臥式螺桿離心機(jī)在煤化工裝置上的應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化裝置中的渣水系統(tǒng)是對(duì)水煤氣初步凈化過程中產(chǎn)生的黑水進(jìn)行處理，使其中所含的固體和溶解的氣體得以分離，并部分回收黑水熱量。國(guó)內(nèi)煤氣化裝置含渣水的煤灰濃縮（脫水）絕大部分采用帶式壓濾機(jī)，而寧波中金石化有限公司采用了臥式螺桿離心機(jī)。
1 離心機(jī)選擇的依據(jù)
煤氣化裝置產(chǎn)生的灰渣主要含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等成分，一部分較細(xì)的灰渣進(jìn)入后系統(tǒng)形成含渣黑水。通過采樣分析，寧波中金石化有限公司煤氣化裝置的黑水含渣質(zhì)量濃度為117.3～208.8g/L，其粒徑分布如下表所示：
0～5μm | 5～15μm | 15～35μm | 35～50μm | ＞50μm |
8.8 | 27.0 | 27.9 | 16.4 | 19.9 |
黑水可看作懸浮液，其中固相的粒徑和懸浮液的濃度是選擇分離設(shè)備的2個(gè)重要指標(biāo)。煤氣化裝置的含渣黑水濃度不高，顆粒尺寸大部分在50μm以下，符合離心機(jī)的分離要求。
2 臥式螺桿離心機(jī)簡(jiǎn)介
2.1 結(jié)構(gòu)和原理
臥式螺桿離心機(jī)是一種臥式螺旋卸料、連續(xù)操作的沉降設(shè)備，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要由轉(zhuǎn)鼓、螺旋推進(jìn)器、差速器、溢流擋板、軸承及軸承座、機(jī)座、進(jìn)料和排渣系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。
機(jī)殼內(nèi)有2個(gè)裝在主軸承上的同心回轉(zhuǎn)部件，外部是無(wú)孔轉(zhuǎn)鼓，內(nèi)部是螺旋推進(jìn)器，轉(zhuǎn)鼓和螺旋推進(jìn)器同心安裝在左端軸承和右端軸承上。正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)鼓與螺旋推進(jìn)器以一定差速同向高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速差通過差速器來(lái)實(shí)現(xiàn)，通常為轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的0.2%～3.0%，差速器一般為行星齒輪箱。
轉(zhuǎn)鼓由主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)大端帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，差速器由副電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)小端帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，差速器帶動(dòng)螺旋推進(jìn)器轉(zhuǎn)動(dòng)。物料由進(jìn)料管連續(xù)引入輸料螺旋內(nèi)筒，加速后進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓，懸浮液中的固相密度較大，所受慣性離心力也較大，在離心力的作用下，較重的固相沉積在轉(zhuǎn)鼓壁的內(nèi)壁上形成沉渣層。螺旋推進(jìn)器將沉積的固相物連續(xù)不斷地推至轉(zhuǎn)鼓錐端，經(jīng)排渣口排出機(jī)外。較輕的液相則形成內(nèi)層液環(huán)，由轉(zhuǎn)鼓大端蓋上的溢流口連續(xù)溢出轉(zhuǎn)鼓，經(jīng)排液口排至機(jī)外。
2.2 技術(shù)參數(shù)和工藝流程
臥式螺桿離心機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下表所示：
項(xiàng)目 | 技術(shù)參數(shù) |
轉(zhuǎn)鼓直徑/mm | 650 |
長(zhǎng)徑比 | 4.3 |
轉(zhuǎn)鼓額定工作轉(zhuǎn)速/(r/min) | 2300（變頻無(wú)級(jí)調(diào)速） |
轉(zhuǎn)鼓工作轉(zhuǎn)速/(r/min) | 2500（變頻無(wú)級(jí)調(diào)速） |
轉(zhuǎn)速差/(r/min) | 10～35（變頻無(wú)級(jí)調(diào)速） |
分離因數(shù) | 2270 |
主電機(jī)功率/kW | 45.9 |
來(lái)自前系統(tǒng)的含渣黑水進(jìn)入沉降槽，在重力和絮凝作用下，沉降槽底部得到高含固量的黑水，沉降槽底流泵將該黑水送入臥式螺桿離心機(jī)；在黑水管線上設(shè)置沖洗水，以便清洗泵、管線和離心機(jī)；絮凝劑通過絮凝劑自動(dòng)投配裝置配成溶液，由絮凝劑泵注入黑水管線，與黑水混合后一起進(jìn)入臥式螺桿離心機(jī)；經(jīng)臥式螺桿離心機(jī)處理后，泥餅通過無(wú)軸螺旋輸送機(jī)送至渣車，分離液返回渣水系統(tǒng)重復(fù)利用。
