卧螺离心机在电石渣固液分离中的应用

李 强 王保军 吴海潮

海申机电总厂（象山） （浙江宁波 315718）

电石渣是电石水解获取乙炔气后产生的以氢氧化钙为主要成分的废渣，主要成分有CaO、CaS、Ca3N2、Ca3P2、Ca2Si、Ca3As2、Ca(OH)2，同时也含有一些硫化物、磷化物等有毒有害物质。原有的露天堆放或填埋等方式：一是破坏生态环境——在雨水、地下水的长期渗透、扩散作用下，会污染水体和土壤，降低地区的环境功能等级；二是影响人类健康，电石渣产生的危险废物通过摄入、吸入、皮肤吸收方式长期危害人体健康，长期接触易导致人体中毒，甚至致癌、致畸、致变等；三是制约可持续发展，电石渣不处理或不规范处理处置所带来的大气、水源、土壤等的污染会成为制约经济活动的瓶颈，在占用大量用地的同时容易造成环境污染。

采用卧螺离心机对电石渣制备活性氧化钙的电石原料进行循环利用，在节约大量用地的同时，可减少有害物质对环境的污染。

1 活性氧化钙生产工艺及电石渣物料特性

1.1 电石渣制备活性氧化钙生产工艺

电石渣制备活性氧化钙的工艺流程如图1 所示。化工厂电石水解生产乙炔过程中所产生的电石渣浆料进行浓缩（20%～30%）处理后，采用卧螺离心机进行固液分离。分离出的渣相（氢氧化钙）经煅烧、研磨粉碎后的成品（即氧化钙），用于电石水解生产乙炔；分离后的液相经过水处理系统处理后，一部分用于电石水解生产乙炔，一部分正常排放用作园艺系统灌溉水。该工艺中，污水循环利用无外排，固体废物全部二次利用，实现了电石渣处置的无害化、减量化与资源化利用的最大化。

图1 电石渣制备活性氧化钙的工艺流程

1.2 电石渣物料特性

进入离心机进行固液分离的电石渣浆料具有含固率较高（20%～30%）、固体颗粒大（20～200 μm）、物料黏度大、流动性差等特性。

2 卧螺离心机系统组成及工作原理

2.1 卧螺离心机结构

针对电石渣物料特性，选用LW650DS 离心机组进行电石渣浆料的固液分离。LW650DS 离心机组由进料管部件、主轴承、转鼓部件、螺旋部件、轴承座、机座、机架、主副电机以及润滑系统等组成，具体结构见图2，技术指标见表1。

2.2 离心机工作原理

电石浆料经进料管从螺旋体出料口进入转鼓，在高速旋转产生的离心力作用下，密度较大的电石固相颗粒沉积在转鼓内壁上，与转鼓作相对运动的螺旋叶片不断地将固相颗粒刮下并推出排渣口。分离后的清液经溢流板在重力作用下自由排出，螺旋体与转鼓之间的相对运动（即差转速）通过差速控制系统自动调节，副电机通过对差速器输入轴转速的控制改变螺旋输送器与转鼓间的转速差，并使差速器能稳定地将扭矩和转速传递给螺旋，实现对电石浆料的连续分离。

图2 LW650DS 离心机结构

表1 LW650DS 离心机主要技术参数

3 LW650DS离心机技术特性及分离效果

3.1 机械性能

（1）根据电石浆料的特性，LW650DS 卧螺离心机的转鼓部件、螺旋部件等所有与物料接触部位都采用高强度和高耐腐蚀性的SAF2205 不锈钢离心浇铸而成，保证了离心机运行稳定性和使用寿命。

（2）离心机螺旋进料口采用涡流式结构，符合液体力学的流线型设计原理，可加速物料进入转鼓，减少出料对已形成的分离固相层的扰动，提高处理量和处理效果。

（3）采用国际上较先进的变螺距技术，可有效降低推料扭矩，提高处理能力，降低沉渣含水率。相对于国内同一型号离心机，处理能力可提升10%以上。

（4）由于电石浆料中含有坚硬颗粒和杂质，因此在LW650DS 离心机转鼓出渣部位、螺旋进料口及螺旋体硬质合金片采用改良钨钴类合金（硬度95HRA 以上），其可满足离心机长期稳定性、耐磨性要求；在螺旋进料口、转鼓出渣口采用可更换的耐磨合金瓦结构，在确保较长使用寿命的同时易于更换。

（5）离心机配备扭矩高、转速高、发热量低、散热性优良的渐开线行星齿轮差速器，以保证离心分离系统的高效、稳定运行。

3.2 电器系统性能

3.2.1 双电机双变频共直流母线技术，节能省电

LW650DS 离心机主/副电机运行采用主/副变频控制。正常工作时，副电机处于被驱动状态，母线电压升高，再生能量反馈到共直流母线，由于主/副变频器的直流母线并联，该能量经过主变频器被主电机利用。相比差速控制可节能15%,且启动平稳。

