板框壓濾機螺桿泵進料過程分析

田磊 武思拓

摘 要：本文對板框壓濾機污泥脫水過程進行介紹，重點對螺桿泵作為壓濾機給料泵的壓力、流量性能曲線進行分析，提出了壓濾機系統流量、壓力隨時間變化曲線，以及壓濾機給料泵進料過程控制方案。

關鍵詞：板框式壓濾機；螺桿泵；過程控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.031

板框壓濾機廣泛應用于印染、制革、電鍍、化工、化纖、環保等行業的固液分離過程，特別適用于規模小且對脫水率要求較高的環保工程污泥脫水工藝[1]。

板框壓濾機與進料泵是污泥脫水系統的主要組成，利用進料泵將污泥泵入壓濾機腔室，通過壓力作用，部分水分子穿過濾布、濾餅形成濾液排出，污泥隨著水分減少逐漸干化，一般污泥含水率在80%左右時即可成餅，從壓濾機卸出，完成脫水過程。現階段對混合填埋污泥含水率的基本要求為≤60%，研究表明，泥餅含水率與進料壓力和壓濾機腔體厚度成正相關關系，在腔體厚度一定的情況下，進料壓力決定著污泥含水率的高低[2]。也就是說，隨著泥餅含水率要求的提升，對壓濾機進料泵提出更高的要求。

以往關于污泥脫水系統的研究多集中在壓濾機自身技術發展或泵的研發[3-5]，對壓濾過程及泵的進料過程研究較少，特別是以螺桿泵為進料泵的污泥脫水過程鮮有報道，本文通過對污泥脫水螺桿泵壓力、流量曲線進行分析研究，對板框壓濾機螺桿泵的進料過程進行說明，以豐富壓濾過程及泵的進料過程研究，特別是以螺桿泵為進料泵的污泥脫水過程的研究內容。

1 壓濾系統污泥脫水過程

板框式壓濾機的過濾過程可簡單分為進料和卸料兩步，其中進料階段可根據進料泵的工作狀態進一步細分為以下三個階段[2， 3]。

入料期。濾布過濾階段，過濾阻力小，進料壓力的增加抵消了污泥和濾布阻力對過濾性能的影響，進料泵開啟后很快上升至最大流量，泵的出口壓力緩慢升高；此階段濾液固含量較高，為控制濾液固含量需對泵的最大流量進行控制。

壓濾期。可進一步細分為兩個過濾期：第一，隨著濾布截留物增加，濾布內表面逐漸形成濾層，過濾阻力快速加大，泵的流量相應降低，壓力迅速上升；第二，濾層形成，過濾阻力增加保持恒定，泵的流量下降和壓力上升穩定變化。這一轉變主要是因為隨著濾餅固含量的提高，壓力對濾餅的過濾性能提升愈來愈小。

保壓期。恒壓運行，由于泵的出口壓力不能再增大，而過濾阻力因濾層滲透阻力增加而不斷增大，過濾性能下降，此階段壓濾機工作效率迅速降低；與此同時，濾餅的固含量達到極限，濾餅的含水率不隨過濾壓力的增加而增加。當進料量下降至設定值時，停止進料，壓濾過程結束。

2 壓濾機給料泵性能曲線

一般污泥脫水系統進料為生物污泥和化學泥，含水率基本在98%左右，流動性良好，給料泵為渣漿泵和螺桿泵。離心式渣漿泵是在單級離心式清水泵基礎上發展起來的，單套泵流量可達每小時數千方，主要局限是效率略低，揚程一般在百米以內。普通渣漿泵的揚程-流量曲線一般比較平坦，也就是流量變化較大而揚程變化較小，與壓濾機進料要求不符，特別是在污泥脫水過程，因每個壓濾周期接液部分均承受交替的徑向力，常因選型不當，造成軸封失效，電機過載、斷軸等[4，5]。螺桿泵在配套板框壓濾機方面很好的規避上述問題。

單螺桿泵是容積泵的一種，適用于從低粘度到非流動性介質，含有或不含固體物料、具剪切敏感性、粘性或腐蝕性介質，特點是不受壓力和粘度波動影響連續低脈沖輸送流體，單泵壓力最大可達2.4MPa。單螺桿泵流量與轉速成正比，配合變頻可與壓濾進程合理匹配；研究表明，當工作壓力達到拐點壓力時，流量隨著壓力的增大急劇下降；另一方面，單螺桿泵的扭矩與工作壓力成正比關系，而與其他的矢量關系不大[6，7]，這些特性可確保進料末期低流量階段壓力的穩定輸出。

