火力發電廠污泥脫水系統設計及優化

郭思奇

摘要：火力發電廠作為我國主要電力供應來源，具有很龐大的數量。每一個發電廠的各種處理系統都有排泥要求，污泥不能儲存，勢必需要配備相應的污泥脫水處理系統以便節省體積后外運。國內污泥脫水系統設計仍有不足，無法真正適應實際應用的要求。本文將圍繞離心脫水機對常規火力發電廠污泥脫水系統設計進行分析，對實際應用中存在的一些問題提出優化建議。

關鍵詞：離心脫水機；污泥脫水系統；優化方案；控制邏輯

引言

我國是世界火力發電裝機容量最大的國家，火力發電作為我國主要電力供應來源，具有非常龐大的數量。隨著電力行業污染排放要求的越來越高，電廠污泥作為污染排放源之一，必須受到越來越嚴格的控制。而國內設計院對電廠污泥脫水系統運行理解不深，導致現有的設計會遇到各種各樣實際應用問題。污泥脫水系統作為電廠輔助系統，也并不受到重視，運行人員水平低，許多電廠的污泥脫水系統無法得到充分使用，對污泥的最終處置造成影響和不便。如果電廠的污泥脫水系統能夠真正的達到高效、低消耗、自動連續生產運行的話，對減輕電廠負擔和環境保護具有很大的幫助。

1 電廠主要污泥源

火力發電廠主要污泥來源有三類：一是河水（水庫水）預處理或者海水淡化處理系統排泥。排泥源自水中的懸浮物和細小顆粒雜質，還有重金屬離子的沉淀，在處理流程中，由澄清池沉淀或者過濾器清洗排出。污泥中主要含有機物，泥沙等物質。該類泥水含固率受水源水質影響很大；二是工業廢水處理系統排泥。工業廢水來源很雜，收集了全廠大部分的工業排水，主要源自爐水排水、沖灰廢水、含煤廢水、化學廢水和其他工業排水。污泥主要成分為鐵、銅、硅、有機物、少量重金屬等，這類泥水的含固率比其他污水要低；三是脫硫廢水處理排泥。常規使用的濕法脫硫工藝會排放大量的廢水，泥水含固率較高，包含懸浮物、硫酸鹽、亞硫酸鹽、重金屬等，含有許多廢水排放標準重點控制的成分。

2 電廠污泥脫水常規設計

污泥脫水設備的選型通常有三類，帶式壓濾機、板框式壓濾機、離心脫水機。

從設備投資角度分析，雖然單個設備是離心脫水機最高，但考慮設備占地面積小，配套設施少（壓濾機還需額外配置空壓機，高壓沖洗泵等），可以節省其他投資，采用離心脫水機在綜合投資成本上并不比其他兩種高。

再從運行成本來看，離心脫水機原理為依靠固液兩種物質的不同密度，轉轂旋轉產生離心力迫使固液分離，在泥水固液密度差比較大的情況下，不需投加太多的脫水劑也能取得比較好的脫水效果。而帶式壓濾機和板框式壓濾機是依靠濾帶/濾布進行擠壓，液體通過細小網眼流出，泥餅留在濾布上。想要獲得比較好的脫水效果就要多投加脫水劑，多投加脫水劑卻容易導致濾布堵塞，需要經常沖洗，沖洗排水回收后又需要重新進行脫水，運行成本很高。

最后從運行人員使用角度看，帶式壓濾機和板框式壓濾機為開放式機械，經常會濺出泥水，異味大，環境差；離心脫水機為封閉式機械，自動化程度高，可以連續作業，啟動和停機最多需兩人，工作區域環境好。因此，電廠污泥脫水設備基本選用離心脫水機，淘汰了帶式和板框式壓濾機。

以電廠原水預處理污泥脫水系統為例，常規設計如圖四所示，泥水先經污泥池沉淀，池中泥水含固率大約1-2%，再經污泥濃縮池濃縮，此時含固率大約2-4%。泥水從濃縮池底部經過污泥輸送泵，在脫水機入口和脫水劑混合后，進入脫水機。清水從液相出口排出，回流至污泥池。干泥從固相出口排出，含水率大約為75%，于脫水機下部的泥斗中儲存，待合適的時間由污泥車運至廠外處理。工業廢水處理排泥和原水預處理排泥脫水工藝類似，有條件的電廠可將工業廢水和原水預處理的污泥脫水系統合并。脫硫廢水處理排泥的脫水工藝略有不同，需將濃縮池前的污泥池改為中和池、反應池、絮凝池，后續部分也比較類似。

3 常見設計問題

在污泥脫水系統的常規設計中，會有一些非常隱蔽而易于忽略的設計缺陷，導致離心式污泥脫水系統不易使用，被運行人員抵觸。個別電廠還因為系統問題或其他問題，面臨高額離心脫水機維修費用，而棄用現有設備，采取人工清泥的原始方法，污泥脫水系統淪為擺設。如果能夠改善設計，使該系統能穩定、簡單、有效運行的話，想必對電廠污泥填埋、干泥運輸、后期深度脫水處理等是大有裨益的。下面是幾個比較常見的設計問題：

