臥螺離心機在五環(huán)爐黑水處理系統(tǒng)運行中的問題分析及處理

萬國鵬

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司(以下簡稱龍宇煤化工)二期40萬t/a醋酸裝置的項目，合成氣由兩臺新型WHG干煤粉加壓氣化爐提供。五環(huán)爐裝置所用的煤粉顆粒較細，致使合成氣中帶有大量的小顆粒飛灰，為了得到“干凈的”合成氣，必須通過灰水進行洗滌降溫、除去飛灰，致使氣化爐裝置產生的黑水中灰分直徑較細且顆粒濃度較高，而分離出含有細灰的灰漿難度較大，為了保證五環(huán)爐水處理單元能夠長周期穩(wěn)定運行，選用合適的灰漿分離設備顯得十分重要。龍宇煤化工經(jīng)過考察多家分離設備的廠家，通過試驗對比各設備之后，發(fā)現(xiàn)臥螺離心機能在全速運轉下，連續(xù)進料、分離、洗滌和卸料，具有運轉平穩(wěn)、連續(xù)操作、結構緊湊、適應性強、生產能力大的優(yōu)點，因此最終決定黑水處理系統(tǒng)的分離設備選用臥螺離心機。但經(jīng)過長周期運行，也暴露了很多的新問題，比如臥螺離心機振動大、軸溫高、電流高、濾餅含水率高等，針對制約臥螺離心機運行中凸顯的問題進行剖析，采取了許多解決方法，下面就針對運行過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法進行論述，希望為同行提供幫助。

1 五環(huán)爐黑水處理單元工藝流程原理

首先，將一定粒度的原煤經(jīng)磨煤機磨制成大部分≤90 μm的煤粉，經(jīng)4條粉煤管線從煤粉給料罐底部送出，與空分裝置送來的高壓氧氣同時經(jīng)煤燒嘴噴入氣化爐內，在高溫、高壓下發(fā)生部分氧化還原反應，生成的粗合成氣主要成分為CO、H2，同時產生大量的飛灰隨合成氣帶走。攜帶飛灰的合成氣在激冷段初次被激冷固化，然后經(jīng)輸氣管送往激冷罐，在激冷罐內再次被激冷水冷卻、降溫和洗滌除灰，使大量的飛灰被激冷水帶走，形成黑水排至閃蒸系統(tǒng)；然后含有少量飛灰的合成氣進入濕洗單元，經(jīng)過文丘里洗滌器和濕洗塔進一步降溫、洗滌除灰，使合成氣中的少部分飛灰再次被灰水帶走排至閃蒸系統(tǒng)。流動的熔融液態(tài)渣流入渣池，熔渣迅速淬裂成玻璃狀的顆粒，大顆粒的渣通過渣鎖斗系統(tǒng)排至撈渣機，由撈渣機撈出后通過長皮帶送往渣場。在渣水中殘余的細渣及未反應的粉煤顆粒懸浮物，由細渣漿排出泵送至澄清單元。

五環(huán)爐粉煤加壓氣化裝置采用三級閃蒸工藝，對含有飛灰的氣化爐激冷罐和合成氣洗滌塔排出的黑水進行降壓減溫、熱量回收，產生的0.6 MPa高壓閃蒸酸性氣外送至硫回收系統(tǒng)使用；黑水分別進入中壓閃蒸罐、低壓閃蒸罐和真空閃蒸罐，依次進行閃蒸降溫，分離下來的濃度較高的黑水則被回收到澄清槽進行初步處理，由于飛灰顆粒較細，必須加入絮凝劑才能把黑水中的飛灰去除，回收利用灰水；與絮凝劑混合后，在澄清槽內進行絮凝沉降，上部溢流的澄清水進入到灰水槽，沉降槽底部濃縮的灰漿由沉降槽底流泵送至灰漿貯槽，經(jīng)灰漿槽底流泵送到臥螺離心機進行分離，產生的濾餅送出界區(qū)，濾液則被送至澄清槽再次澄清處理。

2 臥螺離心機的工作原理

圖1 臥螺式離心機結構

臥螺離心機的工作原理如下：轉鼓與螺旋以一定差速同向高速旋轉，物料由進料管連續(xù)引入輸料螺旋內筒，加速后在出料口處被甩到轉鼓內側，在離心力作用下，質量較大的固相物料沉積在轉鼓壁的最內側，質量較小的清液在上面，使固液混合介質中的水分和固體物質分離出來，兩者的差速由差速器來控制；清液通過流道由轉鼓大端溢流口連續(xù)排出，進入收集槽回收處理，固體物料被螺旋連續(xù)不斷地推至轉鼓出料端，經(jīng)排泥口排出機外，如此不斷運行，達到固液分離的目的。臥螺離心機的工藝流程見圖2。

圖2 臥螺離心機的工藝流程

3 主要工藝及設備技術參數(shù)