2.3 與帶式壓濾機(jī)對(duì)比
（1）臥式螺桿離心機(jī)利用離心沉降原理使固液分離，由于沒有濾網(wǎng)，不會(huì)出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象；帶式壓濾機(jī)利用濾帶使固液分離，為防止濾帶堵塞，需用高壓水不斷進(jìn)行沖刷。
（2）在脫水過程中，當(dāng)進(jìn)料濃度發(fā)生變化時(shí)，臥式螺桿離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓與螺旋的轉(zhuǎn)速差和扭矩會(huì)自動(dòng)跟蹤調(diào)整，無(wú)需安排專人操作；而同樣情況下的帶式壓濾機(jī)的帶速、帶的張緊度、加藥量、沖洗水壓力均需進(jìn)行調(diào)整，操作要求較高。
（3）在臥式螺桿離心機(jī)內(nèi)，細(xì)小的顆粒也能與水分離，絮凝劑投加量較少；而帶式壓濾機(jī)由于濾帶不能織得太密，為防止細(xì)小顆粒的漏網(wǎng)，需投加較多的絮凝劑以使污泥形成較大的絮團(tuán)。
（4）臥式螺桿離心機(jī)占用空間小，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，配套設(shè)備僅有加藥裝置和進(jìn)出料輸送機(jī)，整機(jī)全密封操作，操作環(huán)境好；而帶式壓濾機(jī)占地面積大，需要配備風(fēng)機(jī)和水環(huán)式真空泵，整機(jī)密封性差，產(chǎn)生的水霧和臭味會(huì)污染環(huán)境，如果管理不善，會(huì)造成泥漿四溢。
（5）臥式螺桿離心機(jī)易損件為軸承和密封件，卸料螺旋的維修周期一般在3年以上；而帶式壓濾機(jī)易損件除軸承、密封件外，濾帶也需更換，價(jià)格昂貴。
臥式螺桿離心機(jī)與帶式壓濾機(jī)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比如下表所示：
技術(shù)指標(biāo) | 臥式螺桿離心機(jī) | 帶式壓濾機(jī) |
進(jìn)料量/(m3/h) | 17～22 | 17～22 |
進(jìn)料質(zhì)量濃度/(g/L) | 117.3～208.8 | 117.3～208.8 |
濾餅含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% | 35.6～41.2 | 34.6～39.0 |
濾液質(zhì)量濃度/(g/L) | 10.1～18.6 | 16.3～20.5 |
絮凝劑日耗量/kg | 12.5～17.9 | 14.2～18.8 |
系統(tǒng)水質(zhì)/NTU | 40～70 | 50～85 |
在相同進(jìn)料量的情況下，臥式螺桿離心機(jī)具有濾液清、加藥量少、系統(tǒng)水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)，而且由于濾餅外運(yùn)對(duì)含水量要求不高，濾餅水分含量略偏高也可接受。
3 調(diào)試運(yùn)行中出現(xiàn)的問題
3.1 操作參數(shù)優(yōu)化
臥式螺桿離心機(jī)是通過對(duì)主機(jī)轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速）和差速的調(diào)整來(lái)操作。主機(jī)轉(zhuǎn)速越高對(duì)物料分離越有利，但離心機(jī)屬于高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備，一般轉(zhuǎn)速越高其使用壽命越短，所以在滿足生產(chǎn)工藝要求的前提下，主機(jī)轉(zhuǎn)速越低越好。對(duì)于密度大且黏度大的物料，轉(zhuǎn)速越高，物料在轉(zhuǎn)鼓中沉降得越結(jié)實(shí)，螺旋推料的功率就越大。為了使物料分離后能夠從轉(zhuǎn)鼓中排出，差速越大，物料排出的速度越快，差速達(dá)到一定程度時(shí)，排出的泥餅含水率會(huì)提高；如果差速過小，運(yùn)行過程中可能會(huì)因物料聚集在轉(zhuǎn)鼓中而造成主機(jī)過載。
通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和處理效果評(píng)定，設(shè)置主機(jī)操作轉(zhuǎn)速為2000～2300r/min，差速為16～25r/min。如果泥餅含水量較高，可適當(dāng)減小差速、增大轉(zhuǎn)速（不得超過2300r/min）；如果進(jìn)料濃度增大，副電機(jī)電流相應(yīng)增大，此時(shí)允許對(duì)差速進(jìn)行調(diào)整，增大差速可加快主機(jī)排渣，但差速不能超過30r/min。
