雙級活塞推料離心機在煤礦高鹽水處理中的應用

2021-08-26 05:19:42陳哲

煤炭加工與綜合利用 2021年7期

陳哲

(中煤西安設計工程有限責任公司，陜西西安 710054)

1 概述

陜北及鄂爾多斯地區部分煤礦井下排水量大、含鹽高，處理后多余的產品水需要用于周邊的煤化工或電廠等用戶，達到環境保護和資源的合理利用的目的。高鹽礦井水經高度濃縮后產生的高濃鹽水，一般需經過蒸發結晶工藝進行分鹽結晶，提取高純度的氯化鈉、硫酸鈉工業鹽。

煤礦高鹽礦井水在處理過程中，通過重介速沉裝置、高效沉淀池、V型濾池、超濾、反滲透、高密度沉淀池、多介質過濾器、弱酸陽離子交換器、脫碳塔、臭氧氧化、MVR降膜蒸發、MVR硫酸鈉結晶等典型工藝，實現水質達標，同時從中提取硫酸鈉進行資源化利用。硫酸鈉及雜鹽工段均使用雙級推料離心機進行脫水。

中煤西安設計有限責任公司在陜西延長石油10.00 Mt/a的巴拉素煤礦井下水處理工程中，在硫酸鈉工業鹽回收環節選用雙級活塞推料離心機，本文對該設備實際運行中存在的問題進行了分析，并提出了改進方案，可取得較好的運行效果。

2 雙級活塞推料離心機工作原理及運行特點

2.1 工作原理

雙級活塞推料離心機主要由泵機組、機座、軸承組合、推料機構、轉鼓、篩網、機殼、電控系統等組成。主機全速運行，懸浮液通過進料管進入裝在外轉鼓上的分配盤，在離心力的作用下將懸浮液均勻分布在轉鼓內板網，液態相經過板網縫隙泄出，固態相被板網截留形成濾渣層，經內轉股往復運動，濾渣沿轉鼓向外推移，通過集液槽排出。工作原理如圖1所示。

圖1 工作原理

其工作過程簡述：需要分離的物料A經調整固液比例后，通過進料管連續地供入離心機，由進料分配器將物料均勻地撒到第一級轉鼓上，通過篩網，大部分的母液在這里得到過濾，并由機殼匯集，經出口D排出機外，固體物料被截留在篩網上形成濾餅，在既旋轉又往復運動的第一級轉鼓的作用下，第一級轉鼓內的濾餅被推料盤逐漸推到第二級轉鼓內，使得它在篩網上的位置結構發生變化，并獲得更大的離心力。因濾餅在轉鼓內有足夠的停留時間，在強大的離心力作用下，它能達到很低的含水率。同時第二級轉鼓內的濾餅被第一級轉鼓逐漸向外推出，最后由機殼出口C排出機外。

當對固體純度有要求時，可在離心機內進行非常有效的洗滌，通過洗滌管B，洗滌液連續地噴灑到固體濾餅上，再經篩網、機殼排出機外。分離出來的母液與洗滌液可以分別收集排出。

2.2 運行特點

雙級活塞推料離心機是一種連續操作運行的過濾式離心機。全速條件下，可以實現進料、脫液、洗滌、干燥等過程。分離物料為0.07～5 mm、懸浮液固相體積比在30%～80%的短纖維狀物料。結構及性能特點：全自動連續運行，連續排渣，人工勞動強度小；結構緊湊，占地面積小，安裝維護方便；生產能力大，濾餅含水率低；布料均勻，振動小；濾餅可洗滌；可防止晶粒破碎。廣泛用于化工、制鹽、制藥、制堿、食品等行業。典型應用物料有：氯化鈉、硫酸鈉、芒硝等。

3 基本參數

3.1 分離因數

離心機轉鼓內的懸浮液或者乳濁液在離心力場中所受的離心力與其重力的比值，其反映分離強度大小，即是離心加速度與重力加速度的比值。分離因數以Fr表示：

式中，R——被分離物料在轉鼓內位置的半徑，m；

W——轉鼓的旋轉角速度，弧度/s；

g——重力加速度，9.81 m/s2；

n——轉鼓轉速，r/min；

m——轉鼓內物料的質量，kg。

分離因數是衡量離心機性能的主要指標，Fr越大，離心分離的推動力就越大，離心分離性能就越好。但對具有可壓縮變形濾渣的懸浮液，Fr過大會使濾渣層和過濾介質的孔隙堵塞，影響分離效果。