以下對型號為M063-025型單螺桿泵（功率7.5kW，出口最大壓力0.8Mpa）運行性能曲線進行說明，圖中虛線表示泵制造商用清水（20℃ 1×10-3Pa·s）做出的的性能曲線。

污泥來料為1～2%生物或化學污泥，其粘度比清水高得多，因而其性能曲線（流量-轉速）應下移，（功率-轉速）曲線要上移，修正后初步得到實線曲線（圖1），該曲線是估計的運行性能曲線，在實際調試中，要根據實測值進行確認和修正，用作運行調度的指導曲線。

圖1曲線表明，螺桿喂料泵最大流量為24m3/h，最小流量為14m3/h（設定運行終點值）。變頻控制分二階段進行，初期以400rpm（轉/分）等轉速滿頻升壓降流量運行，流量很快由0升到24m3/h，再由24m3/h降到19m3/h，出口壓力由0.1MPa遞增到0.8MPa，然后第二階段以0.8MPa等壓控制的條件下，通過降頻，即降轉速實現降流量運行，即保持0.8MPa出口壓力，轉速由400rpm降到320rpm，流量由19m3/h降到14m3/h。

3 壓濾機給料泵進料過程控制

（下轉第15頁）

（上接第35頁）

壓濾機過濾是一個由單純膜濾逐漸轉化為濾餅層過濾的過程，濾餅層的不斷增厚，過濾阻力不斷增大，要求過濾壓頭也不斷增大，直到壓濾機允許的限定壓力為止。結合壓濾系統污泥脫水過程分析和螺桿泵的性能曲線，壓濾機給料泵流量壓力隨時間變化曲線如圖2。

M063-025型螺桿泵壓濾期間通常控制的流量時間曲線和壓力時間曲線。其控制過程可分四個階段，第一階段（Ⅰ區）恒滿頻運行，在此期間因過濾逐漸形成鹽泥濾層，阻力增大，來料壓力由0逐漸增大到0.1MPa。此時流量因起始阻力小而激增到24m3/h，此后逐漸下降到22m3/h。第二階段（Ⅱ區）阻力因鹽泥濾層不斷加厚而令水壓由0.1MPa增大到0.58MPa，流量由22m3/h降到19m3/h；第三階段（Ⅲ區）鹽泥濾層繼續加厚，阻力繼續增大，水壓由0.58MPa水頭逐漸增大到工藝規定上限壓力0.8MPa，流量由19m3/h降到16m3/h，第四階段（Ⅳ區）恒壓（0.8MPa）運行，由于壓力不可能再增大，而阻力因濾層在加厚而不斷增大，流量也由16m3/h降到14m3/h，停進料泵，完成一個過濾周期。

4 總結

現進板框壓濾污泥脫水系統已經大規模工業化應用，本文對板框壓濾機污泥脫水過程進行介紹，重點對螺桿泵作為壓濾機給料泵的壓力、流量性能曲線進行分析，提出了壓濾機系統流量壓力隨時間變化曲線，以及壓濾機給料泵進料過程控制方案。補充了壓濾過程及泵的進料過程研究，特別是以螺桿泵為進料泵的污泥脫水過程的研究內容。

參考文獻：

[1]李英昌，周志鴻.板框式壓濾機技術發展概況[J].冶金設備，2007

（04）：42-45.

[2]朱桂華，高明泉，馬凱，唐嘯.廂式壓濾機濾室厚度優化設計研究[J].計算機仿真，2016，33（01）：234-238.

[3]崔彥凱.板框式壓濾機入料泵選型注意事項[J].通用機械，2012（03）：62-64.

[4]梁寅祥.氯堿工業中固、液兩相流泵選用分析[J].現代商貿工業，2009，21（23）：292-293.

[5]盧武科，張勝利.兩種渣漿泵在壓濾機上的使用對比[J].礦山機械，2002（02）：59.

[6]魏繼德.螺桿泵工作特性研究及應用[D].黑龍江，大慶石油學院， 2007.

[7]孫鵬程.井下水倉清淤技術研究及關鍵設備控制[D].河北工程大學，2013.

基金項目：陜西延長石油（集團）有限責任公司科技項目（平臺）資助項目（JT4117SKF0017）

作者簡介：田磊（1983-），男，碩士研究生，主要研究方向：工業水處理。