(jié)合黃石市磁湖污水處理廠二期工程實(shí)踐，具體分析了D5LX型離心機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，新型雙電機(jī)雙變頻離心機(jī)應(yīng)用于市政污泥處理工藝，達(dá)到了節(jié)能減排的優(yōu)良功效。

    關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)鼓；卸料螺旋；變頻；分離因素；節(jié)能減排

    中圖分類號(hào)：TQ051.8+4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1005-8265（2010）01-0034-03

    前言

    在污水處理行業(yè)，污泥經(jīng)濃縮及消化處理后，尚有95%～96%的含水率，體積仍然很大。為了進(jìn)一步綜合利用和處置污泥，必須對(duì)其進(jìn)行脫水處理，提高泥餅的含固率。一般大中型污水處理廠常用的污泥脫水設(shè)備有真空過(guò)濾機(jī)、壓濾機(jī)和離心脫水機(jī)，而離心脫水機(jī)因具有連續(xù)生產(chǎn)、操作方便、自動(dòng)化程度高、衛(wèi)生條件好、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，目前應(yīng)用前景呈日益增漲趨勢(shì)。某市污水處理廠二期工程設(shè)計(jì)規(guī)模為12.5萬(wàn)噸/日，采用A2/O處理工藝，處理后的尾水達(dá)到《城鎮(zhèn)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，剩余污泥經(jīng)機(jī)械濃縮、脫水處理后外運(yùn)處置。污泥脫水設(shè)備選用2臺(tái)D5LX型離心機(jī)，該機(jī)型具有雙電機(jī)雙變頻獨(dú)特結(jié)構(gòu)，達(dá)到節(jié)能減排的優(yōu)良功效。

    1·工作原理

    離心脫水機(jī)主要由轉(zhuǎn)鼓和帶空心轉(zhuǎn)軸的卸料螺旋輸送器組成。運(yùn)行時(shí)通過(guò)回轉(zhuǎn)體－轉(zhuǎn)鼓和卸料螺旋的高速旋轉(zhuǎn)，使離心機(jī)內(nèi)的固液混合物隨之高速旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生較高的離心力而形成液環(huán)，如圖1。在此高的離心力作用下，加速固液混合物的沉降與分離。其中，比重較重的固體顆粒沉降在液環(huán)層的外圈，即沿轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)壁形成泥環(huán)層。轉(zhuǎn)鼓與卸料螺旋旋轉(zhuǎn)方向相同，但兩者存在著一定的轉(zhuǎn)速差，由此卸料螺旋將分離出的干泥推出回轉(zhuǎn)體，濾液則通過(guò)堰池口導(dǎo)出回轉(zhuǎn)體而排出機(jī)外。離心機(jī)進(jìn)料、分離、排出濾液和干泥的工作過(guò)程是連續(xù)不間斷的，且在全封閉環(huán)境下進(jìn)行，污泥、濾液及臭氣均不會(huì)從機(jī)內(nèi)溢出。

                   

    2·選型原則

    離心機(jī)選型的主要依據(jù)包含兩方面：水力負(fù)荷，指單位時(shí)間內(nèi)離心機(jī)處理的進(jìn)料量；固體負(fù)荷，指單位時(shí)間內(nèi)離心機(jī)處理的絕干物料量。當(dāng)進(jìn)料濃度較高(大于1.5%)時(shí)主要考慮的因素為固體負(fù)荷；當(dāng)進(jìn)料濃度較低(小于1.5%)時(shí)主要考慮的因素為水力負(fù)荷。此外，對(duì)于離心機(jī)本身處理能力來(lái)講，其主要影響因素有三方面：直徑、長(zhǎng)徑比和轉(zhuǎn)速。其中前兩個(gè)因素決定了離心機(jī)的外形大小，也即決定了離心機(jī)的分離面積和容積。轉(zhuǎn)鼓直徑愈大，脫水處理能力愈強(qiáng)，但制造及運(yùn)行成本都相當(dāng)高。轉(zhuǎn)鼓長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，污泥的含固率就愈高，但轉(zhuǎn)鼓過(guò)長(zhǎng)會(huì)使性能價(jià)格比下降。轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速是一個(gè)重要的控制參數(shù)，對(duì)于相同直徑不同的轉(zhuǎn)速，決定了離心機(jī)分離因素α的大小。適當(dāng)控制轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速，既能獲得較高的含固率，又可降低能耗。

