離心脫水機設備在連鑄污泥處理中的應用

王達

（濟鋼國際工程技術有限公司，山東濟南 250101）

1 引言

在煉鋼連鑄機生產過程中，所產污水中含有大量鐵屑、油污、塵泥等成分的物質，為了節能環保，降低新水消耗量，對連鑄污水采取一、二級處理達到設備用水水質要求后，使連鑄澄清水循環重復利用；產生污泥中富含Fe2O3成分高達50%以上，含水率高達75%～85%，如不經過處理直接排放，不但造成巨大的經濟損失，還產生嚴重的環境污染和社會公害，歷來為環保部門所嚴厲禁止。為了節能降耗和改善環境，實現連鑄生產清潔化，通常采用“帶式或板框壓濾”傳統工藝對連鑄污泥進行處理，卻帶來了諸多問題。因此，開發新型的高效連鑄污泥脫水設備成為污泥處理領域迫切需要和重要課題。連鑄污泥“離心脫水機”設備隨著污泥脫水技術日臻成熟，應耘而生，在濟鋼一煉鋼3號連鑄機大修工程設計中首次應用于實踐，取得了較為理想的效果。

2 概況

濟鋼一煉鋼廠為淘汰落后連鑄工藝，提高工藝技術裝備水平，優化、改善品種結構，生產高附加值、具有市場競爭優勢和前瞻性技術的專用板，對3號連鑄機工藝進行了整體優化和升級改造。由此涉及的水處理設施改造內容繁瑣而錯綜復雜，結合此次水處理設施改造新建一套懸浮液脫水設施，使連鑄懸浮液得到有效處理和回用，變廢為寶，創造更大經濟效益。新建脫水設施本著統籌考慮、完善工藝、優化系統、克服先天弊病原則，將120小方坯懸浮液處理也納于此次設計中。

根據連鑄懸浮液水質特點，借鑒當前污泥處理技術最新研究成果，確定污泥處理流程見圖1。

圖1 污泥處理流程圖

3 離心脫水機工作原理

離心脫水機工作原理參見圖2。

圖2 離心脫水機組裝圖

懸浮液自進料管連續輸入機內，經螺旋輸送器的內筒出料口均勻分配進入轉鼓內，在高速旋轉離心力作用下，懸浮液在轉鼓內形成一環形液流，因懸浮液中雜質粒子離心力與密度成一次方關系，密度愈大，離心力愈大；懸浮液中密度較大粒子在離心力作用下被摔沉降到轉鼓內壁上，上清液則被擠推向轉鼓內環處，由于差速器的差動作用，使螺旋輸送器與轉鼓之間形成相對運動，沉渣被螺旋推送到轉鼓小端的干燥區進一步脫水，被收集在機殼內沉渣隔倉內，然后經出渣口重力排出機外。液相形成一個內環，環形液層深度是通過轉鼓大端的溢流擋板進行調節的，分離后的上清液被水流緩慢推移至離心脫水機出水側，溢流進入分離液隔倉內，經溢流孔排出，沿排水立管自流至機外排水管中。為了提高離心機污泥脫水效率，加快泥水分離速度，保證出泥含水率符合運輸要求，向進污泥中投加絮凝劑和助凝劑促使電解質脫穩、破乳、分離、懸浮顆粒相互凝聚抱團成大的絮狀物，大大加快其從水中分離出的速度，提高離心機出水效果。

為了保證離心機使用壽命，必須嚴格按照設備工作、使用、操作規范書運作，強化設備維護、管理和設備正常點檢，要保證離心機運轉正常后方能進泥脫水，停止進泥后方能停運離心機。離心機停運期間要保證清水沖洗干凈。

4 離心脫水機主要優點

1)應用范圍廣，能廣泛地用于化工、石油、食品、制藥、環保等需要固液分離的領域。能夠完成固相脫水，液相澄清，液-液-固、液-固-固三相分離，粒度分級等分離過程；

2)對物料的適應性較強，能分離的固相粒度范圍較廣（0.005～2 mm）,在固相粒度大小不均時能照常進行分離；

3)能實現全自動、連續、長期運轉和全封閉環保生產，維修、管理、操作方便;

