高效濃縮機(jī)在黑化集團(tuán)的應(yīng)用

王海濤,呂要偉

(1.華電鄭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司,河南 鄭州 450052;2.華電重工裝備有限公司鄭州分公司,河南 鄭州 450052)

0 引言

黑化集團(tuán)蒽德爐排放的灰水流量很大(2 000 m3/h),粉煤灰的質(zhì)量濃度只有 3～5g/L,必須經(jīng)過處理才能把粉煤灰從灰水中分離出來,使灰水凈化而返回系統(tǒng)循環(huán)使用。現(xiàn)有的灰水處理系統(tǒng)存在許多弊端,脫水時(shí)間長、脫水效果差、濕灰含水率高且不均衡、波動較大;同時(shí),占用大量的堆存場地,表層干后飛揚(yáng)污染嚴(yán)重,尤其在冬季,剛抓出的膏狀粉煤灰還未來得及瀝水即被凍結(jié),占用沉降池周圍大片場地,影響正常生產(chǎn)。因此,要從根本上解決上述難題必須尋求更合適的處理方法,增加新的脫水裝置。

根據(jù)工藝要求及灰漿特性,經(jīng)初步分析,采用目前在電廠普遍使用的高效濃縮機(jī)進(jìn)行固液分離的方法是可行的。如何制訂濃縮工藝方案,如何合理選擇濃縮機(jī)規(guī)格和臺數(shù),既保證其溢流水品質(zhì)(灰顆粒的體積分?jǐn)?shù)≤0.03%)又盡量減少投資成本,是該項(xiàng)目研究的目的。

1 高效濃縮機(jī)的結(jié)構(gòu)組成

高效濃縮機(jī)主要構(gòu)成如圖 1所示。

圖1 高效濃縮機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2 高效濃縮機(jī)的工作原理

該系列濃縮機(jī)是利用灰漿微料在液體中的沉積特性將固體與液體分離,再用機(jī)械方式將沉淀后的高濃度物料排出,從而達(dá)到高濃度排放及清水回收的目的。

濃縮過程:灰漿沿槽架通過送漿管經(jīng)中心部分支架上的分液口流入濃縮池,灰漿在經(jīng)交換套環(huán)時(shí),較粗的灰粒直接沉入池底,較細(xì)的顆粒隨溢流水沿四周擴(kuò)散,邊擴(kuò)散、邊沉淀,使池底形成錐形濃縮層。已沉淀后的灰漿通過濃縮機(jī)旋轉(zhuǎn),耙架下的耙齒逐漸向中心刮動,流入導(dǎo)流口,由高壓泵吸入(高濃度),而上面的溢流水從溢流槽流出,達(dá)到漿體濃縮、清水回收的目的。

(1)傳動裝置。當(dāng)驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),通過減速機(jī)、聯(lián)軸器帶動滾輪轉(zhuǎn)動。靠滾輪和軌道間的摩擦力(在北方考慮到冬季結(jié)冰的因素,改用滾輪支承,齒輪驅(qū)動)帶動傳動架繞中心點(diǎn)轉(zhuǎn)動,通過中心支架大軸承帶動轉(zhuǎn)筒、轉(zhuǎn)架、滑架、耙架及刮板轉(zhuǎn)動,從而使沉降在濃縮池底部的濃縮漿(淤泥)不會淤死,并逐步向中心移動,最后均勻、流暢地被排漿管(通過灰漿泵吸入)排走。

而沉降過程中的含灰粒水體向上部涌動(因?yàn)閬頋{不斷進(jìn)入),經(jīng)過斜板(濾網(wǎng))又產(chǎn)生二次沉降(由于濾網(wǎng)的影響,減少了紊流,使沉降均勻)。在斜板(濾網(wǎng))上部靠池邊緣布置了一圈溢流堰,沉降灰漿后的清水(含少量微粒)經(jīng)溢流堰流到溢流槽、溢流管,被送到澄清池或直接再次重復(fù)利用。

(2)提耙機(jī)構(gòu)。出現(xiàn)意外工況時(shí)(如進(jìn)漿量過大或進(jìn)漿過濃,或進(jìn)漿正常,但停機(jī)時(shí)間超過 0.5h,而此時(shí)可能排漿也已停止)均有可能出現(xiàn)淤耙現(xiàn)象,此時(shí)耙架轉(zhuǎn)動有困難,阻力太大。通過電控系統(tǒng)發(fā)出信號,提耙電機(jī)開始動作,將耙架提高約 300 mm,從而減少運(yùn)轉(zhuǎn)阻力,使得驅(qū)動電機(jī)正常啟動。當(dāng)驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 0.5 h后,人工操作將提耙電機(jī)反轉(zhuǎn),此時(shí)耙架靠自重下降回到原位工作(由于提耙機(jī)構(gòu)是由鋼絲繩吊掛滑架、耙架,所以耙架不會迅速下降,而是隨著淤泥的逐漸減少靠自重逐漸降到300mm,使耙架回到正常工作位置)。