    3·技術(shù)參數(shù)

    離心機(jī)的性能參數(shù)與處理工藝參數(shù)見表1、表2。

                  

    4·結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

    4.1雙電機(jī)雙變頻驅(qū)動(dòng)

    新型離心機(jī)采用獨(dú)特的雙電機(jī)雙變頻控制技術(shù)。轉(zhuǎn)鼓通過(guò)差速器帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過(guò)發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)電機(jī)開始工作，即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生磁場(chǎng)，產(chǎn)生逆變作用，在定子上形成電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)變頻器接回到系統(tǒng)中，給主電機(jī)供電，以達(dá)到節(jié)約電能的目的。因此，離心機(jī)的實(shí)際正常工作能耗為兩電機(jī)之差，一般情況下可節(jié)約10%～20%的電能。

    同時(shí)，采用可靠的雙變頻控制機(jī)械差速裝置，通過(guò)離心機(jī)內(nèi)泥層的厚度自動(dòng)調(diào)節(jié)控制轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器之間的差速，達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)扭矩的功能。差速調(diào)節(jié)精度值為0.1 r/min。差速器可通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)離心機(jī)的脫水效果，以適應(yīng)不同的進(jìn)泥特性。當(dāng)進(jìn)料固相含量低時(shí)，選擇低差轉(zhuǎn)速以增大扭矩；當(dāng)進(jìn)料固相含量高時(shí)，選擇高差轉(zhuǎn)速以減小扭矩，使脫水污泥的含固率、固相回收率滿足設(shè)計(jì)要求。見圖2。

                 

    4.2高性能卸料螺旋

    卸料螺旋葉片采用中空式設(shè)計(jì)。中空式設(shè)計(jì)使得固液分離的方向正好相反，大大減少了對(duì)固體層的擾動(dòng)。實(shí)際運(yùn)行測(cè)試表明：在保證污泥回收率的前提下，相對(duì)提高出泥的干度1%左右，在保證出泥干度的情況下提高了污泥的回收率。老式卸料螺旋上濾液的排出需經(jīng)卸料螺旋與轉(zhuǎn)鼓形成的密閉腔沿螺旋方向排出，而高性能卸料螺旋濾液的排出則只需沿軸向直接排出，降低了離心分離后的濾液排出離心機(jī)時(shí)的阻力及行程。

    4.3濃縮脫水一體化

    臥式螺旋沉降離心機(jī)有且只有兩種操作方式：一種是中部進(jìn)料的操作方式，即逆向式操作(理想狀態(tài)下固液混和物進(jìn)入離心機(jī)后立即分離，沿相反的方向排出)；另外一種為端部進(jìn)料的同向式操作(固液混和物進(jìn)入離心機(jī)后不是立即分離而是沿著同一軸向方向位移一段距離后，濾液由導(dǎo)流管排出)。一般情況下逆向式操作多用于脫水,同向式操作用于濃縮。新型離心機(jī)采用混流技術(shù)，可以在同一個(gè)卸料螺旋下實(shí)現(xiàn)兩種不同操作方式，可調(diào)節(jié)選擇的范圍更廣。

    4.4新耐磨設(shè)計(jì)

    4.4.1碳化鎢耐磨片

    轉(zhuǎn)鼓或螺旋的外緣極易磨損，對(duì)其材質(zhì)應(yīng)有特殊要求。在耐磨損防護(hù)設(shè)計(jì)上，離心機(jī)顯著的特點(diǎn)是在卸料螺旋全長(zhǎng)方向與污泥接觸磨損相對(duì)較為嚴(yán)重的部位，全部采用可更換的耐磨片新式結(jié)構(gòu)。此耐磨片表面噴涂碳化鎢材料，且噴涂碳化鎢層硬度達(dá)2000-4000HS，耐磨性完全達(dá)到燒結(jié)碳化鎢的程度，而且先進(jìn)的焊接工藝確保其不會(huì)脫焊，并且每片耐磨片焊接完成后均進(jìn)行二次焊接強(qiáng)度試驗(yàn)，確保其焊接強(qiáng)度，具有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)卸料螺旋磨損后只需更換耐磨片即可，極大地降低了維修費(fèi)用。