(1)臥螺離心機進料灰漿參數(shù)：w(固含量)約為10%；單臺處理灰漿能力為20～25m3/h。

(2)臥螺離心機出料參數(shù)：脫水后的污泥含固率60%～70%；濾液中的SS(懸浮物)質量分數(shù)≤0.1%。

(3)進料中飛灰粒徑參數(shù)(進料固體粒徑分布)：≤1 μm約10%～20%，≤2 μm約25%～40%，≤5 μm約45%～80%，≤10 μm約60%～90%，≤20 μm約75%～95%。

(4)臥螺離心機設備主要參數(shù)見表1。

表1 臥螺離心機設備主要參數(shù)

4 臥螺離心機運行中存在的問題及對策

為了更好、更快、更高效地處理黑水，需要加入絮凝劑，而絮凝劑的加入會造成灰漿的黏性增大，給五環(huán)爐水處理裝置帶來了很大的難題，易造成設備運行不穩(wěn)定、經(jīng)常聯(lián)鎖跳機，致水處理單元無法滿足處理五環(huán)爐裝置所排放黑水的要求，導致現(xiàn)場灰漿槽溢流。隨著環(huán)境污染治理的要求越來越嚴格，保證臥螺離心機的穩(wěn)定運行是目前面臨的新課題。

臥螺離心機故障后無法啟動，需要進行整機維修，維護成本較高、維修費用高、維修周期長、檢修量大，已給黑水處理系統(tǒng)的生產造成了隱患，返廠檢修維修費用每年約100萬元，大大增加了設備維修成本，給龍宇煤化工造成了很大的經(jīng)濟損失。

2)若突發(fā)事件不改變市場價格，僅導致市場需求改變，市場需求增大時(NG(q)>Q*)，需求為X～N(12000，3002 )正態(tài)分布；市場需求縮小時(NG(q)

4.1 臥螺離心機內部磨損問題

由于進入臥螺離心機的灰漿含有飛灰顆粒且濃度較高，而為了達到較好的分離效果，使產出的濾餅含水率符合要求，減少現(xiàn)場因濾餅含水量太高造成的環(huán)境污染問題，臥螺離心機轉速在運行時達到了2 000 r/min，轉鼓和螺旋在濃度較高的灰漿中高速旋轉，使臥螺離心機的磨損問題進一步加重，縮短了臥螺機的正常使用周期。通過拆檢臥螺離心機發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常出現(xiàn)磨損的位置有螺旋葉片邊緣、轉鼓出料口、螺旋出漿口等，磨損情況見圖3、圖4。

圖3 螺旋葉片大部分磨損嚴重

圖4 螺旋出料口磨穿

為解決上述磨損問題，對易磨損的部位進行了改造，主要通過以下途徑來解決。

4.1.1臥螺離心機螺旋葉片及出泥口磨損處理

由于原螺旋葉片材質不耐磨，當臥螺機內部固含量增加時，葉片在內部高速旋轉，特別是當出現(xiàn)葉片掛泥，造成轉股內部堵塞時，大量的灰漿顆粒對螺旋葉片進行高速沖刷，使葉片逐漸磨穿、長度變短；當葉片變短后，使臥螺機內部空隙變大，內部的積泥更厚，無法及時排出，最終造成聯(lián)鎖跳機。由于內部積泥量大且黏度高，通過一般的臥螺機沖洗程序無法完全沖掉，只能把整個臥螺機解體(見圖5)，抽出螺旋葉片進行人工清理，工作強度較大、整個檢修周期較長，造成備機無法及時備用，給五環(huán)爐黑水處理系統(tǒng)造成較大的運行隱患。

圖5 臥螺離心機解體，人工進行清泥

改進措施如下：在螺旋出料口鑲可更換的碳化鎢硬質合金襯套，螺旋葉片鑲可更換的碳化鎢硬質合金，提高其耐磨性，且不易脫落，延長了使用壽命、減少設備維修費用。所有耐磨片推泥側和螺旋葉片設置在同一個面，以防止葉片出現(xiàn)掛泥堵塞情況。改造后基本解決了螺旋葉片易出現(xiàn)磨損的問題，減少了臥螺機內部積泥的情況，提高了設備運行穩(wěn)定性，延長了臥螺離心機運行周期，降低了檢修勞動強度。

4.1.2臥螺離心機轉鼓出料口磨損處理方法

原臥螺離心機出泥口為普通材質，沒有耐磨防護，由于螺旋把較干的物料推出，物料在轉鼓高速旋轉離心力的作用下被高速甩出，同時對轉鼓出料口造成磨損，速度越高，磨損越大(見圖6)。

圖6 臥螺機出料口磨損情況

改進措施如下：將臥螺離心機出泥口鑲嵌陶瓷耐磨材料(見圖7)，減少物料甩出時對其的沖刷，增加了耐磨強度，提高運行周期。通過以上途徑解決了出泥口磨損的問題，增加耐磨襯里后出料口基本未出現(xiàn)磨損的問題，大大延長了臥螺機轉鼓的使用周期。