1）脫水劑加藥混合點位置不合適 離心脫水機正下方為電動泥斗，因此離心脫水機一般布置在建筑的二樓，脫水劑采用袋裝固體粉末加水配制，為便于配制藥劑，加藥裝置一般布置在一樓。而國內設計院通常對小口徑管道只編制系統圖，施工單位施工時容易將加藥點設置在一樓，導致距離脫水機入口過遠，運行人員至少需要兩人才能觀察出泥干度和控制加藥量，操作不便，藥劑濃度配制高時堵管發生可能性更高。

2）脫水機沖洗水管與進泥泵沖洗水管不能合并 有些設計人員認為進泥泵沖洗水和脫水機沖洗水功能類似，可以合并設置，節約材料。但事實上，進泥泵和離心脫水機的沖洗頻率完全不同，進泥泵在長期停用后進行沖洗，防止污泥在泵體內板結，可能好幾個月才會沖洗一次；離心脫水機在每次啟機和停機都應進行沖洗，防止泥粘在轉轂上，每天都會沖洗，且應當自動控制。這個問題也與下面第三條所述的問題相關，該兩路沖洗水無法合并。

3）脫水機沖洗水閥不應為手動閥 電廠大部分其他系統的沖洗水閥通常為手動閥，因思維慣性，離心脫水機前的沖洗水閥也常設計為手動閥。離心脫水機入口泥水含固率一般不應超過5%，如果含固率過高，進泥量大于出泥量，造成固體淤積在轉轂內。而沖洗水閥又是手動閥，運行人員不可能長期值守在脫水機旁，不能及時調節沖洗水，后果輕則振動過大，脫水機報警停機，重則發生堵機現象（見圖五），需高額維修費用。

5）離心脫水機出口缺少固液切換裝置 離心脫水機出口分為固相和液相，但因為運行特點，在水沖洗階段（沖洗時難免有水從固相出口流出）和脫水機啟機階段（固相出口要求出水后才允許進泥），如果本來泥斗中存有干泥，干泥會重新摻水，前功盡棄。

6）污泥池/濃縮池溢流水回收不當 污泥池在水處理系統中的作用有匯集各設備的排污水、使泥水初步分離。污泥池中的泥水是經過加藥處理的，仍然含有少量藥劑。一般來說，污泥池的上層清液仍有利用價值，通過溢流可以回流至母系統入口或回收他用，一方面可以減小后續脫水機的出力，節省投資，另一方面，可以節約水源和藥劑。但如果污泥池的溢流水仍然渾濁，將污泥一同帶入系統入口，可能會起到反效果。

4 優化建議

對于上面的問題，可以用一些比較成熟的辦法來解決：

1）離心脫水機相比板框/帶式壓濾機有個優點，脫水劑可以在設備內部與泥水充分混合，節省設備入口處的藥劑混合過程。脫水劑的加藥點應設置在離心脫水機入口1米范圍內，沖洗水點應設置在加藥點之前，均設置在脫水機同一房間，并設置閥門控制。此時僅需一個運行人員進行操作，可以在同一樓層進行啟機、沖洗、加藥調節等工作。

2）沖洗水閥的正確設計方式應該是和進料泵沖洗水分開獨立設置，脫水機沖洗水主路由電磁閥控制，同時設有手動閥旁路，以備主路電磁閥故障仍可進行沖洗，可以同時解決上面第2&3條問題。控制方式上，進泥泵采取變頻控制，電磁閥和進泥泵根據脫水機狀態進行連鎖：啟機和停機時，自動開啟沖洗電磁閥，沖洗完畢后自動開啟進泥泵，反之亦然；正常運行時，依據轉轂扭矩和差速進行控制，當扭矩超過報警值時，說明進泥量超過排泥量，粘泥在轉轂內堆積，應減小進泥泵工作頻率，自動打開沖洗水閥，待扭矩恢復正常時關閉。這種設計將會節省很多人力，減少運行人員操作失誤或不及時的可能性，尤其對于脫硫廢水這種含固率較高的情況效果更佳。

3）離心脫水機的固液兩相出口應設計專用刀閘閥以短路固相至液相出口。刀閘閥內部為一塊可移動的閘板，上端接脫水機固液相出口，下端固相出口接電動泥斗，液相出口接排水管。當某些固相出液的情況發生時，內部閘板可以擋住向電動泥斗的通道，導流液體至排水管。當固相出口正常排泥時，鋼板將打開通道，使干泥直接落至電動泥斗中。一般刀閘閥還具備固液相的取樣口，方便運行人員觀察出泥出水情況，及時調節脫水機參數。

4）要提高污泥池的上層清液的品質，設計上需考慮幾個方面，一是根據系統的排泥量大小，選擇合適的水池容積。容積大小最好是每小時排泥量的3倍以上，設備排泥和污泥提升泵交替運行，使排泥有時間進行沉淀。二是污泥池的形狀設計成長方體，匯入口和溢流口最好相對布置，距離越大越好，匯入口盡量靠近污泥提升泵，防止發生溢流時泥水從匯入口出來直接進入溢流口。三是污泥池/濃縮池底應有一定坡度，坡向污泥泵吸入口，加快淤泥排出，使溢流水更加清澈。

綜上所述，一個比較成熟設計應該如下圖：

5 結語

本文對離心機污泥脫水系統做了簡要的分析，對系統運行的各方面提出了優化建議。希望廣大電力行業建設者能夠早日融會貫通離心機污泥脫水工藝，使電廠污泥脫水處理水平提升一個臺階。

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（作者單位：上海電氣電站工程公司）