离心脱水机设备在连铸污泥处理中的应用

2013-12-06王达

冶金动力 2013年1期

王达

（济钢国际工程技术有限公司，山东济南 250101）

1 引言

在炼钢连铸机生产过程中，所产污水中含有大量铁屑、油污、尘泥等成分的物质，为了节能环保，降低新水消耗量，对连铸污水采取一、二级处理达到设备用水水质要求后，使连铸澄清水循环重复利用；产生污泥中富含Fe2O3成分高达50%以上，含水率高达75%～85%，如不经过处理直接排放，不但造成巨大的经济损失，还产生严重的环境污染和社会公害，历来为环保部门所严厉禁止。为了节能降耗和改善环境，实现连铸生产清洁化，通常采用“带式或板框压滤”传统工艺对连铸污泥进行处理，却带来了诸多问题。因此，开发新型的高效连铸污泥脱水设备成为污泥处理领域迫切需要和重要课题。连铸污泥“离心脱水机”设备随着污泥脱水技术日臻成熟，应耘而生，在济钢一炼钢3号连铸机大修工程设计中首次应用于实践，取得了较为理想的效果。

2 概况

济钢一炼钢厂为淘汰落后连铸工艺，提高工艺技术装备水平，优化、改善品种结构，生产高附加值、具有市场竞争优势和前瞻性技术的专用板，对3号连铸机工艺进行了整体优化和升级改造。由此涉及的水处理设施改造内容繁琐而错综复杂，结合此次水处理设施改造新建一套悬浮液脱水设施，使连铸悬浮液得到有效处理和回用，变废为宝，创造更大经济效益。新建脱水设施本着统筹考虑、完善工艺、优化系统、克服先天弊病原则，将120小方坯悬浮液处理也纳于此次设计中。

根据连铸悬浮液水质特点，借鉴当前污泥处理技术最新研究成果，确定污泥处理流程见图1。

图1 污泥处理流程图

3 离心脱水机工作原理

离心脱水机工作原理参见图2。

图2 离心脱水机组装图

悬浮液自进料管连续输入机内，经螺旋输送器的内筒出料口均匀分配进入转鼓内，在高速旋转离心力作用下，悬浮液在转鼓内形成一环形液流，因悬浮液中杂质粒子离心力与密度成一次方关系，密度愈大，离心力愈大；悬浮液中密度较大粒子在离心力作用下被摔沉降到转鼓内壁上，上清液则被挤推向转鼓内环处，由于差速器的差动作用，使螺旋输送器与转鼓之间形成相对运动，沉渣被螺旋推送到转鼓小端的干燥区进一步脱水，被收集在机壳内沉渣隔仓内，然后经出渣口重力排出机外。液相形成一个内环，环形液层深度是通过转鼓大端的溢流挡板进行调节的，分离后的上清液被水流缓慢推移至离心脱水机出水侧，溢流进入分离液隔仓内，经溢流孔排出，沿排水立管自流至机外排水管中。为了提高离心机污泥脱水效率，加快泥水分离速度，保证出泥含水率符合运输要求，向进污泥中投加絮凝剂和助凝剂促使电解质脱稳、破乳、分离、悬浮颗粒相互凝聚抱团成大的絮状物，大大加快其从水中分离出的速度，提高离心机出水效果。

为了保证离心机使用寿命，必须严格按照设备工作、使用、操作规范书运作，强化设备维护、管理和设备正常点检，要保证离心机运转正常后方能进泥脱水，停止进泥后方能停运离心机。离心机停运期间要保证清水冲洗干净。

4 离心脱水机主要优点

1)应用范围广，能广泛地用于化工、石油、食品、制药、环保等需要固液分离的领域。能够完成固相脱水，液相澄清，液-液-固、液-固-固三相分离，粒度分级等分离过程；

2)对物料的适应性较强，能分离的固相粒度范围较广（0.005～2 mm）,在固相粒度大小不均时能照常进行分离；

3)能实现全自动、连续、长期运转和全封闭环保生产，维修、管理、操作方便;