4)單級生產能力大，結構緊湊，占地小，操作費用低；

5）固相沉渣的含濕量一般比過濾離心機高，大致接近于真空過濾機；

6)固相沉渣洗滌效果不好。

5 離心脫水機結構組成

離心脫水機主要由高轉速的轉鼓、與轉鼓轉向相同且轉速比轉鼓略高或略低的螺旋和差速器等部件組成。

5.1 轉鼓

轉鼓是離心脫水機的主要部件，采用柱/錐形結構，這種結構機內液池容量大，處理能力和澄清效果高，長徑比大，應用范圍廣。

轉鼓由雙相不銹鋼整體離心鑄造而成，所有離心機鑄件都必須經過探傷試驗，不允許有任何鑄造缺陷。轉筒直徑應≥450 mm;轉鼓長徑比應≥4.5:1。轉鼓的半錐角≥15°。

轉鼓的內表面應裝有縱向AISI 316不銹鋼條，以防止固體在轉鼓內壁滑動而引起轉鼓內壁磨損。

每個固渣排放口應配有碳化鎢套筒保護。套筒上設有便于檢測的窗口，以方便觀察其磨損。保護套筒應可保持高速旋轉時的動平衡，并且可現場更換。

在轉筒圓柱段的末端應設有可調堰板，用來控制液層的深度。

5.2 螺旋輸送機

螺旋輸送機是離心脫水機的重要部件之一，采用連續式整體螺旋葉片結構。這種結構制造比較容易，也適合多種物料分離；為減少螺旋轉動對懸浮液的攪動，影響沉淀效果，葉片頭數采用單頭螺栓。

螺旋體由雙相不銹鋼焊接而成，為減輕物料對螺旋葉片磨損程度，對錐形段葉片的推料面進行硬化處理，如噴高強度合金或螺旋葉片采用可更換的耐磨碳化鎢保護片，其厚度應不小于3 mm，以確保設備長期無故障運行并減少設備維修費用。

螺旋卸料器的運行壽命（需維修）應不少于30000 h。

5.3 差速器

差速器是離心脫水機中最復雜、最重要的部件，其性能高低、制造質量優劣等決定了整臺離心機能否可靠正常的運行。

在離心機中，沉渣在轉鼓內表面的軸向移動都是靠螺旋與轉鼓之間的相對運動即轉速差實現的，而轉速差是靠差速器實現的。

5.4 電機

主電機為鼠籠式電機并帶有過熱保護。在任何正常運行情況下，電機均不得超過銘牌額定的負荷值。電機各個方向1米距離的噪聲不超過86dB(A)。電機應采用變頻調速器進行軟起動，以防止起動時引起的電負荷沖擊。

ALDEC G2-70利用ABB-EFF1高標準電機及阿法拉伐高效兩級行星齒輪箱組成的直接驅動式（Direct Drive）自動恒扭距差速控制系統，可調節離心機的脫水功能，以適應不同進泥特性，使脫水后污泥的含固率、固相回收率保持恒定，滿足設計要求。

5.5 其它

旋轉部件應用不銹鋼制成的外殼罩住，并形成全封閉以減少噪聲。罩殼底部應有澄清液與污泥餅排出的法蘭接口。污泥排放口應設有耐磨襯套。

離心機的支架由碳鋼制成并涂防護底漆、中間漆和面漆。應備有減振裝置。

彈性連接由離心機制造商提供，安裝在離心機與離心液管、離心機與固體排出槽、離心機進料管與污泥進料管線及與絮凝劑管道之間。彈性連接應采用物理、化學特性均能適應離心機運作要求的合成橡膠。

不銹鋼機殼表面應作鈍化處理，且無錘痕和劃傷。

6 技術性能

設備型號：ALDEC G2-60

單臺處理量： 20 m3/h

進料中含水率：93.0～95.0%w/w，總固體量≤1050 kg/h

脫水后泥餅含水率：≤40%w/w(絕干固體含量≥60%w/w)