當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速為2100r/min、分離因數(shù)為2200、進(jìn)料量為17～22m3/h、進(jìn)料質(zhì)量濃度為117.3～208.8g/L時(shí)，對(duì)絮凝劑添加量進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下表所示：
差速/(r/min) | 絮凝劑日耗量/kg | 濾液質(zhì)量濃度/(g/L) | 濾餅含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% |
16 | 15.2 | 10.8 | 35.5 |
18 | 17.9 | 11.0 | 35.5 |
18 | 15.2 | 11.5 | 36.3 |
18 | 12.5 | 12.8 | 39.4 |
18 | 9.8 | 15.9 | 42.0 |
20 | 15.2 | 12.9 | 38.8 |
22 | 15.2 | 15.0 | 41.5 |
24 | 15.2 | 19.8 | 44.5 |
由上表可看出，在其他參數(shù)基本不變的情況下，絮凝劑耗量越大，分離效果越好。為了降低生產(chǎn)成本，絮凝劑日耗量控制在12.5～15.2kg。在主機(jī)轉(zhuǎn)速、分離因數(shù)和絮凝劑耗量不變的情況下，分離效果隨差速下降而提高。當(dāng)差速為18r/min時(shí)，降低轉(zhuǎn)速對(duì)濾餅水分含量和濾液濃度的影響不明顯，而離心機(jī)扭矩達(dá)3kN·m，接近設(shè)定的聯(lián)鎖停車值（5kN·m）。因此，差速設(shè)置為18r/min。
3.2 機(jī)身振動(dòng)大
在運(yùn)行初期，臥式螺桿離心機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)因機(jī)身振動(dòng)大而跳車的現(xiàn)象，而引起離心機(jī)振動(dòng)的直接原因是轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部存在不平衡。通過現(xiàn)場(chǎng)觀察和分析，認(rèn)為其原因是：
（1）短時(shí)間內(nèi)進(jìn)料量或物料濃度突然增大，進(jìn)料流動(dòng)性差，導(dǎo)致進(jìn)料后物料在主機(jī)內(nèi)布料不均勻，并且主機(jī)中的沉渣無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)排出。
（2）停機(jī)清洗不徹底，主機(jī)沒有完全清洗干凈，在運(yùn)行狀態(tài)下，水和渣受到不同的離心力，在主機(jī)內(nèi)部形成一個(gè)固體環(huán)和一個(gè)液體環(huán)，引起不平衡。因此，應(yīng)制訂停車沖洗規(guī)程并要求操作人員嚴(yán)格遵守。
當(dāng)煤質(zhì)灰分含量高或氣化爐鎖斗系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致黑水含固量增加，此時(shí)可在沉降槽底流泵前通入灰水以降低進(jìn)料濃度。
3.3 軸溫高
加注潤(rùn)滑油脂時(shí)未遵循“按時(shí)加注不過量的原則”，超期不加注或一次性加注過量都會(huì)造成軸溫偏高而引發(fā)報(bào)警。潤(rùn)滑油脂具有潤(rùn)滑散熱的作用，一次性加注過量將造成軸承座油腔內(nèi)短時(shí)間充滿油脂，經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)后油脂被甩開，散發(fā)出很大的熱量，油腔又重新被油脂充滿，短時(shí)間內(nèi)熱量無(wú)法散發(fā)而造成軸溫偏高。
3.4 過載現(xiàn)象
臥式螺桿離心機(jī)的主機(jī)采用ABB變頻器，在發(fā)生功率過載的情況下會(huì)自動(dòng)降低轉(zhuǎn)速以得到更大的輸出力矩。在執(zhí)行降速后，如果能夠控制在額定的功率或設(shè)定的保護(hù)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，則轉(zhuǎn)速自動(dòng)提高至原有狀態(tài)，如果降速后仍不能滿足使用要求則跳車保護(hù)。出現(xiàn)該問題的原因在于進(jìn)料量或物料濃度出現(xiàn)波動(dòng)，需要在進(jìn)料后的30min內(nèi)觀察主、副電機(jī)電流，通過調(diào)整進(jìn)料量將其控制在操作規(guī)程要求的范圍內(nèi)，給主機(jī)留出足夠的調(diào)整空間。
4 結(jié)語(yǔ)
臥式螺桿離心機(jī)作為一種新型高效的懸浮液脫水設(shè)備，具有脫水效果好、固相含水量低、處理能力大、占地面積小、無(wú)需輔助設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)。通過裝置前期的運(yùn)行和調(diào)整，臥式螺桿離心機(jī)在煤氣化裝置含渣黑水處理中取得了良好的效果。
