臥式螺桿離心機在煤化工裝置上的應用

王德勝

(寧波中金石化有限公司 浙江寧波 315203)

多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置中的渣水系統是對水煤氣初步凈化過程中產生的黑水進行處理，使其中所含的固體和溶解的氣體得以分離，并部分回收黑水熱量。國內煤氣化裝置含渣水的煤灰濃縮(脫水)絕大部分采用帶式壓濾機，而寧波中金石化有限公司采用了臥式螺桿離心機。

1 離心機選擇的依據

煤氣化裝置產生的灰渣主要含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等成分，一部分較細的灰渣進入后系統形成含渣黑水。通過采樣分析，寧波中金石化有限公司煤氣化裝置的黑水含渣質量濃度為117.3～208.8 g/L，其粒徑分布如表1所示。

表1 黑水中灰渣粒徑分布(質量分數)

%

黑水可看作懸浮液，其中固相的粒徑和懸浮液的濃度是選擇分離設備的2個重要指標[1]，分離設備的選擇原則如圖1所示。

圖1 分離設備的選擇原則

由表1和圖1可看出，煤氣化裝置的含渣黑水濃度不高，顆粒尺寸大部分在50 μm以下，符合離心機的分離要求。

2 臥式螺桿離心機簡介

2.1 結構和原理

如圖2所示，臥式螺桿離心機是一種臥式螺旋卸料、連續操作的沉降設備，其結構比較復雜，主要由轉鼓、螺旋推進器、差速器、溢流擋板、軸承及軸承座、機座、進料和排渣系統、驅動系統、控制系統等組成[2]。

1. 進料管 2. 皮帶輪 3. 左軸承 4. 螺旋推進器 5. 進料孔 6. 機殼 7. 右軸承 8. 行星差速器 9. 溢流孔 10. 排渣孔 11. 底座 12. 過載保護裝置 13. 小端帶輪 14. 小端軸承座 15. 轉鼓 16. 大端溢流孔 17. 大端軸承座 18. 大端帶輪 19. 小端排渣孔圖2 臥式螺桿離心機結構簡圖

機殼內有2個裝在主軸承上的同心回轉部件，外部是無孔轉鼓，內部是螺旋推進器，轉鼓和螺旋推進器同心安裝在左端軸承和右端軸承上。正常工作時，轉鼓與螺旋推進器以一定差速同向高速旋轉，轉速差通過差速器來實現，通常為轉鼓轉速的0.2%～3.0%，差速器一般為行星齒輪箱。

轉鼓由主電動機驅動大端帶輪轉動，差速器由副電動機驅動小端帶輪轉動，差速器帶動螺旋推進器轉動。物料由進料管連續引入輸料螺旋內筒，加速后進入轉鼓，懸浮液中的固相密度較大，所受慣性離心力也較大，在離心力的作用下，較重的固相沉積在轉鼓壁的內壁上形成沉渣層。螺旋推進器將沉積的固相物連續不斷地推至轉鼓錐端，經排渣口排出機外。較輕的液相則形成內層液環，由轉鼓大端蓋上的溢流口連續溢出轉鼓，經排液口排至機外。

2.2 技術參數和工藝流程

臥式螺桿離心機主要技術參數如表2所示。

表2 臥式螺桿離心機主要技術參數

項目技術參數轉鼓直徑/mm650長徑比4.3轉鼓額定工作轉速/(r·min-1)2200(變頻無級調速)轉鼓最大工作轉速/(r·min-1)2500(變頻無級調速)轉速差/(r·min-1)10～35(變頻無級調速)最大分離因數2270主電機功率/kW45.9

如圖3所示：來自前系統的含渣黑水進入沉降槽，在重力和絮凝作用下，沉降槽底部得到高含固量的黑水，沉降槽底流泵將該黑水送入臥式螺桿離心機；在黑水管線上設置沖洗水，以便清洗泵、管線和離心機；絮凝劑通過絮凝劑自動投配裝置配成溶液，由絮凝劑泵注入黑水管線，與黑水混合后一起進入臥式螺桿離心機；經臥式螺桿離心機處理后，泥餅通過無軸螺旋輸送機送至渣車，分離液返回渣水系統重復利用。

1. 沉降槽 2. 沉降槽底流泵 3. 電磁流量計 4. 臥式螺桿離心機 5. 無軸螺旋輸送機 6. 電控系統 7. 絮凝劑自動投配裝置 8. 絮凝劑泵 9. 電磁流量計圖3 含渣黑水處理工藝流程

2.3 與帶式壓濾機對比

(1) 臥式螺桿離心機利用離心沉降原理使固液分離，由于沒有濾網，不會出現堵塞現象；帶式壓濾機利用濾帶使固液分離，為防止濾帶堵塞，需用高壓水不斷進行沖刷。

(2) 在脫水過程中，當進料濃度發生變化時，臥式螺桿離心機的轉鼓與螺旋的轉速差和扭矩會自動跟蹤調整，無需安排專人操作；而同樣情況下的帶式壓濾機的帶速、帶的張緊度、加藥量、沖洗水壓力均需進行調整，操作要求較高。

(3) 在臥式螺桿離心機內，細小的顆粒也能與水分離，絮凝劑投加量較少；而帶式壓濾機由于濾帶不能織得太密，為防止細小顆粒的漏網，需投加較多的絮凝劑以使污泥形成較大的絮團。

(4) 臥式螺桿離心機占用空間小，安裝調試簡單，配套設備僅有加藥裝置和進出料輸送機，整機全密封操作，操作環境好；而帶式壓濾機占地面積大，需要配備風機和水環式真空泵，整機密封性差，產生的水霧和臭味會污染環境，如果管理不善，會造成泥漿四溢。

