臥螺離心機(jī)在煤氣化水處理中的試驗(yàn)研究
技術(shù)支持
河南龍宇煤化工有限公司二期項(xiàng)目采用兩臺(tái)WHG氣化爐，該氣化爐采用干煤粉進(jìn)料、蒸汽/激冷水、濕法除灰的處理工藝。干煤粉與氧氣和蒸汽通過(guò)煤燒嘴進(jìn)入氣化爐的反應(yīng)空間，在約4.0MPa的壓力下和1400～1650℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，在高溫條件下產(chǎn)生的合成氣，在激冷室內(nèi)通過(guò)水/汽噴嘴噴入的霧狀水將合成氣激冷至900℃以下，然后攜帶大量飛灰的合成氣經(jīng)過(guò)輸氣管和氣體返回室后進(jìn)入激冷罐，進(jìn)行冷卻并洗滌攜帶的飛灰。激冷罐洗滌下來(lái)的灰水經(jīng)過(guò)減壓閃蒸降溫和除去酸性氣體后進(jìn)入到澄清工序，絮凝沉降后變成含灰量10%～12%的灰漿。由于灰漿中所含灰的粒度較細(xì)且具有一定的黏性，如何有效、穩(wěn)定、連續(xù)地分離灰漿中的飛灰，成了一個(gè)技術(shù)難題。由于WHG氣化爐正處于建設(shè)階段，且和Shell粉煤加壓氣化工藝較接近，產(chǎn)生飛灰的粒度也接近，所以選用Shell氣化爐干法除灰技術(shù)產(chǎn)生的飛灰作為實(shí)驗(yàn)原料，配置成灰漿進(jìn)行分離試驗(yàn)。
在Shell粉煤加壓氣化工藝生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的干灰。
經(jīng)過(guò)大量的技術(shù)分析和借鑒相關(guān)行業(yè)處理工藝，選定水平帶式真空過(guò)濾機(jī)和臥螺離心機(jī)進(jìn)行分離試驗(yàn)比較。水平帶式真空過(guò)濾機(jī)由于其具備水平過(guò)濾面、卸料方便等特點(diǎn)，是近年來(lái)發(fā)展很快的一種真空過(guò)濾設(shè)備。
1 水平帶式真空過(guò)濾機(jī)
1.1 工作原理
水平帶式真空過(guò)濾機(jī)是一種自動(dòng)化程度較高的固液分離設(shè)備，主要利用物料重力和真空吸力實(shí)現(xiàn)固液分離，其他干煤粉氣化技術(shù)，一般選用水平帶式真空過(guò)濾機(jī)來(lái)分離渣水系統(tǒng)產(chǎn)生的黑水。
1.2 處理過(guò)程
水平帶式真空過(guò)濾機(jī)以濾布為過(guò)濾介質(zhì)，采用整體的環(huán)形橡膠帶為真空室。濾布鋪設(shè)在膠帶上與之同步運(yùn)行，當(dāng)真空室接通真空系統(tǒng)時(shí)，在膠帶上形成真空抽濾區(qū)，濾液穿過(guò)濾布經(jīng)膠帶上的橫溝槽匯總并由小孔進(jìn)入真空室，固體顆粒被截留在濾布上形成濾餅。進(jìn)入真空室的液體經(jīng)氣水分離器排出，隨著膠帶的移動(dòng)，已形成的濾餅依次進(jìn)入濾餅洗滌區(qū)和吸干區(qū)，濾布與膠帶分開(kāi)。濾餅在卸料輥處被刮刀裝置刮離卸除，卸除濾餅的濾布經(jīng)清洗后獲得再生，再經(jīng)過(guò)一組支撐輥和糾偏裝置后重新進(jìn)入過(guò)濾區(qū)，開(kāi)始新一輪的周期。濾布孔隙范圍可在2.5～150μm之間選擇。
1.3 試驗(yàn)及結(jié)果評(píng)價(jià)
用配制成的含灰量10%～12%的灰漿在真空帶式過(guò)濾機(jī)上做過(guò)濾分離試驗(yàn)，開(kāi)始效果較好，隨著過(guò)濾的連續(xù)進(jìn)行，過(guò)濾分離效果逐漸變差，過(guò)濾物料含水量增加。該處理方式在灰漿顆粒粒徑較大且水溶性差時(shí)可以起到很好的處理效果。但粒徑在2.0μm以下的顆粒占比很大，這些顆粒極易堵塞濾布孔隙或進(jìn)入到濾液中，導(dǎo)致濾布堵塞造成過(guò)濾效果不好。
2 臥螺離心機(jī)
2.1 工作原理
臥螺離心機(jī)是一種臥式螺旋卸料、連續(xù)操作的沉降設(shè)備。這類(lèi)離心機(jī)工作原理為：轉(zhuǎn)鼓與螺旋以一定差速同向高速旋轉(zhuǎn)，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，在離心力場(chǎng)作用下，較重的固相物沉積在轉(zhuǎn)鼓壁上形成沉渣層。輸料螺旋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。較輕的液相物則形成內(nèi)層液環(huán)，由轉(zhuǎn)鼓大端溢流口連續(xù)溢出轉(zhuǎn)鼓，經(jīng)排液口排出機(jī)外。該機(jī)能在全速運(yùn)轉(zhuǎn)下，連續(xù)進(jìn)料、分離、洗滌和卸料。具有結(jié)構(gòu)緊湊、連續(xù)操作、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、適應(yīng)性與生產(chǎn)能力強(qiáng)、維修方便等特點(diǎn)。