3.2 生產能力

雙級活塞推料離心機的生產能力以Ls表示，t/h，計算公式為：

Ls=(D-h)×π×h×Ln×(i×60)×ρ×η

式中，D——第一級轉鼓的直徑，m；

h——第一級轉鼓內濾餅的厚度，m；

Ln——推料行程，m；

i——推料次數，次/min；

ρ——濾餅堆積密度，t/m3；

η——濾餅壓縮率，%。

離心機的生產能力與轉鼓直徑、濾餅厚度、推料行程及推料次數有關。而直接影響離心機生產能力的可變參數是推料次數。在允許的濾餅水分條件下，提高推料次數將直接增加產量。

3.3 推料次數

雙級活塞推料離心機的推料次數以I表示，計算公式為：

I=q×n/v

式中，q——油泵的轉排量，mL/r；

n——油泵轉速，r/min；

v——活塞移動體積，dm3。

一般上式中雙級活塞推料離心機活塞移動體積是確定的，只要改變壓力油的排量，即可調整推料次數。

4 設備應用及存在問題

巴拉素煤礦礦井水處理站工程處理規模為54 720 m3/d，其中蒸發結晶工藝段處理規模為160.0 m3/h。處理工藝流程為：預處理+脫鹽+二次濃縮+蒸發結晶+零排放。蒸發結晶產出無水硫酸鈉最低要求達到工業鹽Ⅱ類合格品指標。混鹽含水率不大于10%。硫酸鈉資源化利用率達到95%以上，混鹽排放量小于5%。其主要技術參數為：HR800雙級活塞推料離心機2臺，用于分離硫酸鈉；HR400雙級活塞推料離心機2臺，用于分離雜鹽。

HR800雙級活塞推料離心機是一種連續操作連續運行的過濾式離心機，其工作原理見圖1。設備配置、物料性質、設備主要技術參數見表1～表3。

表2 物料性能及操作條件

表3 設備主要技術參數

在陜西延長石油巴拉素煤礦井下水處理站工程，HR800雙級活塞推料離心機處理硫酸鈉溶液時出現2個問題：

(1)離心機偶爾出現不推料情況；

(2)離心機出現一次油缸密封憋壞情況。

5 問題原因分析及解決方法

5.1 影響離心機分離效果的因素分析

HR800雙級活塞推料離心機的分離能力取決于固、液兩相密度差和沉降區長度，密度差越相近，即物料粘度越大，分離沉降效果越差。實際生產過程中，影響離心機分離效果主要有3個因素：進料溫度、進料速率、異常工藝條件。

(1)進料溫度可以直接影響母液的粘度，物料溫度越高，粘度越低，固相液膜越薄，細小物料越易沉降，毛細孔中所含物料越少，固相干燥度效果越好。

(2)進料速率越大，物料在轉筒內沉降不夠，分離效果差。固相物料沉降到轉鼓壁上的時間要小于物料在轉鼓內的停留時間。對同一種物料，不同的進料速率分離效果相差較大。

(3)異常工藝條件使物料呈現絮狀或者結晶含量不足，在這種條件下，分離效果受到很大影響。

(4)對于硫酸鈉等較難分離的物料，用高于物料溫度的蒸汽或熱水經常進行清洗，既能替換離心機中的母液，也可以把堵塞在轉筒內的固相物料清洗出來。離心機正常清洗1～2次/d。

5.2 運行問題的解決方案

經過運行分析發現，造成離心機偶爾出現不推料和離心機油缸密封憋壞的主要原因有2個方面。一是前期進料不穩定，經常出現斷料、濃度變低的情況。HR800雙級活塞推料離心機是一種連續進料的離心機，物料出現濃度太低或斷料情況時硫酸鈉會板結，從而造成離心機推不動的現象，離心機推不動時油缸壓力會過大，使油缸密封有憋壞情況產生。二是硫酸鈉是一種十分容易板結的物料，當離心機轉速過高時離心力過大使得硫酸鈉板結，從而造成離心機推不動的現象，離心機推不動時油缸壓力會過大，使油缸密封有憋壞情況產生。

通過調整前段MVR降膜蒸發工藝，保證離心機進料穩定，使得離心機在正常狀態下持續推料。另外更換離心機的皮帶輪，使離心機的轉速從1 100 r/min降為950 r/min(產量不受影響，產量和推料次數有關)。最終離心機出口硫酸鈉化驗報告見表4，達到離心機出口硫酸鈉指標要求。