(5) 臥式螺桿離心機易損件為軸承和密封件，卸料螺旋的維修周期一般在3年以上；而帶式壓濾機易損件除軸承、密封件外，濾帶也需更換，價格昂貴[3]。

如表3所示，在相同進料量的情況下，臥式螺桿離心機具有濾液清、加藥量少、系統水質好等優點，而且由于濾餅外運對含水量要求不高，濾餅水分含量略偏高也可接受。

表3 臥式螺桿離心機與帶式壓濾機技術指標對比

技術指標臥式螺桿離心機帶式壓濾機進料量/(m3·h-1)17～2217～22進料質量濃度/(g·L-1)117.3～208.8117.3～208.8濾餅含水質量分數/%35.6～41.234.6～39.0濾液質量濃度/(g·L-1)10.1～18.616.3～20.5絮凝劑日耗量/kg12.5～17.914.2～18.8系統水質/NTU40～7050～85

3 調試運行中出現的問題

3.1 操作參數優化

臥式螺桿離心機是通過對主機轉速(轉鼓轉速)和差速的調整來操作。主機轉速越高對物料分離越有利，但離心機屬于高速旋轉設備，一般轉速越高其使用壽命越短，所以在滿足生產工藝要求的前提下，主機轉速越低越好。對于密度大且黏度大的物料，轉速越高，物料在轉鼓中沉降得越結實，螺旋推料的功率就越大。為了使物料分離后能夠從轉鼓中排出，差速越大，物料排出的速度越快，差速達到一定程度時，排出的泥餅含水率會提高；如果差速過小，運行過程中可能會因物料聚集在轉鼓中而造成主機過載。

通過現場檢測和處理效果評定，設置主機操作轉速為2 000～2 300 r/min，差速為16～25 r/min。如果泥餅含水量較高，可適當減小差速、增大轉速(不得超過2 300 r/min)；如果進料濃度增大，副電機電流相應增大，此時允許對差速進行調整，增大差速可加快主機排渣，但差速不能超過30 r/min。

當主機轉速為2 100 r/min、分離因數為2 200、進料量為17～22 m3/h、進料質量濃度為117.3～208.8 g/L時，對絮凝劑添加量進行了試驗，試驗結果如表4所示。

表4 絮凝劑添加量試驗結果

差速/(r·min-1)絮凝劑日耗量/kg濾液質量濃度/(g·L-1)濾餅含水質量分數/%1615.210.835.51817.911.035.51815.211.536.31812.512.839.4189.815.942.02015.212.938.82215.215.041.52415.219.844.5

由表4可看出，在其他參數基本不變的情況下，絮凝劑耗量越大，分離效果越好。為了降低生產成本，絮凝劑日耗量控制在12.5～15.2 kg。在主機轉速、分離因數和絮凝劑耗量不變的情況下，分離效果隨差速下降而提高。當差速為18 r/min時，降低轉速對濾餅水分含量和濾液濃度的影響不明顯，而離心機扭矩達3 kN·m，接近設定的聯鎖停車值(5 kN·m)。因此，差速設置為18 r/min。

3.2 機身振動大

在運行初期，臥式螺桿離心機經常出現因機身振動大而跳車的現象，而引起離心機振動的直接原因是轉鼓內部存在不平衡。通過現場觀察和分析，認為其原因是：①短時間內進料量或物料濃度突然增大，進料流動性差，導致進料后物料在主機內布料不均勻，并且主機中的沉渣無法在短時間內排出。②停機清洗不徹底，主機沒有完全清洗干凈，在運行狀態下，水和渣受到不同的離心力，在主機內部形成一個固體環和一個液體環，引起不平衡。因此，應制訂停車沖洗規程并要求操作人員嚴格遵守。當煤質灰分含量高或氣化爐鎖斗系統發生故障時，會導致黑水含固量增加，此時可在沉降槽底流泵前通入灰水以降低進料濃度。

3.3 軸溫高

加注潤滑油脂時未遵循“按時加注不過量的原則”(表5)，超期不加注或一次性加注過量都會造成軸溫偏高而引發報警。潤滑油脂具有潤滑散熱的作用，一次性加注過量將造成軸承座油腔內短時間充滿油脂，經高速旋轉后油脂被甩開，散發出很大的熱量，油腔又重新被油脂充滿，短時間內熱量無處散發而造成軸溫偏高。

表5 潤滑油加注量

潤滑點潤滑周期加入量/g加注時機2個主軸承潤滑點(位于主軸承座上)12h3～5(油槍加注2～3下)主機開機狀態2個軸承潤滑點(位于主軸承座與罩殼之間)10d30～35主機停機狀態輔助支撐潤滑點(位于差速器旁)10d30～35主機停機狀態

3.4 過載現象

臥式螺桿離心機的主機采用ABB變頻器，在發生功率過載的情況下會自動降低轉速以得到更大的輸出力矩。在執行降速后，如果能夠控制在額定的功率或設定的保護轉速范圍內，則轉速自動提高至原有狀態，如果降速后仍不能滿足使用要求則跳車保護。出現該問題的原因在于進料量或物料濃度出現波動，需要在進料后的30 min內觀察主、副電機電流，通過調整進料量將其控制在操作規程要求的范圍內，給主機留出足夠的調整空間。

4 結語

臥式螺桿離心機作為一種新型高效的懸浮液脫水設備，具有脫水效果好、固相含水量低、處理能力大、占地面積小、無需輔助設備等優點。通過裝置前期的運行和調整，臥式螺桿離心機在煤氣化裝置含渣黑水處理中取得了良好的效果。