4)单级生产能力大，结构紧凑，占地小，操作费用低；

5）固相沉渣的含湿量一般比过滤离心机高，大致接近于真空过滤机；

6)固相沉渣洗涤效果不好。

5 离心脱水机结构组成

离心脱水机主要由高转速的转鼓、与转鼓转向相同且转速比转鼓略高或略低的螺旋和差速器等部件组成。

5.1 转鼓

转鼓是离心脱水机的主要部件，采用柱/锥形结构，这种结构机内液池容量大，处理能力和澄清效果高，长径比大，应用范围广。

转鼓由双相不锈钢整体离心铸造而成，所有离心机铸件都必须经过探伤试验，不允许有任何铸造缺陷。转筒直径应≥450 mm;转鼓长径比应≥4.5:1。转鼓的半锥角≥15°。

转鼓的内表面应装有纵向AISI 316不锈钢条，以防止固体在转鼓内壁滑动而引起转鼓内壁磨损。

每个固渣排放口应配有碳化钨套筒保护。套筒上设有便于检测的窗口，以方便观察其磨损。保护套筒应可保持高速旋转时的动平衡，并且可现场更换。

在转筒圆柱段的末端应设有可调堰板，用来控制液层的深度。

5.2 螺旋输送机

螺旋输送机是离心脱水机的重要部件之一，采用连续式整体螺旋叶片结构。这种结构制造比较容易，也适合多种物料分离；为减少螺旋转动对悬浮液的搅动，影响沉淀效果，叶片头数采用单头螺栓。

螺旋体由双相不锈钢焊接而成，为减轻物料对螺旋叶片磨损程度，对锥形段叶片的推料面进行硬化处理，如喷高强度合金或螺旋叶片采用可更换的耐磨碳化钨保护片，其厚度应不小于3 mm，以确保设备长期无故障运行并减少设备维修费用。

螺旋卸料器的运行寿命（需维修）应不少于30000 h。

5.3 差速器

差速器是离心脱水机中最复杂、最重要的部件，其性能高低、制造质量优劣等决定了整台离心机能否可靠正常的运行。

在离心机中，沉渣在转鼓内表面的轴向移动都是靠螺旋与转鼓之间的相对运动即转速差实现的，而转速差是靠差速器实现的。

5.4 电机

主电机为鼠笼式电机并带有过热保护。在任何正常运行情况下，电机均不得超过铭牌额定的负荷值。电机各个方向1米距离的噪声不超过86dB(A)。电机应采用变频调速器进行软起动，以防止起动时引起的电负荷冲击。

ALDEC G2-70利用ABB-EFF1高标准电机及阿法拉伐高效两级行星齿轮箱组成的直接驱动式（Direct Drive）自动恒扭距差速控制系统，可调节离心机的脱水功能，以适应不同进泥特性，使脱水后污泥的含固率、固相回收率保持恒定，满足设计要求。

5.5 其它

旋转部件应用不锈钢制成的外壳罩住，并形成全封闭以减少噪声。罩壳底部应有澄清液与污泥饼排出的法兰接口。污泥排放口应设有耐磨衬套。

离心机的支架由碳钢制成并涂防护底漆、中间漆和面漆。应备有减振装置。

弹性连接由离心机制造商提供，安装在离心机与离心液管、离心机与固体排出槽、离心机进料管与污泥进料管线及与絮凝剂管道之间。弹性连接应采用物理、化学特性均能适应离心机运作要求的合成橡胶。

不锈钢机壳表面应作钝化处理，且无锤痕和划伤。

6 技术性能

设备型号：ALDEC G2-60

单台处理量： 20 m3/h

进料中含水率：93.0～95.0%w/w，总固体量≤1050 kg/h

脱水后泥饼含水率：≤40%w/w(绝干固体含量≥60%w/w)