2.2 試驗(yàn)方法和試驗(yàn)效果
2.2.1 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備
試驗(yàn)物料為殼牌煤氣化裝置干法處理副產(chǎn)的干灰，共計(jì)50袋，每袋約30kg左右。試驗(yàn)機(jī)型：LW355×1460-N（主電機(jī)22kW，輔電機(jī)7.5kW）；調(diào)試物料：灰漿水溶液（物料含固量約12%，進(jìn)料溫度60～70℃）。
2.2.2 試驗(yàn)1：灰漿水溶液不加絮凝劑過(guò)濾
灰漿水溶液不加絮凝劑過(guò)濾結(jié)果見(jiàn)下表：
溢流片 111 | 主機(jī)Hz/（r/min） | 主機(jī) （A） | 差速器輸入端Hz/(r/min） | 輔機(jī) （A） | 差數(shù)/（r/min） | 進(jìn)料量/ （m3/h） | 液相 |
空開(kāi) | 40（3200） | 11-12 | 38（2356） | 4.5-5 | 14.8 | ||
進(jìn)料階段① | 40（3200） | 16-17 | 38（2356） | 5-6.0 | 14.8 | 3.0 | ① |
進(jìn)料階段② | 40（3200） | 15-16 | 30（1860） | 4-4.5 | 23.5 | 3.0 | ② |
進(jìn)料階段③ | 40（3200） | 17-18 | 30（1860） | 5-5.5 | 23.5 | 6.2 | ③ |
進(jìn)料階段④ | 40（3200） | 22-23 | 30（1860） | 5.5-6 | 23.5 | 10.3 | ④ |
試驗(yàn)1結(jié)果表明：
①液相目測(cè)渾濁且透明度差，有少量懸浮物，固相出干料目測(cè)含水偏高，進(jìn)料15min。
②液相目測(cè)透明度無(wú)明顯改善，仍有少量懸浮物，固相出干料目測(cè)含水與進(jìn)料階段①無(wú)較大差別，進(jìn)料需15min。
③液相目測(cè)透明度更渾濁，懸浮物量有所增加，固相出干料目測(cè)含水較進(jìn)料階段①無(wú)較大差別，進(jìn)料15min。
④液相目測(cè)透明度更渾濁，懸浮物量有所增加，固相出干料目測(cè)含水較進(jìn)料階段①無(wú)較大差別，進(jìn)料15min。
將上述清液放入試管離心機(jī)中二次分離（轉(zhuǎn)速3000r/min，分離時(shí)間1min，分離因數(shù)1310G），仍有少量沉淀產(chǎn)生。
2.2.3 試驗(yàn)2：灰漿水溶液不加絮凝劑過(guò)濾后數(shù)據(jù)
灰漿水溶液不加絮凝劑過(guò)濾后固相含水檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表：
序號(hào) | 燒杯重/g | 烘干前/g | 烘干后/g | 含水量/g | 含水率/% |
1號(hào)樣 | 48.854 | 80.689 | 71.190 | 9.499 | 29.8 |
2號(hào)樣 | 54.313 | 94.402 | 82.414 | 11.988 | 29.9 |
3號(hào)樣 | 47.077 | 90.782 | 77.722 | 13.06 | 29.9 |
2.2.4 試驗(yàn)3：灰漿水溶液加絮凝劑過(guò)濾
灰漿水溶液加絮凝劑過(guò)濾結(jié)果見(jiàn)下表：
溢流片 111 | 主機(jī)Hz/（r/min） | 主機(jī) （A） | 差速器輸入端Hz/(r/min） | 輔機(jī) （A） | 差數(shù)/（r/min） | 進(jìn)料量/ （m3/h） | 絮凝劑/ （m3/h） | 液相 |
空開(kāi) | 40（3200） | 11-12 | 38（2356） | 4.5-5 | 14.8 | |||
進(jìn)料階段① | 40（3200） | 16-17 | 38（2356） | 5-6.0 | 14.8 | 3.5 | 1.79 | ① |
進(jìn)料階段② | 40（3200） | 15-16 | 30（1860） | 4-4.5 | 23.5 | 3.5 | 1.79 | ② |
進(jìn)料階段③ | 40（3200） | 17-18 | 30（1860） | 5-5.5 | 23.5 | 5.5 | 1.73 | ③ |