圖7 臥螺機出料口增加耐磨襯里

4.2 臥螺離心機振動大的問題

臥螺離心機在運行時經(jīng)常出現(xiàn)因振動大而聯(lián)鎖跳機的現(xiàn)象，無法長時間穩(wěn)定運行。結合現(xiàn)場臥螺式離心機維修及操作的經(jīng)驗，總結出造成臥螺離心機振動大的主要原因。

4.2.1氣化爐使用煤種對臥螺離心機運行的影響

五環(huán)爐可適用的煤種較寬，為了節(jié)約生產成本、廣開煤源，減少煤市場供應的制約因素，龍宇煤化工一直采用本地與外地混合配煤的方式，當所配煤種出現(xiàn)不均勻或者煤質發(fā)生變化、煤種灰分波動時，易造成五環(huán)爐工況發(fā)生變化，使所處理的灰漿黏度也隨之發(fā)生變化，黑水處理系統(tǒng)的所有臥螺離心機都因無法分離導致轉鼓內嚴重積泥，使轉子受物料影響而不平衡，造成臥螺離心機振動大而聯(lián)鎖跳機。

4.2.2絮凝劑添加量對臥螺離心機運行的影響

通過添加絮凝劑將黑水中的較細飛灰聚合，成為大顆粒后才能加速沉淀分離，然后將聚合沉淀的灰漿經(jīng)泵送至臥螺離心機進行固液分離。當黑水中絮凝劑添加過量時，會對臥螺離心機運行造成一定的影響。

第一，由于運行經(jīng)驗不足，當煤種灰分發(fā)生變化，澄清槽處絮凝劑添加量未及時調整；第二，操作人員對澄清槽絮凝效果關注度不夠，如當澄清槽水質發(fā)生變化，而未及時根據(jù)現(xiàn)場水質調整絮凝劑添加量時；第三，操作人員責任心不強，配制絮凝劑時，未按照要求操作，造成藥劑質量不高。以上原因可能導致絮凝劑的添加過多，造成灰漿黏性增大，進入臥螺離心機后黏附在轉鼓內壁，無法正常分離，最終造成內部積泥，使臥螺機電流高、振動大。

4.2.3內部轉動部件變形對臥螺離心機運行的影響

臥螺離心機內部轉動部件磨損，造成轉子質量偏差，就會產生較大的偏心力，這是引起臥螺離心機轉子轉動時不平衡的根本原因，也是造成離心機振動較大的根本原因。

4.2.4內部積料堵塞對臥螺離心機運行的影響

隨著臥螺離心機運行時間的增加，在臥螺機出料口處，由于物料具有一定的黏性，一部分物料在外殼內壁黏附而逐漸累積。當累積達到一定程度，使臥螺機內部的泥無法順利排出，造成內部積料堵塞；另外一種情況是螺旋和轉鼓內不斷堆積，牢牢吸附在內壁，引起流道堵塞。以上兩種情況都會使臥螺機產生不平衡力，增加振動值。

4.2.5軸承磨損對臥螺離心機運行的影響

臥螺離心機軸承以潤滑脂潤滑，當操作人員不按照規(guī)定添加潤滑脂或者內部積泥嚴重、設備負荷過高時，都會造成軸承磨損，而軸承磨損、軸承間隙過大，也會引起振動位移加大，導致機組的振動值升高。

針對以上原因，為防止臥螺機因振動造成設備損壞，確保臥螺機能夠穩(wěn)定運行，提出以下解決措施：①定期對臥螺機進行內部檢查，針對臥螺機內部磨損原因分析和修復，解決臥螺機磨損的問題，有效延長了臥螺機的使用周期，為系統(tǒng)的長周期運行提供保障；②穩(wěn)定煤種、保證配比質量，保證藥劑添加按照規(guī)定執(zhí)行，加強藥劑配比、加藥量方面的日常檢查與管理，確保煤種變化小、加藥穩(wěn)，保障臥螺離心機進料物性穩(wěn)定；③加強對臥螺離心機日常維護保養(yǎng)方面的管理，按照“五定”原則對設備進行潤滑管理，為臥螺機穩(wěn)定運行奠定基礎；④加強臥螺離心機備機管理，定期切換，及時清理內部及出口的積料，防止臥螺機積料堵塞，減少內部轉動部件磨損，以保證臥螺機長周期穩(wěn)定運行。

5 結語

總結臥螺離心機日常維護經(jīng)驗，加強對臥螺離心機在磨損、煤種變化、藥劑添加、設備維護管理等方面的研究，分析引起臥螺離心機振動大、軸溫高、電流高、濾餅含水率高等問題的原因，并制定相應的處理措施，使臥螺離心機系統(tǒng)更加穩(wěn)定和安全可靠，制定提前加脂、定期盤車等維護計劃，使機組處于最佳工作狀態(tài)，延長臥螺離心機的使用壽命。既解決了影響臥螺離心機在五環(huán)爐黑水處理系統(tǒng)中運行的問題，又保證了臥螺離心機的長周期、穩(wěn)定運行。