當(dāng)再次出現(xiàn)驅(qū)動過載時(shí),提耙機(jī)構(gòu)電機(jī)投入運(yùn)行,將耙架提高 300mm,同時(shí)報(bào)警。

(3)進(jìn)漿管。進(jìn)漿管上部為進(jìn)漿功能,進(jìn)漿通過進(jìn)漿管孔洞、轉(zhuǎn)筒孔洞排向池中。下部為排漿功能,吸入的高濃度灰漿順漏斗進(jìn)入灰漿泵入口。

3 高效濃縮機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)

該系列濃縮機(jī)與其他同類產(chǎn)品相比,有以下技術(shù)優(yōu)點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn):

(1)中心軸承采用轉(zhuǎn)盤軸承,該軸承既能承受軸向力也能承受水平和傾斜力矩,解決了原設(shè)備止推軸承不能承受水平力而靠固定支架和回轉(zhuǎn)之間的直扣水平定位且經(jīng)常磨壞的問題,同時(shí)采取密封措施,大大延長了中心軸承的壽命。

(2)用三級行星齒輪減速機(jī)取代原設(shè)備低速比減速機(jī),取消了 1對開式齒輪減速,簡化了傳動系統(tǒng),大大提高了傳動系統(tǒng)的可靠性。

(3)用深層水平環(huán)流給料方式,縮小固體顆粒的沉降距離,增加顆粒的上浮阻力,使之成為過濾沉降。

(4)池內(nèi)設(shè)置上流式層流斜板(濾網(wǎng)),對微細(xì)顆粒起絮凝作用,實(shí)現(xiàn)二次沉降,從而大幅提高沉降效率﹑節(jié)省濃縮機(jī)占地面積﹑提高處理能力及溢流水質(zhì)量。

(5)該系列設(shè)備中心部分增設(shè)了耙架升降機(jī)構(gòu),不用人力清渣,可以解決因停機(jī)造成礦漿沉積不便啟動的困難。

4 高效濃縮機(jī)的計(jì)算及選型

首先,對灰漿特性及介質(zhì)物料特性進(jìn)行研究,對目標(biāo)灰漿在濃縮樣機(jī)里的狀態(tài)進(jìn)行模擬試驗(yàn)。前者為濃縮機(jī)沉淀面積計(jì)算提供依據(jù),后者為濃縮機(jī)技術(shù)參數(shù)的確定提供參考。

收到灰樣后,應(yīng)同時(shí)開展 2個(gè)方面的工作:對灰漿(按比例自行配制)及物料進(jìn)行物理特性測定,最重要的是對物料沉降的速率進(jìn)行測定;試驗(yàn)樣機(jī)制作及試驗(yàn)。

4.1 物料及灰漿特性測定

物料的質(zhì)量濃度為 1.43 kg/L;D50樣品的累計(jì)粒度分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到 50%時(shí),所對應(yīng)的粒徑為22.9μm。

(1)自由沉降試驗(yàn)。配制物料體積分?jǐn)?shù)為0.5%,7.5%,15%,22.5%,30%的溶液,分別倒入1000mL的量筒中進(jìn)行觀察測量,綜合測算 50%以上大顆粒物料沉降速率為 v0=0.21mm/s,超細(xì)顆粒沉降速率為 v0x=0.029mm/s,沉降速率很小。

(2)絮凝沉降試驗(yàn)。配制物料體積分?jǐn)?shù)為 1%的溶液,分別倒入 1000m L的量筒中,然后加入絮凝劑。5～7min后溢流水可達(dá)標(biāo)且上部水質(zhì)較好,綜合沉降速率可達(dá) v0=0.86mm/s,無明顯細(xì)小顆粒懸浮。因此,加入絮凝劑是解決細(xì)小顆粒沉降的有效方法。

4.2 樣機(jī)試驗(yàn)

按沉淀面積 1∶1370的比例縮小,制作 1臺簡易試驗(yàn)樣機(jī),給漿流量按比例控制在 0.1 t/h,模擬實(shí)際運(yùn)行狀態(tài),試驗(yàn)接近 60m in時(shí),基本達(dá)到進(jìn)出平衡,溢流水中灰顆粒的體積分?jǐn)?shù)接近 0.03%,試驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行 4h。4h后加入絮凝劑繼續(xù)進(jìn)行,溢流水質(zhì)則遠(yuǎn)優(yōu)于要求水質(zhì),灰顆粒的體積分?jǐn)?shù)約為0.015%。

4.3 試驗(yàn)結(jié)果評價(jià)

在沉降試驗(yàn)中,經(jīng)過反復(fù)多次試驗(yàn)對比和嚴(yán)格測算,得出沉降速率 v0=0.21mm/s,和實(shí)際情況比較接近,可以作為下一步設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)。絮凝沉降試驗(yàn)的意義,在于找到了細(xì)小顆粒沉降的解決方法,在制訂運(yùn)行工藝時(shí)可以考慮間斷加藥運(yùn)行;樣機(jī)試驗(yàn)可以證明,目標(biāo)灰樣通過濃縮工藝可以達(dá)到工藝技術(shù)要求。

