卧螺离心机在五环炉黑水处理系统运行中的问题分析及处理

万国鹏

(河南龙宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

河南龙宇煤化工有限公司(以下简称龙宇煤化工)二期40万t/a醋酸装置的项目，合成气由两台新型WHG干煤粉加压气化炉提供。五环炉装置所用的煤粉颗粒较细，致使合成气中带有大量的小颗粒飞灰，为了得到“干净的”合成气，必须通过灰水进行洗涤降温、除去飞灰，致使气化炉装置产生的黑水中灰分直径较细且颗粒浓度较高，而分离出含有细灰的灰浆难度较大，为了保证五环炉水处理单元能够长周期稳定运行，选用合适的灰浆分离设备显得十分重要。龙宇煤化工经过考察多家分离设备的厂家，通过试验对比各设备之后，发现卧螺离心机能在全速运转下，连续进料、分离、洗涤和卸料，具有运转平稳、连续操作、结构紧凑、适应性强、生产能力大的优点，因此最终决定黑水处理系统的分离设备选用卧螺离心机。但经过长周期运行，也暴露了很多的新问题，比如卧螺离心机振动大、轴温高、电流高、滤饼含水率高等，针对制约卧螺离心机运行中凸显的问题进行剖析，采取了许多解决方法，下面就针对运行过程中出现的问题及解决办法进行论述，希望为同行提供帮助。

1 五环炉黑水处理单元工艺流程原理

首先，将一定粒度的原煤经磨煤机磨制成大部分≤90 μm的煤粉，经4条粉煤管线从煤粉给料罐底部送出，与空分装置送来的高压氧气同时经煤烧嘴喷入气化炉内，在高温、高压下发生部分氧化还原反应，生成的粗合成气主要成分为CO、H2，同时产生大量的飞灰随合成气带走。携带飞灰的合成气在激冷段初次被激冷固化，然后经输气管送往激冷罐，在激冷罐内再次被激冷水冷却、降温和洗涤除灰，使大量的飞灰被激冷水带走，形成黑水排至闪蒸系统；然后含有少量飞灰的合成气进入湿洗单元，经过文丘里洗涤器和湿洗塔进一步降温、洗涤除灰，使合成气中的少部分飞灰再次被灰水带走排至闪蒸系统。流动的熔融液态渣流入渣池，熔渣迅速淬裂成玻璃状的颗粒，大颗粒的渣通过渣锁斗系统排至捞渣机，由捞渣机捞出后通过长皮带送往渣场。在渣水中残余的细渣及未反应的粉煤颗粒悬浮物，由细渣浆排出泵送至澄清单元。

五环炉粉煤加压气化装置采用三级闪蒸工艺，对含有飞灰的气化炉激冷罐和合成气洗涤塔排出的黑水进行降压减温、热量回收，产生的0.6 MPa高压闪蒸酸性气外送至硫回收系统使用；黑水分别进入中压闪蒸罐、低压闪蒸罐和真空闪蒸罐，依次进行闪蒸降温，分离下来的浓度较高的黑水则被回收到澄清槽进行初步处理，由于飞灰颗粒较细，必须加入絮凝剂才能把黑水中的飞灰去除，回收利用灰水；与絮凝剂混合后，在澄清槽内进行絮凝沉降，上部溢流的澄清水进入到灰水槽，沉降槽底部浓缩的灰浆由沉降槽底流泵送至灰浆贮槽，经灰浆槽底流泵送到卧螺离心机进行分离，产生的滤饼送出界区，滤液则被送至澄清槽再次澄清处理。

2 卧螺离心机的工作原理

图1 卧螺式离心机结构

卧螺离心机的工作原理如下：转鼓与螺旋以一定差速同向高速旋转，物料由进料管连续引入输料螺旋内筒，加速后在出料口处被甩到转鼓内侧，在离心力作用下，质量较大的固相物料沉积在转鼓壁的最内侧，质量较小的清液在上面，使固液混合介质中的水分和固体物质分离出来，两者的差速由差速器来控制；清液通过流道由转鼓大端溢流口连续排出，进入收集槽回收处理，固体物料被螺旋连续不断地推至转鼓出料端，经排泥口排出机外，如此不断运行，达到固液分离的目的。卧螺离心机的工艺流程见图2。

