大型礦山廢水處理站中心傳動刮泥機的研究

馬洪德

（廣州華立科技職業學院，廣東 廣州 510000）

0 引言

硫鐵中文名稱二硫化亞鐵，其性狀表現為黃色立方晶體，熔點1171℃，為硫鐵礦的主要產物之一。硫鐵在橡膠、食品、紡織和造紙等行業中被廣泛應用，也常被應用在國防工業科技制造炸藥中。硫鐵礦也常被作為原料應用于硫酸的生產中，其礦渣可以用于鋼鐵冶煉，但當礦渣的含硫量較高時，可以作為水泥附屬原料。

1 廣東省云浮市硫鐵礦廢水處理站現狀

廣東省云浮市硫鐵礦是我國目前最大的硫鐵礦礦山，儲量約為2.08 億t，礦石平均含量約31.04%，是生產硫酸的主要優質化工原料。硫鐵礦是世界上一種豐富的礦產資源，主要是由地幔中的硫與地殼中的鐵及其他雜質元素形成，如Al、Mn、Cu 等在適宜的地球化學條件下，經過成千上萬年的成礦演化形成，所以硫鐵礦的主要成分是FeS2（黃鐵礦、白鐵礦）、FeS（磁黃鐵礦），同時還含有Al、Zn、Cu、Pb 等金屬元素。由于硫鐵礦的主要成分FeS2具有還原性，在空氣、水和細菌的共同作用下，產生了大量的酸性廢水進入公司廢水處理站。廢水處理站工藝流程圖如圖1所示，其通過芬頓氧化塔的一系列化學反應將尾庫礦原水進行處理后排放至沉淀池，沉淀后回調完畢將清水外排，污泥經二次處理后再度排入尾礦庫，從而減少污染。

圖1 工藝流程圖

在這些酸性廢水處理站中，刮泥機是污水處理的重要裝備之一，在水質處理過程中的澄清階段發揮著至關重要的作用，中心傳動刮泥機由安裝在中心支座上的驅動機構帶動刮、吸泥收集裝置，沿池徑做圓周運動，池底的污泥依靠液體的靜壓作用，通過收集裝置吸到污泥收集槽流入中心排泥管排出。上清液通過池周的溢流堰板流入集水槽，通過出水管排出。

2 污水處理站刮泥機現狀

現在污水站沉淀池多數使用桁車式刮泥機，機械裝置由桁車、刮泥耙組成，電氣自動化部分由驅動裝置和自控柜等組成。桁架安裝于預沉池兩端的導軌之上，由兩套驅動減速裝置驅動桁架南北行走。刮耙安裝在桁架的下面，由提升裝置調整其上下高度。

原刮泥機的設計工藝缺陷如下：1）刮泥板工作時的高度全靠人工控制，不容易掌握。因池底有一定的坡度，當提升繩超過一定高度時，會出現池底淤泥漏刮現象，當提升繩較低、刮泥板阻力較大時，會造成桁架后頂，出現掉道現象。2）刮泥板進行工作行走時，其提升繩是主要受力端，再加上污水對提升繩的腐蝕，造成了提升繩經常受力拉斷，影響正常生產[2]。

新的刮泥機與原有刮泥機相比，已經改善了許多工藝和工序細節，舊的刮泥版因其需要人工控制，會出現大量無法掌握的細節問題，新的刮泥板加裝電機后，完全用伺服電機控制，相較而言節約了時間，提高了工作效率。

3 擬采取的研究方法

根據新濃密池的類型和進出水的污泥參數，結合污水排放標準，確定設備設計參數；通過收集關于中心傳動刮泥機及相關機械的資料對驅動機構、傳動軸、軸承等總體結構進行選型；設備平臺采用固定支墩式，比傳統機構簡單，能減輕設備質量，節約運行費用，使廠家維護管理更加方便；根據特定的要求配備多種保護機構，整機采用PLC 控制，當設備運行值達到設定值時自動報警停機，控制系統具有結構簡單、編程方便、調試周期較短、可靠性較高、抗干擾能力強、故障率較低以及安全可靠等優點。

4 中心傳動刮泥機（Ф18.0m）的介紹

4.1 中心傳動刮泥機（Ф18.0m）技術參數

中心傳動刮泥機是整個設備中的關鍵組件，該組件的技術參數如表1 所示。

表1 中心傳動刮泥機技術參數表

4.2 中心傳動刮泥機設計

中心傳動刮泥機為中心支墩式中心傳動、平臺固定支墩式結構，由安裝在中心進水柱管上的蝸輪減速電機驅動，通過中心回轉支承的內嚙合齒輪傳動，帶動框架鋼結構、吸泥管臂架、集泥槽、吸泥管路、撇渣裝置等部件轉動，直徑18m。

中心傳動刮泥機主要由工作橋、驅動機構、中心支座、刮泥板刮臂、穩流筒、浮渣亂板等組成，設備管道組成如圖2 所示。刮臂在驅動裝置帶動下，繞池中心軸線旋轉，一組刮泥板也隨刮臂旋轉中，將沉降在池底的污泥全部刮向池中心集泥池。同時，液面上的浮渣在浮渣刮板周邊擋渣堰形成的逐漸縮小區域內集中，由浮渣刮耙扒到集中渣斗內，排出池外[3]。

