高效浓缩机在黑化集团的应用

2010-07-30王海涛吕要伟

综合智慧能源 2010年3期

王海涛,吕要伟

(1.华电郑州机械设计研究院有限公司,河南郑州 450052;2.华电重工装备有限公司郑州分公司,河南郑州 450052)

0 引言

黑化集团蒽德炉排放的灰水流量很大(2 000 m3/h),粉煤灰的质量浓度只有 3～5g/L,必须经过处理才能把粉煤灰从灰水中分离出来,使灰水净化而返回系统循环使用。现有的灰水处理系统存在许多弊端,脱水时间长、脱水效果差、湿灰含水率高且不均衡、波动较大;同时,占用大量的堆存场地,表层干后飞扬污染严重,尤其在冬季,刚抓出的膏状粉煤灰还未来得及沥水即被冻结,占用沉降池周围大片场地,影响正常生产。因此,要从根本上解决上述难题必须寻求更合适的处理方法,增加新的脱水装置。

根据工艺要求及灰浆特性,经初步分析,采用目前在电厂普遍使用的高效浓缩机进行固液分离的方法是可行的。如何制订浓缩工艺方案,如何合理选择浓缩机规格和台数,既保证其溢流水品质(灰颗粒的体积分数≤0.03%)又尽量减少投资成本,是该项目研究的目的。

1 高效浓缩机的结构组成

高效浓缩机主要构成如图 1所示。

图1 高效浓缩机结构示意图

2 高效浓缩机的工作原理

该系列浓缩机是利用灰浆微料在液体中的沉积特性将固体与液体分离,再用机械方式将沉淀后的高浓度物料排出,从而达到高浓度排放及清水回收的目的。

浓缩过程:灰浆沿槽架通过送浆管经中心部分支架上的分液口流入浓缩池,灰浆在经交换套环时,较粗的灰粒直接沉入池底,较细的颗粒随溢流水沿四周扩散,边扩散、边沉淀,使池底形成锥形浓缩层。已沉淀后的灰浆通过浓缩机旋转,耙架下的耙齿逐渐向中心刮动,流入导流口,由高压泵吸入(高浓度),而上面的溢流水从溢流槽流出,达到浆体浓缩、清水回收的目的。

(1)传动装置。当驱动电机运转时,通过减速机、联轴器带动滚轮转动。靠滚轮和轨道间的摩擦力(在北方考虑到冬季结冰的因素,改用滚轮支承,齿轮驱动)带动传动架绕中心点转动,通过中心支架大轴承带动转筒、转架、滑架、耙架及刮板转动,从而使沉降在浓缩池底部的浓缩浆(淤泥)不会淤死,并逐步向中心移动,最后均匀、流畅地被排浆管(通过灰浆泵吸入)排走。

而沉降过程中的含灰粒水体向上部涌动(因为来浆不断进入),经过斜板(滤网)又产生二次沉降(由于滤网的影响,减少了紊流,使沉降均匀)。在斜板(滤网)上部靠池边缘布置了一圈溢流堰,沉降灰浆后的清水(含少量微粒)经溢流堰流到溢流槽、溢流管,被送到澄清池或直接再次重复利用。

(2)提耙机构。出现意外工况时(如进浆量过大或进浆过浓,或进浆正常,但停机时间超过 0.5h,而此时可能排浆也已停止)均有可能出现淤耙现象,此时耙架转动有困难,阻力太大。通过电控系统发出信号,提耙电机开始动作,将耙架提高约 300 mm,从而减少运转阻力,使得驱动电机正常启动。当驱动电机运转 0.5 h后,人工操作将提耙电机反转,此时耙架靠自重下降回到原位工作(由于提耙机构是由钢丝绳吊挂滑架、耙架,所以耙架不会迅速下降,而是随着淤泥的逐渐减少靠自重逐渐降到300mm,使耙架回到正常工作位置)。

当再次出现驱动过载时,提耙机构电机投入运行,将耙架提高 300mm,同时报警。

(3)进浆管。进浆管上部为进浆功能,进浆通过进浆管孔洞、转筒孔洞排向池中。下部为排浆功能,吸入的高浓度灰浆顺漏斗进入灰浆泵入口。

3 高效浓缩机的技术特点

该系列浓缩机与其他同类产品相比,有以下技术优点及创新点:

(1)中心轴承采用转盘轴承,该轴承既能承受轴向力也能承受水平和倾斜力矩,解决了原设备止推轴承不能承受水平力而靠固定支架和回转之间的直扣水平定位且经常磨坏的问题,同时采取密封措施,大大延长了中心轴承的寿命。

