離心式脫水機(jī)在水處理中應(yīng)用分析
行業(yè)動(dòng)態(tài)
北京市第九水廠是一座設(shè)備先進(jìn)、自動(dòng)控制化程度高、出水水質(zhì)優(yōu)良的現(xiàn)代化大型地表水水廠，日供水達(dá)到170萬噸，涵蓋了北京大部分城區(qū)。其水源引自南水北調(diào)的丹江口水庫，由于水質(zhì)變化大，處理工藝復(fù)雜，原水經(jīng)過混凝、沉淀、過濾、活性炭吸附、膜處理、污泥處理等工藝處理才可達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。
一、離心式污泥脫水機(jī)工作原理
懸浮液經(jīng)進(jìn)料管和螺旋出料口進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓，在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，比重較大的固相顆粒沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，與轉(zhuǎn)鼓作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的螺旋葉片不斷地將沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上的固相顆粒刮下并推出排渣口，分離后的清液經(jīng)液層調(diào)節(jié)板開口流出轉(zhuǎn)鼓。螺旋與轉(zhuǎn)鼓之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，也就是差轉(zhuǎn)速是通過差速器來實(shí)現(xiàn)的，其大小由螺旋電機(jī)來控制。差速器的外殼與轉(zhuǎn)鼓相聯(lián)接，輸出軸與螺旋體相聯(lián)接，輸入軸與螺旋電機(jī)相聯(lián)接。轉(zhuǎn)鼓電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，也帶動(dòng)了差速器外殼的旋轉(zhuǎn)，螺旋電機(jī)通過聯(lián)軸器的聯(lián)接來控制差速器輸入軸的轉(zhuǎn)速。使差速器能按一定的速比將扭矩傳遞給螺旋，從而實(shí)現(xiàn)了離心機(jī)對(duì)物料的連續(xù)分離過程。離心機(jī)具有兩種自動(dòng)控制功能，即差轉(zhuǎn)速控制和力矩控制，由于物料含固率可能會(huì)有波動(dòng)，采用恒矩控制使離心機(jī)負(fù)荷處于穩(wěn)定狀態(tài)，使得分離效果處于較佳狀態(tài)，很好地保證離心機(jī)可靠安全運(yùn)行。離心機(jī)本身具備優(yōu)良的密封性能，污泥脫水處于全密封狀態(tài)下工作，使得環(huán)境清潔干凈。
二、控制系統(tǒng)的建立及控制實(shí)現(xiàn)
2.1 控制系統(tǒng)的建立
本套安德里茨離心機(jī)控制系統(tǒng)采用施耐德Premium系統(tǒng)為核心。
（1）硬件：電源、底板、CPU、模擬輸入模塊、模擬輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、通訊模塊、觸摸屏等。
（2）軟件：PLC軟件采用施耐德UNITY PRO；觸摸屏采用VIJEO DESIGNER。PLC與觸摸屏采用TCP/IP以太網(wǎng)建立連接。同時(shí)，PLC的通訊模塊將各種數(shù)據(jù)采用以太網(wǎng)方傳送至上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
（3）驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)：轉(zhuǎn)鼓電機(jī)與螺旋電機(jī)采用獨(dú)有的共直流母線雙變頻連接模式，這種模式具有起動(dòng)平緩，調(diào)速范圍大，可以滿足不同含固率液體的處理，顯著提高處理量。
2.2 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
（1）程序結(jié)構(gòu)描述。第一步創(chuàng)建項(xiàng)目并建立硬件系統(tǒng)。第二部建立通訊模式。第三部創(chuàng)建DFB模塊。DFB用戶功能塊實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)化和優(yōu)化。程序序列在應(yīng)用程序中重復(fù)多次，或者需要設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的編程操作就可以使用。在這里創(chuàng)建電機(jī)和閥門DFB模塊，在程序應(yīng)用時(shí)，電機(jī)和閥門子程序調(diào)用此模塊簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)和輸入，提高程序可讀性，便于程序調(diào)試。更容易設(shè)置處理參數(shù)，它獨(dú)立于應(yīng)用程序，可對(duì)其單獨(dú)調(diào)試。第四步，創(chuàng)建主程序。主程序由兩部分組成：第一部分系統(tǒng)上電后，主程序?qū)⒄{(diào)用子程序，并完成初始化檢測(cè)，并與上位機(jī)和觸摸屏建立通訊鏈接，此時(shí)主程序進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。第二部分SFC順控程序建立，SFC代碼段主要用在項(xiàng)目的主任務(wù)中，每一個(gè)SFC代碼段由一個(gè)或多個(gè)SFC順序串組成，實(shí)現(xiàn)順序串控制的條件，由順控FBD程序完成。第五步，建立針對(duì)每個(gè)設(shè)備的子程序。設(shè)備子程序可以通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制，在自動(dòng)狀態(tài)下與順控程序配合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制。