    4.4.2磨噴嘴

    對(duì)進(jìn)料的噴嘴和污泥排出口采用了可更換式的陶瓷碳化鎢噴嘴。卸料螺旋上的進(jìn)料口及轉(zhuǎn)鼓上的出料口均采用可更換式的耐磨襯套，耐磨材料為陶瓷，亦可采用碳化鎢材料。同時(shí)對(duì)出料口的刮泥板亦采用碳化鎢結(jié)構(gòu)的耐磨防護(hù)措施。

    4.5 PLC自動(dòng)控制

    離心機(jī)對(duì)污泥處理全過(guò)程采用PLC自動(dòng)控制，操作、調(diào)節(jié)靈活，同時(shí)為污泥供料泵、絮凝劑制備、加藥泵、污泥無(wú)軸螺旋輸送機(jī)、流量計(jì)等輔助設(shè)備運(yùn)行提供顯示、控制和故障報(bào)警，并將模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳至中央控制室，以確保污泥脫水系統(tǒng)的安全運(yùn)行。主要控制功能有：

    (1)離心脫水機(jī)、切割機(jī)、供料泵、螺旋輸送器、絮凝劑投加泵等的聯(lián)動(dòng)控制和保護(hù)；

    (2)離心機(jī)自動(dòng)差速及扭矩控制系統(tǒng)的調(diào)控；

    (3)離心機(jī)卸料螺旋扭矩過(guò)大及差速過(guò)低報(bào)警；

    (4)離心機(jī)緊急停機(jī)保護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)緊急停機(jī)按扭；

    (5)加藥系統(tǒng)在低藥劑量、斷水、水壓不足等情況下報(bào)警。

    4.6防腐蝕設(shè)計(jì)

    選用全不銹鋼結(jié)構(gòu)。離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓和卸料螺旋均采用AISI316不銹鋼離心澆鑄而成，材料密度均勻、剛性強(qiáng)，動(dòng)平衡性能好。離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁加工有縱向的溝槽或配有縱向不銹鋼條，可以防止固相粒子在轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁滑動(dòng)而引起轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁磨損，同時(shí)避免泥環(huán)隨卸料螺旋旋轉(zhuǎn)而不排出。

    5·應(yīng)用分析

    通過(guò)2009年7～8月試運(yùn)行表明，D5LX型離心脫水機(jī)運(yùn)行狀況良好，處理能力和效果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，可適用不同污泥特性介質(zhì)，脫水后污泥含固率達(dá)到25%。相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)見表3。



    結(jié)語(yǔ)

    綜上分析，D5LX型離心機(jī)結(jié)構(gòu)特征與其使用工況是一致的。由于采用了雙電機(jī)雙變頻獨(dú)特設(shè)計(jì)，處理每噸污水污泥耗電量降低了0.004 5 kWh。按設(shè)計(jì)處理負(fù)荷12.5萬(wàn)噸/日計(jì)算，每年可節(jié)省運(yùn)行電能202 500kWh，達(dá)到節(jié)電、降低污染、提高含固率的目標(biāo)，真正意義上實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排綜合效益。

    參考文獻(xiàn)：

    [1]陳崔龍，張德友，卓培忠，等.新一代過(guò)濾式離心機(jī)的研制［J］.流體機(jī)械，2003，（1）.

    [2]姚斌.離心機(jī)在污水處理污泥脫水系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.石油化工應(yīng)用，2007，（6）.

    [3]姚斌，師洪波，袁泉.臥螺離心機(jī)設(shè)計(jì)選型中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題［J］.過(guò)濾與分離，2007，19（3）.

    [4]林榮枕，喬壽鎖，王家廉．污廢水處理設(shè)施運(yùn)行管理［M］.北京:北京出版社，2006.