絮凝剂（PAM）投加量：1.0～2.0 kg/t进料固体

上清液含悬浮物：≤500 mg/L

7 运行效果

离心脱水机设备2008年8月份建成投运至今，连铸污泥实现了全部离心脱水处理，产生的干污泥被二次利用参与原料场配料，上清液全部回用于循环水系统，实现了“全闭路”“零排放”设计和环保要求，保护了周围环境，节约了大量的宝贵地下水资源；经受住了生产实践的考验，达到了理想的运行效果，各项考核指标完全符合设备要求，运行资料表明：脱水效果良好，适用范围大，运行稳定，运行成本低。该设备技术先进、实用、可靠，装备水平处于国内同行业先进水平；另外，管理、维护方便，实现了计算机集中控制和自动化管理。

离心脱水机设备2009年3月份处理连铸污泥实测数据曲线图，如图3所示。

图3 连铸污泥处理实测数据曲线图

从图3可以看出，1日～8日及23日～29日进泥量一般维持在16～20 m3/h之间，而9日～14日及15日～22日进泥量一般维持在6～12 m3/h之间，主要原因是国际金融危机对国内钢铁行业实体经济冲击严重显现，及国家出台的宏观调控政策作用，市场对钢材需求量大幅度下滑，出现了严重的疲软现象。

济钢根据市场形势及时调整生产布局和生产周期，9日～14日及15日～22日一炼钢4号板或120小方坯单机生产，1日～8日及23日～29日4号板和120小方坯双机生产。进泥含水率一般维持在89%～95%之间，而出泥含水率一般维持在28%～39%之间，达到了工艺技术设计参数和处理指标要求，从而证明此设备是先进、实用和可靠的。

8 结语

通过水处理系统运行情况分析，得出如下结论：

1)若干年以前，在处理污泥脱水的工艺中，往往采用板框压滤机，而且是人工拆卸的板框压滤机。它除了繁重的体力劳动以外，还需进行很不少的辅助操作。因为板框压滤机无法直接过滤粘性的污泥，所以事先必须将大量的助滤剂对板框压滤机的滤布进行涂布预处理，或将更多的助滤剂与污泥混合，便于过滤，再加入絮凝剂进行过滤。若助滤剂的投加量按处理量的3% 计，长年累月投入大量辅助之用的助滤剂是一笔不小的成本开支，并且板框压滤机的操作是间隙进行的，无法连续操作。

2)因为板框压滤机的明显缺点，前几年在处理污泥脱水的工艺中，带式过滤机逐步替代了板框压滤机。因为它能连续操作，无需助滤剂，免去了繁重的体力劳动。

经过一段时间的应用，其脱水后的渣，含水率仍然较高（50%左右）（钢铁废水），絮凝剂的需要量大约为进料污泥量的0.4%或以上，繁重的体力劳动是不必了，但是，操作人员仍然无法离开带式过滤机半步，要随时调整过滤带的方向和松紧，需经常更换滤带，大量的反冲洗水及污泥的有毒气体，使操作人员承受很大的工作压力及不利的工作环境。

3)与以上污泥脱水设备相比，近几年卧式离心机在污泥脱水处理应用中的优点，已明显地显现出来，无需操作工现场操作，一次开机，即能长时间连续运行；卧式离心机为全封闭运转和全自动运行的设备，自动化程度高，无有毒、有害气体外逸；絮凝剂用量大约为进料污泥量的0.3%以下，渣含水率在40%以下，方便汽车直接外运，维修成本是带式压滤机维修成本的60%左右，但卧式离心机实际耗电量却是带式压滤机系统耗电量的1.2倍。

4)卧式离心机缺点是电耗、设备价格偏高，但土建投资和占地面积较板框压滤机和带式过滤机大幅度降低，且维护费用、备品备件费用、人工费用均大幅度降低。

5）三种设备优缺点比较见表1所示。