图2 卧螺离心机的工艺流程

3 主要工艺及设备技术参数

(1)卧螺离心机进料灰浆参数：w(固含量)约为10%；单台处理灰浆能力为20～25m3/h。

(2)卧螺离心机出料参数：脱水后的污泥含固率60%～70%；滤液中的SS(悬浮物)质量分数≤0.1%。

(3)进料中飞灰粒径参数(进料固体粒径分布)：≤1 μm约10%～20%，≤2 μm约25%～40%，≤5 μm约45%～80%，≤10 μm约60%～90%，≤20 μm约75%～95%。

(4)卧螺离心机设备主要参数见表1。

表1 卧螺离心机设备主要参数

4 卧螺离心机运行中存在的问题及对策

为了更好、更快、更高效地处理黑水，需要加入絮凝剂，而絮凝剂的加入会造成灰浆的黏性增大，给五环炉水处理装置带来了很大的难题，易造成设备运行不稳定、经常联锁跳机，致水处理单元无法满足处理五环炉装置所排放黑水的要求，导致现场灰浆槽溢流。随着环境污染治理的要求越来越严格，保证卧螺离心机的稳定运行是目前面临的新课题。

卧螺离心机故障后无法启动，需要进行整机维修，维护成本较高、维修费用高、维修周期长、检修量大，已给黑水处理系统的生产造成了隐患，返厂检修维修费用每年约100万元，大大增加了设备维修成本，给龙宇煤化工造成了很大的经济损失。

2)若突发事件不改变市场价格，仅导致市场需求改变，市场需求增大时(NG(q)>Q*)，需求为X～N(12000，3002 )正态分布；市场需求缩小时(NG(q)

4.1 卧螺离心机内部磨损问题

由于进入卧螺离心机的灰浆含有飞灰颗粒且浓度较高，而为了达到较好的分离效果，使产出的滤饼含水率符合要求，减少现场因滤饼含水量太高造成的环境污染问题，卧螺离心机转速在运行时达到了2 000 r/min，转鼓和螺旋在浓度较高的灰浆中高速旋转，使卧螺离心机的磨损问题进一步加重，缩短了卧螺机的正常使用周期。通过拆检卧螺离心机发现，经常出现磨损的位置有螺旋叶片边缘、转鼓出料口、螺旋出浆口等，磨损情况见图3、图4。

图3 螺旋叶片大部分磨损严重

图4 螺旋出料口磨穿

为解决上述磨损问题，对易磨损的部位进行了改造，主要通过以下途径来解决。

4.1.1卧螺离心机螺旋叶片及出泥口磨损处理

由于原螺旋叶片材质不耐磨，当卧螺机内部固含量增加时，叶片在内部高速旋转，特别是当出现叶片挂泥，造成转股内部堵塞时，大量的灰浆颗粒对螺旋叶片进行高速冲刷，使叶片逐渐磨穿、长度变短；当叶片变短后，使卧螺机内部空隙变大，内部的积泥更厚，无法及时排出，最终造成联锁跳机。由于内部积泥量大且黏度高，通过一般的卧螺机冲洗程序无法完全冲掉，只能把整个卧螺机解体(见图5)，抽出螺旋叶片进行人工清理，工作强度较大、整个检修周期较长，造成备机无法及时备用，给五环炉黑水处理系统造成较大的运行隐患。

图5 卧螺离心机解体，人工进行清泥

改进措施如下：在螺旋出料口镶可更换的碳化钨硬质合金衬套，螺旋叶片镶可更换的碳化钨硬质合金，提高其耐磨性，且不易脱落，延长了使用寿命、减少设备维修费用。所有耐磨片推泥侧和螺旋叶片设置在同一个面，以防止叶片出现挂泥堵塞情况。改造后基本解决了螺旋叶片易出现磨损的问题，减少了卧螺机内部积泥的情况，提高了设备运行稳定性，延长了卧螺离心机运行周期，降低了检修劳动强度。

