新型雙電機(jī)雙變頻離心機(jī)的應(yīng)用與分析

新型雙電機(jī)雙變頻離心機(jī)的應(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,闡述了離心機(jī)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)行實(shí)踐表明,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)：X505　　文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B　　文章編號(hào)：1674-0254(2010)01-0034-04

    0　引言

    在污水處理行業(yè),污泥經(jīng)濃縮及消化處理后,含水率為95%~96%,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)備有真空過濾機(jī)、壓濾機(jī)和離心脫水機(jī)[1],其中離心脫水機(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),應(yīng)用前景日益看好。黃石市磁湖污水處理廠二期工程設(shè)計(jì)規(guī)模為1·25×105t/d,采用A2/O處理工藝,處理后的尾水達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級(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)雙變頻的獨(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)[2](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,比重較大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)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)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)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)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)本身的處理能力,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[3]。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,它決定了離心機(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)

    3. 1　污泥處理工藝參數(shù)

    污泥處理量: 58 m3/h ;進(jìn)泥固體含量:0. 6%~2%;脫水后污泥含固率:>20%;污泥回收率:≥95%;流量調(diào)節(jié)范圍: 55~60 m3/h;絮凝劑用量(每噸干污泥): 3~5 kg。

    3. 2　離心機(jī)性能參數(shù)

    主機(jī)(即裝機(jī))功率: 75 kW;額定扭矩:7 960 Nm;發(fā)電機(jī)功率: 15 kW;轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑:520 mm;轉(zhuǎn)鼓長(zhǎng)度: 2 340 mm;長(zhǎng)徑比: 4. 5;轉(zhuǎn)鼓錐角: 11°;額定轉(zhuǎn)速: 2 800 r/min;差速調(diào)節(jié)范圍:0~15 r/min;最大轉(zhuǎn)速: 3 200 r/min。

    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(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[4](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)肖氏硬度2 000~4 000,耐磨性完全達(dá)到燒結(jié)碳化鎢的程度。加上先進(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,因此具有無可比擬的優(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)污泥處理全過程采用PLC(可編程邏輯控制器)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、污泥無軸螺旋輸送機(jī)、流量計(jì)等輔助設(shè)備的運(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)卸料螺旋扭矩過大及差速過低報(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2009年7月的試運(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,可適用于不同的污泥特性介質(zhì),脫水后污泥含水率降到80%左右。相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)見表1。

    6　結(jié)語

    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 kW·h。按設(shè)計(jì)處理負(fù)荷1. 25×105t/d計(jì)算,每年可節(jié)省運(yùn)行電能2. 025×105kW·h,達(dá)到節(jié)電、降低污染、降低污泥含水率從而提高污泥含固率的目標(biāo),真正實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排綜合效益。

    參　考　文　獻(xiàn)

    [1]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: 309-311.

    [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): 28-29.

    [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)問題[J].過濾與分離, 2007(3): 31-32.

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