(2)用三级行星齿轮减速机取代原设备低速比减速机,取消了 1对开式齿轮减速,简化了传动系统,大大提高了传动系统的可靠性。

(3)用深层水平环流给料方式,缩小固体颗粒的沉降距离,增加颗粒的上浮阻力,使之成为过滤沉降。

(4)池内设置上流式层流斜板(滤网),对微细颗粒起絮凝作用,实现二次沉降,从而大幅提高沉降效率﹑节省浓缩机占地面积﹑提高处理能力及溢流水质量。

(5)该系列设备中心部分增设了耙架升降机构,不用人力清渣,可以解决因停机造成矿浆沉积不便启动的困难。

4 高效浓缩机的计算及选型

首先,对灰浆特性及介质物料特性进行研究,对目标灰浆在浓缩样机里的状态进行模拟试验。前者为浓缩机沉淀面积计算提供依据,后者为浓缩机技术参数的确定提供参考。

收到灰样后,应同时开展 2个方面的工作:对灰浆(按比例自行配制)及物料进行物理特性测定,最重要的是对物料沉降的速率进行测定;试验样机制作及试验。

4.1 物料及灰浆特性测定

物料的质量浓度为 1.43 kg/L;D50样品的累计粒度分布百分数达到 50%时,所对应的粒径为22.9μm。

(1)自由沉降试验。配制物料体积分数为0.5%,7.5%,15%,22.5%,30%的溶液,分别倒入1000mL的量筒中进行观察测量,综合测算 50%以上大颗粒物料沉降速率为 v0=0.21mm/s,超细颗粒沉降速率为 v0x=0.029mm/s,沉降速率很小。

(2)絮凝沉降试验。配制物料体积分数为 1%的溶液,分别倒入 1000m L的量筒中,然后加入絮凝剂。5～7min后溢流水可达标且上部水质较好,综合沉降速率可达 v0=0.86mm/s,无明显细小颗粒悬浮。因此,加入絮凝剂是解决细小颗粒沉降的有效方法。

4.2 样机试验

按沉淀面积 1∶1370的比例缩小,制作 1台简易试验样机,给浆流量按比例控制在 0.1 t/h,模拟实际运行状态,试验接近 60m in时,基本达到进出平衡,溢流水中灰颗粒的体积分数接近 0.03%,试验连续进行 4h。4h后加入絮凝剂继续进行,溢流水质则远优于要求水质,灰颗粒的体积分数约为0.015%。

4.3 试验结果评价

在沉降试验中,经过反复多次试验对比和严格测算,得出沉降速率 v0=0.21mm/s,和实际情况比较接近,可以作为下一步设计计算的依据。絮凝沉降试验的意义,在于找到了细小颗粒沉降的解决方法,在制订运行工艺时可以考虑间断加药运行;样机试验可以证明,目标灰样通过浓缩工艺可以达到工艺技术要求。

4.4 沉淀面积的计算

沉淀面积理论上是和物料沉降速度成反比,和要求的溢流水品质成正比,又和物料的物理特性、浆体质量浓度变化、底流质量浓度的要求、浓缩机构造及参数等诸多因素有关,要想精确计算是非常困难的。为使计算相对准确,更为重要的是保证满足工况实际要求,按照目前被业界认同的几种计算方法进行设计计算。

4.4.1 原始数据

灰水总流量,2000m3/h;进浆的质量浓度,3～5g/L;灰中碳的质量分数,35%;底流质量浓度,大于 300 g/L;溢流水中灰颗粒的体积分数,小于0.03%;沉降速率,v0=0.21mm/s(试验数据)。

4.4.2 沉积面积的计算

(1)第 1种方法。按选矿的方法计算结果为3196m2。

(2)第 2种方法。按污水处理的方法计算结果为3000m2。

(3)第 3种方法。按电厂粉煤灰计算结果为4523m2。

4.4.3 计算结果评价

上述计算方法均为各行业根据长期运行实践总结出来的经验公式,均带有本行业物料特性的痕迹。第 1种方法中,由于矿物料一般密度较大,系数选择上照顾这种因素,因此计算面积较小;第 2种计算方法中,虽然物料比较复杂,但由于物料含有大量有机物,容易形成絮凝。该种方法计算的前提与该课题工况差异较大,其进浆与出浆的质量浓度都远小于现在的工矿,同时池深需 8m,才能确保 12h的浓缩时间,计算面积也较小;第 3种计算方法比较符合该课题的工况特性,区别在于该课题的物料比一般电站粉煤灰粒度更细,所以沉降速率更小,若按电站粉煤灰相同处理量考虑,沉淀面积 2000m2就够了。

根据上述对计算结果的分析,可得出结论:浓缩机按 4500m2沉降面积设计是比较合适的,略偏保守,但考虑细小颗粒沉降更慢的事实,以 4500m2作为浓缩机选型设计的依据是合理的。

4.4.4 近似工况比较

某用户使用高效浓缩机 Ø8m,沉降面积 50×5=250(m2),来浆量约 80 t/h,浆体物料的体积分数约 8%,溢流水中灰颗粒的体积分数约为 0.015%(目测),出浆的质量浓度不详。

在对该用户进行考察时,取回少量灰样进行比对,经测试发现灰颗粒明显较粗,其沉降速率约0.4mm/s,为黑化集团灰样沉降速度的 2倍。若按其设计能力的一半来考虑,Ø8m高效浓缩机处理能力应为 120 t/h左右,Ø20m高效浓缩机处理能力应为 684 t/h左右。