進(jìn)料階段④ | 40（3200） | 22-23 | 30（1860） | 5.5-6 | 23.5 | 9 | 1.79 | ④ |
試驗(yàn)3結(jié)果表明：
①液相目測(cè)清澈且透明度較好，懸浮物小于0.5%，固相出干料目測(cè)含水比不加絮凝劑效果顯著改善，進(jìn)料15min。
②液相目測(cè)清澈且透明度較好，懸浮物0.5%，固相出干料目測(cè)含水比不加絮凝劑效果顯著改善，進(jìn)料15min。
③液相目測(cè)清澈且透明度較好，懸浮物0.5%，固相出干料目測(cè)含水比不加絮凝劑效果顯著改善，進(jìn)料15min。
④液相目測(cè)清澈且透明度較好，懸浮物0.5%，固相出干料目測(cè)含水比不加絮凝劑效果顯著改善，進(jìn)料15min。
2.2.5 試驗(yàn)4：灰漿水溶液加絮凝劑過(guò)濾后數(shù)據(jù)
灰漿水溶液加絮凝劑過(guò)濾后固相含水檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表：
序號(hào) | 燒杯重/g | 烘干前/g | 烘干后/g | 含水量/g | 含水率/% |
1號(hào)樣 | 40.784 | 84.282 | 73.883 | 10.399 | 23.9 |
2號(hào)樣 | 32.932 | 76.783 | 66.583 | 10.2 | 23.2 |
3號(hào)樣 | 33.962 | 72.694 | 63.432 | 9.262 | 27.3 |
將上述清液放入試管離心機(jī)中二次分離（轉(zhuǎn)速3000r/min，分離時(shí)間1min，分離因數(shù)1310G），無(wú)沉淀產(chǎn)生。
2.2.6 試驗(yàn)5：對(duì)其他物料的處理
試驗(yàn)物料來(lái)自煤化工熱電脫硫石膏灰漿，其固含量高，黏度大，通過(guò)設(shè)定適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速、差速、進(jìn)料量及絮凝劑添加量，臥螺機(jī)運(yùn)行50h，共處理灰漿量約1000m3。分離后的濾餅含水量約40%（w），濾液中SS在100mg/L左右，處理結(jié)果滿足灰水循環(huán)利用要求。
2.2.7 實(shí)驗(yàn)結(jié)論
通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)分析，得出以下結(jié)論。
（1）在使用臥螺離心機(jī)分離灰漿水溶液時(shí)，絮凝劑的使用對(duì)分離效果有重要影響。加入絮凝劑后臥螺離心機(jī)分離灰漿水溶液的效果更加明顯，分離后的液相清澈透明，固相含水量低。
（2）臥螺離心機(jī)在分離固體顆粒較小和具有黏性的廢水方面相比于水平帶式真空過(guò)濾機(jī)具有優(yōu)勢(shì)。臥螺離心機(jī)具有自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)便、處理量大、環(huán)境效果好的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足WHG氣化爐灰漿水溶液分離的要求。
3 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)及分析可以看出，臥螺離心機(jī)在分離固體顆粒較小和具有黏性的廢水方面相比于水平帶式真空過(guò)濾機(jī)能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的長(zhǎng)周期運(yùn)行，針對(duì)粉煤加壓氣化工藝生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)物灰漿水溶液，臥螺離心機(jī)能起到很好的固液分離效果，并且處理能力可以滿足生產(chǎn)需要，在日常維護(hù)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面都有一定優(yōu)勢(shì)。臥螺沉降離心機(jī)具有處理量大、自動(dòng)化操作、脫水效果好、使用范圍廣等特點(diǎn)，開(kāi)創(chuàng)了臥螺離心機(jī)在煤化工領(lǐng)域使用的先例，拓展了臥螺離心機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)其他煤化工裝置廢水處理具有示范作用，對(duì)工業(yè)和民用污水處理也有較大的借鑒意義。
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