3.2.2 PLC 自动控制系统，操作简便、功能完备

LW650DS 离心机电控系统由可编程逻辑控制器（PLC）、变频器、触摸屏等元器件组成，离心机的工作流程主要由PLC 完成，主要包括离心机的启动、运行停止、自动冲洗、差速控制及力矩控制。离心机的操作部分在触摸屏上完成，在触摸屏上可以直观地操作所有设备，根据显示的各类运行信息在现场进行故障排除，还可根据客户需要实现远程控制。采用恒力矩与恒差速两种控制方式，以适应物料浓度、流量的变化，提高离心机对电石浆料生产工艺的适应性，保证良好的分离效果和稳定的运行状态。

3.3 离心机分离效果

电石渣浆料进料含固率20%～30%，LW650DS离心机组单机处理量35～40 m3/h，分离后渣相含水率不高于30%，清液固含量不高于0.15%，由于渣相含水率较低，可实现运输过程中不淌水，不会出现电石渣相横溢导致道路泞泥不堪的情况。

4 离心机运行过程的常见问题及解决方法

4.1 离心机罩壳、外转鼓及螺旋内部积料

针对电石浆料颗粒大、黏性强，容易在出渣部位和罩壳上积料造成离心机二次开机困难的情况，LW650DS 离心机在设计时，除了在出渣部位增加弹性排料小罩壳外，在控制系统设计上采用CIP 全自动清洗程序，采用高速、低速、高速的多级清洗模式对离心机易堵部位进行彻底清洗，有效解决停机过程中清洗不彻底的难题；在机罩部位采用360°高压清洗喷嘴，对机罩、机座内腔、转鼓外表面进行清洗。这些措施可彻底解决离心机内部积料问题。

4.2 冲洗过程中出渣口出水影响皮带正常输送

离心机在冲洗过程中，受液层片高度影响，在低速清洗阶段，由于离心力降低，冲洗水从排渣口流出落入螺旋输送机或皮带输送机，造成现场二次污染。设计时，在离心机出渣位置配备电动刀闸阀，由PLC控制柜与离心机联锁控制，可自动或手动控制刀闸阀的开启与关闭。当离心机运行冲洗程序时，刀闸阀闭合，冲洗水直接排入液相排放管路；当冲洗程序结束进入分离状态时，刀闸阀开启，渣相落入螺旋输送机或皮带输送机，保证了周围环境的洁净。

4.3 进料波动造成离心机分离效果不稳定

电石浆料浓度波动较大（20%～30%）造成分离效果不稳定、频繁出现堵料停机现象。为避免上述问题，PLC 控制系统采用恒力矩控制模式，如果扭矩超过最佳值，控制系统会自动增加差速以便将固体尽快排到转鼓外部，直到扭矩恢复正常。即当扭矩降低时差速也同样降低，这个自动控制过程保证了正常运行中的最佳分离效果。

4.4 物料在转鼓内部易堆积

针对电石渣浆料黏度大、易结块、不易推出的问题，螺旋体采用犁形合金片结构。该结构对分离的物料具有导向作用，减小了螺旋叶片推料过程中的阻力，降低了离心机堵料的发生机率；提高了螺旋的推料效率，减轻了螺旋叶片的摩擦力，在提高硬质合金片使用寿命的同时，保证了螺旋体推料的顺畅。

4.5 进料管磨损

由于进料管只靠进料管托架单边支撑，另一头处于悬空状态，且进料管与螺旋体的单边间隙只有2～3 mm，而电石渣浆料黏度大，容易在螺旋腔体内积料，造成进料管单边磨损或折断。采用旋转进料管的结构方式，进料管与主电机皮带轮固定连接并随皮带轮一起旋转，使物料对进料管的冲击比较均匀，有效避免了进料过程中进料管的磨损或断裂现象。

4.6 信号干扰

离心机运行过程中，信号干扰常造成控制系统失灵，如转速、差速、进料流量等数值出现偏差，影响离心机的正常运行。在安装布线时，做到所有模拟量信号采用屏蔽线并有效接地，强、弱电独立接地等。

4.7 因进、回油温度较高出现报警停机

LW650DS 离心机采用稀油润滑，在运行过程中一定要保证冷却循环水的连续供给，当冷却循环水水压过低或人为停止供给时，会造成因离心机主轴承进、回油温度较高而报警停机。为避免这种情况，增加循环系统冷却水压力检测装置，使冷却水压维持在0.2～0.3 MPa。离心机组正常启动前，要求用户首先打开润滑油站的循环冷却水，其次启动整套润滑系统，最后开启离心机进行固液分离。

5 结语

相对于自然沉降或填埋处理，用卧螺离心机进行电石渣浆料的无害化、减量化、资源化处理，占地面积小、结构紧凑、自动化程度高、运行稳定、分离效果佳、处理量大且无污染，值得业内推广。