絮凝劑（PAM）投加量：1.0～2.0 kg/t進料固體

上清液含懸浮物：≤500 mg/L

7 運行效果

離心脫水機設備2008年8月份建成投運至今，連鑄污泥實現了全部離心脫水處理，產生的干污泥被二次利用參與原料場配料，上清液全部回用于循環水系統，實現了“全閉路”“零排放”設計和環保要求，保護了周圍環境，節約了大量的寶貴地下水資源；經受住了生產實踐的考驗，達到了理想的運行效果，各項考核指標完全符合設備要求，運行資料表明：脫水效果良好，適用范圍大，運行穩定，運行成本低。該設備技術先進、實用、可靠，裝備水平處于國內同行業先進水平；另外，管理、維護方便，實現了計算機集中控制和自動化管理。

離心脫水機設備2009年3月份處理連鑄污泥實測數據曲線圖，如圖3所示。

圖3 連鑄污泥處理實測數據曲線圖

從圖3可以看出，1日～8日及23日～29日進泥量一般維持在16～20 m3/h之間，而9日～14日及15日～22日進泥量一般維持在6～12 m3/h之間，主要原因是國際金融危機對國內鋼鐵行業實體經濟沖擊嚴重顯現，及國家出臺的宏觀調控政策作用，市場對鋼材需求量大幅度下滑，出現了嚴重的疲軟現象。

濟鋼根據市場形勢及時調整生產布局和生產周期，9日～14日及15日～22日一煉鋼4號板或120小方坯單機生產，1日～8日及23日～29日4號板和120小方坯雙機生產。進泥含水率一般維持在89%～95%之間，而出泥含水率一般維持在28%～39%之間，達到了工藝技術設計參數和處理指標要求，從而證明此設備是先進、實用和可靠的。

8 結語

通過水處理系統運行情況分析，得出如下結論：

1)若干年以前，在處理污泥脫水的工藝中，往往采用板框壓濾機，而且是人工拆卸的板框壓濾機。它除了繁重的體力勞動以外，還需進行很不少的輔助操作。因為板框壓濾機無法直接過濾粘性的污泥，所以事先必須將大量的助濾劑對板框壓濾機的濾布進行涂布預處理，或將更多的助濾劑與污泥混合，便于過濾，再加入絮凝劑進行過濾。若助濾劑的投加量按處理量的3% 計，長年累月投入大量輔助之用的助濾劑是一筆不小的成本開支，并且板框壓濾機的操作是間隙進行的，無法連續操作。

2)因為板框壓濾機的明顯缺點，前幾年在處理污泥脫水的工藝中，帶式過濾機逐步替代了板框壓濾機。因為它能連續操作，無需助濾劑，免去了繁重的體力勞動。

經過一段時間的應用，其脫水后的渣，含水率仍然較高（50%左右）（鋼鐵廢水），絮凝劑的需要量大約為進料污泥量的0.4%或以上，繁重的體力勞動是不必了，但是，操作人員仍然無法離開帶式過濾機半步，要隨時調整過濾帶的方向和松緊，需經常更換濾帶，大量的反沖洗水及污泥的有毒氣體，使操作人員承受很大的工作壓力及不利的工作環境。

3)與以上污泥脫水設備相比，近幾年臥式離心機在污泥脫水處理應用中的優點，已明顯地顯現出來，無需操作工現場操作，一次開機，即能長時間連續運行；臥式離心機為全封閉運轉和全自動運行的設備，自動化程度高，無有毒、有害氣體外逸；絮凝劑用量大約為進料污泥量的0.3%以下，渣含水率在40%以下，方便汽車直接外運，維修成本是帶式壓濾機維修成本的60%左右，但臥式離心機實際耗電量卻是帶式壓濾機系統耗電量的1.2倍。

4)臥式離心機缺點是電耗、設備價格偏高，但土建投資和占地面積較板框壓濾機和帶式過濾機大幅度降低，且維護費用、備品備件費用、人工費用均大幅度降低。

5）三種設備優缺點比較見表1所示。

表1 三種設備優缺點比較

6)綜上所述，此臥式離心機為首次在濟鋼冶金污泥處理領域應用并獲得成功，開創了濟鋼連鑄領域應用臥式離心機處理連鑄污泥的先河，目前已成功應用于軋鋼污泥處理且取得了十分理想的效果，是一種較為先進的值得推廣和應用于其他污泥處理領域的污泥處理設備。