圖2 設備管道組成圖（單位：mm）

礦山污水由入料管進入布料筒，污泥沉積到池底。在主傳動機構的驅動下，刮泥耙與傳動軸一起旋轉，在旋轉過程中將沉淀在池底的污泥刮集到中心集泥斗，通過底流泵外排。自動控制系統通過檢測驅動電機的電流變化進行控制。當池底污泥量增加，刮泥耙運行阻力增大，電機電流達到或大于設定的提耙工作值時，自動控制系統將啟動提耙裝置提耙；反之，若底流污泥量減小，電機電流隨之減小當它低于設定的落耙電流值時，自動控制系統將啟動提耙裝置落耙；當刮泥耙提到最高位置，電流仍高于設定值時，則系統自動報警、停機。當耙落到最低位置時，系統將停止落耙，設備在最低位置工作。進水管接入絮凝反映池的出水明渠，明渠中的水進入設備后，設備控制刮泥板，通過刮泥耙將污泥刮落后排入排泥管道，從而使水、泥粗分離。

5 中心傳動刮泥機電控系統設計

5.1 電氣控制原理設計

電氣控制圖電路控制圖的基本原理如下。

5.1.1 手動運行

手動運行用于調試和維修。（遠控－就地）置于就地、（自動－手動）旋鈕置于手動，按下（控制電源開）按鈕。手動運轉： （停止－旋轉）旋鈕置于旋轉位，刮泥耙運行。旋鈕置于停止位，則立即停止刮泥耙運行。

如果刮泥耙運行阻力過大，超過設定的升耙阻力時，應停止刮泥耙運行或提升耙架。刮泥耙運行阻力超過設定超限阻力時刮泥耙自動停止運行。

手動升降：（升耙―停止－降耙）旋鈕置于升或降位，刮泥耙開始升或降，直到升或降到最高或最低時，自動停止。旋鈕置于停止位，則立即停止刮泥耙升降。

5.1.2 濃密機自動運行

自動運行開始時首先把刮泥耙升到最高位，刮泥耙旋轉，PLC 監視刮泥耙的阻力；刮泥耙阻力超過設定的升耙阻力時，刮泥耙停止旋轉，自動上升，刮泥耙每次升到設定時間時上升停止；刮泥耙阻力低于設定降耙阻力時，刮泥耙自動下降，刮泥耙阻力超過設定降耙阻力時下降停止。該機有運行信號、報警信號、升耙信號的（干接點）輸出。刮泥耙運行阻力超過設定的超限阻力且刮泥耙升至最高位時，刮泥耙自動停止運行。

5.1.3 遠控運行

（遠控－就地）旋鈕置于遠控位（自動－手動）旋鈕置于自動位（停止－旋轉）旋鈕置于旋轉位；集控室遠控運行接點閉合機器開始自動運行，運行過程同就地自動運行，遠控運行接點斷開機器斷電停機。

5.2 故障和報警

電機過載故障：泵電機過載，須手動復位熱繼電器。

AD 檢測故障：阻力檢測部分故障。

升降超時報警：刮泥耙持續升或降超時沒有到限位。

阻力超限：刮泥耙阻力超過設定的超限阻力。

限位開關故障：耙升降限位開關出現故障。

6 技術關鍵

該研究設備采用中心液壓驅動，自動提耙。設備傳動機構采用液壓驅動，提耙機構采用液壓提耙，無級調速，具有過載保護功能；耙架轉速可以調節。耙架主體采用無縫鋼管。刮泥機是由液壓馬達通過齒輪驅動帶外圈的回轉支承驅動傳動軸帶動耙架旋轉。使用高強度的螺栓把回轉支承內圈固定在傳動箱體內的軸承座上，所以不會因扭矩過大而產生偏離攪拌中心的現象，這種雙驅傳動方式與蝸輪蝸桿傳動相比，降低了使用成本及運行過程中的故障率[1]。液壓提耙裝置是使用液壓傳感器來控制刮泥耙的升降，同時電控系統傳出聲光信號，準確、可靠地提取提耙信號[4-5]。混合液被該濃縮機將直接推入到濃縮機壓縮區，將沉降與深層過濾相互結合，在池的內部形成濾床層，最后被推入的混合液中未絮凝的細小顆粒隨著水流上升，途經濾床層時與濾床層的顆粒碰撞，其中顆粒的上升動能被損耗，與其他細小顆粒相互結合在一起在重力作用下沉降，從而將固體顆粒與液體分離[6-8]。

7 結論

該中心傳動刮泥機整機采用PLC 智能控制，電控箱預留遠傳數據接口。實現上位機遠程監控，控制室的計算機可以實時顯示濃縮機的運轉狀態以及相關運轉參數，如液壓系統壓力參數、耙子的轉速等。

采用液壓自動提耙，提耙高度400mm，耙架在過載時設有自動報警和保護裝置，控制采用自動液壓控制系統，主軸扭矩信號通過壓力傳感器給電控箱，電控箱中的控制裝置自動指揮系統自動提耙、落耙。在現場操作面板上有手動/自動控制轉換功能，預留遠程接口，可通過集控系統實現對高效濃縮機的控制。

該課題采用傳統繼電器—接觸器電氣控制系統被PLC自動控制技術取代了，實現了對刮泥機系統的自動控制，提高了刮泥機的工作效率、工作穩定性和可靠性，而且還大大降低了工人的勞動強度，降低了設備故障率，提高了設備運轉率。