卧式螺杆离心机在煤化工装置上的应用

2019-06-27王德胜

肥料与健康 2019年2期

王德胜

(宁波中金石化有限公司浙江宁波 315203)

多喷嘴对置式水煤浆气化装置中的渣水系统是对水煤气初步净化过程中产生的黑水进行处理，使其中所含的固体和溶解的气体得以分离，并部分回收黑水热量。国内煤气化装置含渣水的煤灰浓缩(脱水)绝大部分采用带式压滤机，而宁波中金石化有限公司采用了卧式螺杆离心机。

1 离心机选择的依据

煤气化装置产生的灰渣主要含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等成分，一部分较细的灰渣进入后系统形成含渣黑水。通过采样分析，宁波中金石化有限公司煤气化装置的黑水含渣质量浓度为117.3～208.8 g/L，其粒径分布如表1所示。

表1 黑水中灰渣粒径分布(质量分数)

黑水可看作悬浮液，其中固相的粒径和悬浮液的浓度是选择分离设备的2个重要指标[1]，分离设备的选择原则如图1所示。

图1 分离设备的选择原则

由表1和图1可看出，煤气化装置的含渣黑水浓度不高，颗粒尺寸大部分在50 μm以下，符合离心机的分离要求。

2 卧式螺杆离心机简介

2.1 结构和原理

如图2所示，卧式螺杆离心机是一种卧式螺旋卸料、连续操作的沉降设备，其结构比较复杂，主要由转鼓、螺旋推进器、差速器、溢流挡板、轴承及轴承座、机座、进料和排渣系统、驱动系统、控制系统等组成[2]。

1. 进料管 2. 皮带轮 3. 左轴承 4. 螺旋推进器 5. 进料孔 6. 机壳 7. 右轴承 8. 行星差速器 9. 溢流孔 10. 排渣孔 11. 底座 12. 过载保护装置 13. 小端带轮 14. 小端轴承座 15. 转鼓 16. 大端溢流孔 17. 大端轴承座 18. 大端带轮 19. 小端排渣孔图2 卧式螺杆离心机结构简图

机壳内有2个装在主轴承上的同心回转部件，外部是无孔转鼓，内部是螺旋推进器，转鼓和螺旋推进器同心安装在左端轴承和右端轴承上。正常工作时，转鼓与螺旋推进器以一定差速同向高速旋转，转速差通过差速器来实现，通常为转鼓转速的0.2%～3.0%，差速器一般为行星齿轮箱。

转鼓由主电动机驱动大端带轮转动，差速器由副电动机驱动小端带轮转动，差速器带动螺旋推进器转动。物料由进料管连续引入输料螺旋内筒，加速后进入转鼓，悬浮液中的固相密度较大，所受惯性离心力也较大，在离心力的作用下，较重的固相沉积在转鼓壁的内壁上形成沉渣层。螺旋推进器将沉积的固相物连续不断地推至转鼓锥端，经排渣口排出机外。较轻的液相则形成内层液环，由转鼓大端盖上的溢流口连续溢出转鼓，经排液口排至机外。

2.2 技术参数和工艺流程

卧式螺杆离心机主要技术参数如表2所示。

表2 卧式螺杆离心机主要技术参数

项目技术参数转鼓直径/mm650长径比4.3转鼓额定工作转速/(r·min-1)2200(变频无级调速)转鼓最大工作转速/(r·min-1)2500(变频无级调速)转速差/(r·min-1)10～35(变频无级调速)最大分离因数2270主电机功率/kW45.9

如图3所示：来自前系统的含渣黑水进入沉降槽，在重力和絮凝作用下，沉降槽底部得到高含固量的黑水，沉降槽底流泵将该黑水送入卧式螺杆离心机；在黑水管线上设置冲洗水，以便清洗泵、管线和离心机；絮凝剂通过絮凝剂自动投配装置配成溶液，由絮凝剂泵注入黑水管线，与黑水混合后一起进入卧式螺杆离心机；经卧式螺杆离心机处理后，泥饼通过无轴螺旋输送机送至渣车，分离液返回渣水系统重复利用。

1. 沉降槽 2. 沉降槽底流泵 3. 电磁流量计 4. 卧式螺杆离心机 5. 无轴螺旋输送机 6. 电控系统 7. 絮凝剂自动投配装置 8. 絮凝剂泵 9. 电磁流量计图3 含渣黑水处理工艺流程

2.3 与带式压滤机对比

(1) 卧式螺杆离心机利用离心沉降原理使固液分离，由于没有滤网，不会出现堵塞现象；带式压滤机利用滤带使固液分离，为防止滤带堵塞，需用高压水不断进行冲刷。

(2) 在脱水过程中，当进料浓度发生变化时，卧式螺杆离心机的转鼓与螺旋的转速差和扭矩会自动跟踪调整，无需安排专人操作；而同样情况下的带式压滤机的带速、带的张紧度、加药量、冲洗水压力均需进行调整，操作要求较高。

(3) 在卧式螺杆离心机内，细小的颗粒也能与水分离，絮凝剂投加量较少；而带式压滤机由于滤带不能织得太密，为防止细小颗粒的漏网，需投加较多的絮凝剂以使污泥形成较大的絮团。