（2）程序在設(shè)備運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)控制變量換算。自動(dòng)控制根據(jù)工藝流程不同分為啟動(dòng)過程、加速過程、PID調(diào)節(jié)過程、高速清洗和低速清洗過程差轉(zhuǎn)速的計(jì)算和調(diào)節(jié)：RS=（AS-SS）/K
式中：AS為轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速或絕對(duì)轉(zhuǎn)速；SS為螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速；K為差速器比率（決定于離心機(jī)所配備減速箱的減速率，這套設(shè)備為174）；RS為相對(duì)轉(zhuǎn)速。
RS進(jìn)泥濃度影響：進(jìn)泥濃度低時(shí)需低差速運(yùn)行，降低沉渣含濕度，但增大扭矩。當(dāng)進(jìn)泥濃度高時(shí)，需高差運(yùn)行增大泥渣的含濕度，減小扭矩。若差速過高會(huì)引起渦流從而影響澄清度。AS提高對(duì)泥渣的影響：高轉(zhuǎn)速提高了回收沉渣顆粒的性能；提高進(jìn)泥量；泥渣壓縮性好，則能降低泥渣的含濕度。但過高轉(zhuǎn)速對(duì)螺旋輸送機(jī)會(huì)造成過度磨損；扭矩大；振動(dòng)大等現(xiàn)象。
PID控制模塊。
PID變量的定義。
PV=FV÷100×174（B）×49（Tr1）÷3930（Tr2）
式中：FV為螺旋轉(zhuǎn)矩反饋值；B為差速器轉(zhuǎn)速比值；Tr1為螺旋電機(jī)轉(zhuǎn)矩值；Tr2為差速器轉(zhuǎn)矩值；SP為螺旋轉(zhuǎn)矩設(shè)定值。通過以上換算使轉(zhuǎn)鼓與螺旋之間的差速達(dá)到穩(wěn)定，保證螺旋推料速度的穩(wěn)定。
（3）變頻器執(zhí)行控制功能同時(shí)在能量轉(zhuǎn)換過程中實(shí)現(xiàn)節(jié)能。一方面安裝在螺旋和滾筒之間的外擺線型減速器在連接螺旋的出口軸上形成大的轉(zhuǎn)矩；另一方面它確保了一個(gè)準(zhǔn)確的、可變的、不同的速度（螺旋相對(duì)滾筒），在輸入軸上進(jìn)行的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)。通過設(shè)備皮帶輪，將轉(zhuǎn)鼓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩用于減速器的外凸緣上；這個(gè)轉(zhuǎn)矩以高速（滾筒速度）直接驅(qū)動(dòng)滾筒，并且以與滾筒有關(guān)的更高的速度（相對(duì)速度）間接驅(qū)動(dòng)螺旋，同時(shí)以輔助螺旋速度（SS）驅(qū)動(dòng)減速器輸入軸。
三、離心機(jī)使用及日常維護(hù)
3.1 進(jìn)泥量及污泥濃度控制
每臺(tái)離心機(jī)設(shè)備都有可承受極限進(jìn)泥量和極限污泥濃度，實(shí)際運(yùn)行中若超過該值，可能使離心機(jī)的磨損加劇甚至損壞。因而必須嚴(yán)格控制進(jìn)泥量及污泥濃度在允許范圍內(nèi)，當(dāng)進(jìn)泥濃度增加時(shí)，要相應(yīng)的降低進(jìn)泥量，以獲得較佳處理效果。
3.2 合理使用絮凝劑
使用陽離子對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)質(zhì)，才能實(shí)現(xiàn)離心脫水。如果出現(xiàn)污泥含水率低，污泥隨地流現(xiàn)象，首先檢查污泥配制及投加系統(tǒng)是否有問題，若設(shè)備未出現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)調(diào)高絮凝劑投加濃度?？刂撇缓眯跄齽┑耐杜?，不但影響制泥效果，而且造成藥劑浪費(fèi)。
3.3 分離液渾濁泥餅回收率低的解決方法
主要轉(zhuǎn)鼓與螺旋差速太低，應(yīng)提高差速；主轉(zhuǎn)速太低，應(yīng)提高主轉(zhuǎn)速；進(jìn)泥量太大，應(yīng)降低進(jìn)泥量；螺旋輸送器磨損嚴(yán)重應(yīng)維修或更換，絮凝劑效果不好及時(shí)調(diào)整絮凝劑濃度。
3.4 運(yùn)行中變頻器轉(zhuǎn)矩過高報(bào)警的處理
主要轉(zhuǎn)軸扭矩過大它與進(jìn)泥量太大；進(jìn)泥濃度過高，泥渣進(jìn)入脫水機(jī)造成纏繞或堵塞，應(yīng)立即停車予以清除。
3.5 離心機(jī)振動(dòng)或噪聲太大的解決
泥渣進(jìn)入脫水機(jī)造成纏繞或堵塞；由于上次停機(jī)時(shí)高速及低速?zèng)_洗不干凈，或一段時(shí)間未用，造成泥渣板結(jié)。這些不均勻的污泥沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)造成纏繞和堵塞?？赏Ｖ怪颇嘣俅芜M(jìn)行高速及低速?zèng)_洗。如仍無法解決需停機(jī)開蓋清理離心機(jī)。
四、結(jié)論
本論文主要結(jié)合工作背景和實(shí)際應(yīng)用，深入分析離心機(jī)脫水機(jī)的運(yùn)行原理，控制系統(tǒng)建立，控制環(huán)節(jié)的內(nèi)部換算，及與離心機(jī)脫水機(jī)配套設(shè)備工作原理在各環(huán)節(jié)起到作用，并闡述在工作過程使用情況與維護(hù)的一些體會(huì)。
