臥式螺桿離心機(jī)在煤化工裝置上的應(yīng)用

王德勝

(寧波中金石化有限公司 浙江寧波 315203)

多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置中的渣水系統(tǒng)是對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117.3～208.8 g/L，其粒徑分布如表1所示。

表1 黑水中灰渣粒徑分布(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

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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)[1]，分離設(shè)備的選擇原則如圖1所示。

圖1 分離設(shè)備的選擇原則

由表1和圖1可看出，煤氣化裝置的含渣黑水濃度不高，顆粒尺寸大部分在50 μm以下，符合離心機(jī)的分離要求。

2 臥式螺桿離心機(jī)簡介

2.1 結(jié)構(gòu)和原理

如圖2所示，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)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成[2]。

1. 進(jìn)料管 2. 皮帶輪 3. 左軸承 4. 螺旋推進(jìn)器 5. 進(jìn)料孔 6. 機(jī)殼 7. 右軸承 8. 行星差速器 9. 溢流孔 10. 排渣孔 11. 底座 12. 過載保護(hù)裝置 13. 小端帶輪 14. 小端軸承座 15. 轉(zhuǎn)鼓 16. 大端溢流孔 17. 大端軸承座 18. 大端帶輪 19. 小端排渣孔圖2 臥式螺桿離心機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖

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)鼓由主電動機(jī)驅(qū)動大端帶輪轉(zhuǎn)動，差速器由副電動機(jī)驅(qū)動小端帶輪轉(zhuǎn)動，差速器帶動螺旋推進(jìn)器轉(zhuǎn)動。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)如表2所示。

表2 臥式螺桿離心機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

項(xiàng)目技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)鼓直徑/mm650長徑比4.3轉(zhuǎn)鼓額定工作轉(zhuǎn)速/(r·min-1)2200(變頻無級調(diào)速)轉(zhuǎn)鼓最大工作轉(zhuǎn)速/(r·min-1)2500(變頻無級調(diào)速)轉(zhuǎn)速差/(r·min-1)10～35(變頻無級調(diào)速)最大分離因數(shù)2270主電機(jī)功率/kW45.9

如圖3所示：來自前系統(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。

1. 沉降槽 2. 沉降槽底流泵 3. 電磁流量計(jì) 4. 臥式螺桿離心機(jī) 5. 無軸螺旋輸送機(jī) 6. 電控系統(tǒng) 7. 絮凝劑自動投配裝置 8. 絮凝劑泵 9. 電磁流量計(jì)圖3 含渣黑水處理工藝流程

2.3 與帶式壓濾機(jī)對比

(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)速差和扭矩會自動跟蹤調(diào)整，無需安排專人操作；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)生的水霧和臭味會污染環(huán)境，如果管理不善，會造成泥漿四溢。

(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[3]。

如表3所示，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)對含水量要求不高，濾餅水分含量略偏高也可接受。

表3 臥式螺桿離心機(jī)與帶式壓濾機(jī)技術(shù)指標(biāo)對比

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-1)17～2217～22進(jìn)料質(zhì)量濃度/(g·L-1)117.3～208.8117.3～208.8濾餅含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%35.6～41.234.6～39.0濾液質(zhì)量濃度/(g·L-1)10.1～18.616.3～20.5絮凝劑日耗量/kg12.5～17.914.2～18.8系統(tǒng)水質(zhì)/NTU40～7050～85

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)是通過對主機(jī)轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速)和差速的調(diào)整來操作。主機(jī)轉(zhuǎn)速越高對物料分離越有利，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提高；如果差速過小，運(yùn)行過程中可能會因物料聚集在轉(zhuǎn)鼓中而造成主機(jī)過載。

通過現(xiàn)場檢測和處理效果評定，設(shè)置主機(jī)操作轉(zhuǎn)速為2 000～2 300 r/min，差速為16～25 r/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2 300 r/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30 r/min。

當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速為2 100 r/min、分離因數(shù)為2 200、進(jìn)料量為17～22 m3/h、進(jìn)料質(zhì)量濃度為117.3～208.8 g/L時(shí)，對絮凝劑添加量進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 絮凝劑添加量試驗(yàn)結(jié)果

差速/(r·min-1)絮凝劑日耗量/kg濾液質(zhì)量濃度/(g·L-1)濾餅含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%1615.210.835.51817.911.035.51815.211.536.31812.512.839.4189.815.942.02015.212.938.82215.215.041.52415.219.844.5

由表4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12.5～15.2 kg。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18 r/min時(shí)，降低轉(zhuǎn)速對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)3 kN·m，接近設(shè)定的聯(lián)鎖停車值(5 kN·m)。因此，差速設(shè)置為18 r/min。

3.2 機(jī)身振動大

在運(yùn)行初期，臥式螺桿離心機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)因機(jī)身振動大而跳車的現(xiàn)象，而引起離心機(jī)振動的直接原因是轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部存在不平衡。通過現(xiàn)場觀察和分析，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

加注潤滑油脂時(shí)未遵循“按時(shí)加注不過量的原則”(表5)，超期不加注或一次性加注過量都會造成軸溫偏高而引發(fā)報(bào)警。潤滑油脂具有潤滑散熱的作用，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)熱量無處散發(fā)而造成軸溫偏高。

表5 潤滑油加注量

潤滑點(diǎn)潤滑周期加入量/g加注時(shí)機(jī)2個(gè)主軸承潤滑點(diǎn)(位于主軸承座上)12h3～5(油槍加注2～3下)主機(jī)開機(jī)狀態(tài)2個(gè)軸承潤滑點(diǎn)(位于主軸承座與罩殼之間)10d30～35主機(jī)停機(jī)狀態(tài)輔助支撐潤滑點(diǎn)(位于差速器旁)10d30～35主機(jī)停機(jī)狀態(tài)

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自動降低轉(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，需要在進(jìn)料后的30 min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

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。