(4) 卧式螺杆离心机占用空间小，安装调试简单，配套设备仅有加药装置和进出料输送机，整机全密封操作，操作环境好；而带式压滤机占地面积大，需要配备风机和水环式真空泵，整机密封性差，产生的水雾和臭味会污染环境，如果管理不善，会造成泥浆四溢。

(5) 卧式螺杆离心机易损件为轴承和密封件，卸料螺旋的维修周期一般在3年以上；而带式压滤机易损件除轴承、密封件外，滤带也需更换，价格昂贵[3]。

如表3所示，在相同进料量的情况下，卧式螺杆离心机具有滤液清、加药量少、系统水质好等优点，而且由于滤饼外运对含水量要求不高，滤饼水分含量略偏高也可接受。

表3 卧式螺杆离心机与带式压滤机技术指标对比

技术指标卧式螺杆离心机带式压滤机进料量/(m3·h-1)17～2217～22进料质量浓度/(g·L-1)117.3～208.8117.3～208.8滤饼含水质量分数/%35.6～41.234.6～39.0滤液质量浓度/(g·L-1)10.1～18.616.3～20.5絮凝剂日耗量/kg12.5～17.914.2～18.8系统水质/NTU40～7050～85

3 调试运行中出现的问题

3.1 操作参数优化

卧式螺杆离心机是通过对主机转速(转鼓转速)和差速的调整来操作。主机转速越高对物料分离越有利，但离心机属于高速旋转设备，一般转速越高其使用寿命越短，所以在满足生产工艺要求的前提下，主机转速越低越好。对于密度大且黏度大的物料，转速越高，物料在转鼓中沉降得越结实，螺旋推料的功率就越大。为了使物料分离后能够从转鼓中排出，差速越大，物料排出的速度越快，差速达到一定程度时，排出的泥饼含水率会提高；如果差速过小，运行过程中可能会因物料聚集在转鼓中而造成主机过载。

通过现场检测和处理效果评定，设置主机操作转速为2 000～2 300 r/min，差速为16～25 r/min。如果泥饼含水量较高，可适当减小差速、增大转速(不得超过2 300 r/min)；如果进料浓度增大，副电机电流相应增大，此时允许对差速进行调整，增大差速可加快主机排渣，但差速不能超过30 r/min。

当主机转速为2 100 r/min、分离因数为2 200、进料量为17～22 m3/h、进料质量浓度为117.3～208.8 g/L时，对絮凝剂添加量进行了试验，试验结果如表4所示。

表4 絮凝剂添加量试验结果

差速/(r·min-1)絮凝剂日耗量/kg滤液质量浓度/(g·L-1)滤饼含水质量分数/%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，在其他参数基本不变的情况下，絮凝剂耗量越大，分离效果越好。为了降低生产成本，絮凝剂日耗量控制在12.5～15.2 kg。在主机转速、分离因数和絮凝剂耗量不变的情况下，分离效果随差速下降而提高。当差速为18 r/min时，降低转速对滤饼水分含量和滤液浓度的影响不明显，而离心机扭矩达3 kN·m，接近设定的联锁停车值(5 kN·m)。因此，差速设置为18 r/min。

3.2 机身振动大

在运行初期，卧式螺杆离心机经常出现因机身振动大而跳车的现象，而引起离心机振动的直接原因是转鼓内部存在不平衡。通过现场观察和分析，认为其原因是：①短时间内进料量或物料浓度突然增大，进料流动性差，导致进料后物料在主机内布料不均匀，并且主机中的沉渣无法在短时间内排出。②停机清洗不彻底，主机没有完全清洗干净，在运行状态下，水和渣受到不同的离心力，在主机内部形成一个固体环和一个液体环，引起不平衡。因此，应制订停车冲洗规程并要求操作人员严格遵守。当煤质灰分含量高或气化炉锁斗系统发生故障时，会导致黑水含固量增加，此时可在沉降槽底流泵前通入灰水以降低进料浓度。

3.3 轴温高

加注润滑油脂时未遵循“按时加注不过量的原则”(表5)，超期不加注或一次性加注过量都会造成轴温偏高而引发报警。润滑油脂具有润滑散热的作用，一次性加注过量将造成轴承座油腔内短时间充满油脂，经高速旋转后油脂被甩开，散发出很大的热量，油腔又重新被油脂充满，短时间内热量无处散发而造成轴温偏高。

表5 润滑油加注量

润滑点润滑周期加入量/g加注时机2个主轴承润滑点(位于主轴承座上)12h3～5(油枪加注2～3下)主机开机状态2个轴承润滑点(位于主轴承座与罩壳之间)10d30～35主机停机状态辅助支撑润滑点(位于差速器旁)10d30～35主机停机状态

3.4 过载现象

卧式螺杆离心机的主机采用ABB变频器，在发生功率过载的情况下会自动降低转速以得到更大的输出力矩。在执行降速后，如果能够控制在额定的功率或设定的保护转速范围内，则转速自动提高至原有状态，如果降速后仍不能满足使用要求则跳车保护。出现该问题的原因在于进料量或物料浓度出现波动，需要在进料后的30 min内观察主、副电机电流，通过调整进料量将其控制在操作规程要求的范围内，给主机留出足够的调整空间。