4.4 沉淀面積的計(jì)算

沉淀面積理論上是和物料沉降速度成反比,和要求的溢流水品質(zhì)成正比,又和物料的物理特性、漿體質(zhì)量濃度變化、底流質(zhì)量濃度的要求、濃縮機(jī)構(gòu)造及參數(shù)等諸多因素有關(guān),要想精確計(jì)算是非常困難的。為使計(jì)算相對準(zhǔn)確,更為重要的是保證滿足工況實(shí)際要求,按照目前被業(yè)界認(rèn)同的幾種計(jì)算方法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

4.4.1 原始數(shù)據(jù)

灰水總流量,2000m3/h;進(jìn)漿的質(zhì)量濃度,3～5g/L;灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù),35%;底流質(zhì)量濃度,大于 300 g/L;溢流水中灰顆粒的體積分?jǐn)?shù),小于0.03%;沉降速率,v0=0.21mm/s(試驗(yàn)數(shù)據(jù))。

4.4.2 沉積面積的計(jì)算

(1)第 1種方法。按選礦的方法計(jì)算結(jié)果為3196m2。

(2)第 2種方法。按污水處理的方法計(jì)算結(jié)果為3000m2。

(3)第 3種方法。按電廠粉煤灰計(jì)算結(jié)果為4523m2。

4.4.3 計(jì)算結(jié)果評價(jià)

上述計(jì)算方法均為各行業(yè)根據(jù)長期運(yùn)行實(shí)踐總結(jié)出來的經(jīng)驗(yàn)公式,均帶有本行業(yè)物料特性的痕跡。第 1種方法中,由于礦物料一般密度較大,系數(shù)選擇上照顧這種因素,因此計(jì)算面積較小;第 2種計(jì)算方法中,雖然物料比較復(fù)雜,但由于物料含有大量有機(jī)物,容易形成絮凝。該種方法計(jì)算的前提與該課題工況差異較大,其進(jìn)漿與出漿的質(zhì)量濃度都遠(yuǎn)小于現(xiàn)在的工礦,同時(shí)池深需 8m,才能確保 12h的濃縮時(shí)間,計(jì)算面積也較小;第 3種計(jì)算方法比較符合該課題的工況特性,區(qū)別在于該課題的物料比一般電站粉煤灰粒度更細(xì),所以沉降速率更小,若按電站粉煤灰相同處理量考慮,沉淀面積 2000m2就夠了。

根據(jù)上述對計(jì)算結(jié)果的分析,可得出結(jié)論:濃縮機(jī)按 4500m2沉降面積設(shè)計(jì)是比較合適的,略偏保守,但考慮細(xì)小顆粒沉降更慢的事實(shí),以 4500m2作為濃縮機(jī)選型設(shè)計(jì)的依據(jù)是合理的。

4.4.4 近似工況比較

某用戶使用高效濃縮機(jī) ?8m,沉降面積 50×5=250(m2),來漿量約 80 t/h,漿體物料的體積分?jǐn)?shù)約 8%,溢流水中灰顆粒的體積分?jǐn)?shù)約為 0.015%(目測),出漿的質(zhì)量濃度不詳。

在對該用戶進(jìn)行考察時(shí),取回少量灰樣進(jìn)行比對,經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)灰顆粒明顯較粗,其沉降速率約0.4mm/s,為黑化集團(tuán)灰樣沉降速度的 2倍。若按其設(shè)計(jì)能力的一半來考慮,?8m高效濃縮機(jī)處理能力應(yīng)為 120 t/h左右,?20m高效濃縮機(jī)處理能力應(yīng)為 684 t/h左右。

4.5 濃縮機(jī)規(guī)格選型

選用 3臺 ?20m高效濃縮機(jī),每臺濃縮機(jī)沉淀面積為 1 500m2,同時(shí)濃縮機(jī)設(shè)計(jì)采取以下改良措施:合理選擇濃縮機(jī)的高度;合理選擇進(jìn)漿口的高度;合理選擇斜板長度、傾角、垂直距離;設(shè)置集泥斗;適當(dāng)加大穩(wěn)流筒深度。

4.6 工作制度設(shè)計(jì)

(1)設(shè)備運(yùn)行制度設(shè)計(jì)為開 3備 1,建議先選用3臺,“備 1”是否選用可根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀況再行討論。

(2)間斷加藥運(yùn)行,初步設(shè)計(jì)每班加藥 1次,每次100kg。

5 結(jié)束語

NSG20型高效濃縮機(jī)自 2008年在黑化集團(tuán)投運(yùn)至今,運(yùn)行情況良好。

NSG型高效濃縮機(jī)在國內(nèi)大量的火力發(fā)電廠高濃度的水力除灰灰漿的濃縮和清水回收,黑色金屬、有色金屬選礦廠的精礦濃縮及尾礦脫水中取得大量的應(yīng)用;同時(shí),該濃縮機(jī)也適用于化工、建材、城市污水等行業(yè)水處理系統(tǒng)的濃縮和脫水。