4.1.2卧螺离心机转鼓出料口磨损处理方法

原卧螺离心机出泥口为普通材质，没有耐磨防护，由于螺旋把较干的物料推出，物料在转鼓高速旋转离心力的作用下被高速甩出，同时对转鼓出料口造成磨损，速度越高，磨损越大(见图6)。

图6 卧螺机出料口磨损情况

改进措施如下：将卧螺离心机出泥口镶嵌陶瓷耐磨材料(见图7)，减少物料甩出时对其的冲刷，增加了耐磨强度，提高运行周期。通过以上途径解决了出泥口磨损的问题，增加耐磨衬里后出料口基本未出现磨损的问题，大大延长了卧螺机转鼓的使用周期。

图7 卧螺机出料口增加耐磨衬里

4.2 卧螺离心机振动大的问题

卧螺离心机在运行时经常出现因振动大而联锁跳机的现象，无法长时间稳定运行。结合现场卧螺式离心机维修及操作的经验，总结出造成卧螺离心机振动大的主要原因。

4.2.1气化炉使用煤种对卧螺离心机运行的影响

五环炉可适用的煤种较宽，为了节约生产成本、广开煤源，减少煤市场供应的制约因素，龙宇煤化工一直采用本地与外地混合配煤的方式，当所配煤种出现不均匀或者煤质发生变化、煤种灰分波动时，易造成五环炉工况发生变化，使所处理的灰浆黏度也随之发生变化，黑水处理系统的所有卧螺离心机都因无法分离导致转鼓内严重积泥，使转子受物料影响而不平衡，造成卧螺离心机振动大而联锁跳机。

4.2.2絮凝剂添加量对卧螺离心机运行的影响

通过添加絮凝剂将黑水中的较细飞灰聚合，成为大颗粒后才能加速沉淀分离，然后将聚合沉淀的灰浆经泵送至卧螺离心机进行固液分离。当黑水中絮凝剂添加过量时，会对卧螺离心机运行造成一定的影响。

第一，由于运行经验不足，当煤种灰分发生变化，澄清槽处絮凝剂添加量未及时调整；第二，操作人员对澄清槽絮凝效果关注度不够，如当澄清槽水质发生变化，而未及时根据现场水质调整絮凝剂添加量时；第三，操作人员责任心不强，配制絮凝剂时，未按照要求操作，造成药剂质量不高。以上原因可能导致絮凝剂的添加过多，造成灰浆黏性增大，进入卧螺离心机后黏附在转鼓内壁，无法正常分离，最终造成内部积泥，使卧螺机电流高、振动大。

4.2.3内部转动部件变形对卧螺离心机运行的影响

卧螺离心机内部转动部件磨损，造成转子质量偏差，就会产生较大的偏心力，这是引起卧螺离心机转子转动时不平衡的根本原因，也是造成离心机振动较大的根本原因。

4.2.4内部积料堵塞对卧螺离心机运行的影响

随着卧螺离心机运行时间的增加，在卧螺机出料口处，由于物料具有一定的黏性，一部分物料在外壳内壁黏附而逐渐累积。当累积达到一定程度，使卧螺机内部的泥无法顺利排出，造成内部积料堵塞；另外一种情况是螺旋和转鼓内不断堆积，牢牢吸附在内壁，引起流道堵塞。以上两种情况都会使卧螺机产生不平衡力，增加振动值。

4.2.5轴承磨损对卧螺离心机运行的影响

卧螺离心机轴承以润滑脂润滑，当操作人员不按照规定添加润滑脂或者内部积泥严重、设备负荷过高时，都会造成轴承磨损，而轴承磨损、轴承间隙过大，也会引起振动位移加大，导致机组的振动值升高。

针对以上原因，为防止卧螺机因振动造成设备损坏，确保卧螺机能够稳定运行，提出以下解决措施：①定期对卧螺机进行内部检查，针对卧螺机内部磨损原因分析和修复，解决卧螺机磨损的问题，有效延长了卧螺机的使用周期，为系统的长周期运行提供保障；②稳定煤种、保证配比质量，保证药剂添加按照规定执行，加强药剂配比、加药量方面的日常检查与管理，确保煤种变化小、加药稳，保障卧螺离心机进料物性稳定；③加强对卧螺离心机日常维护保养方面的管理，按照“五定”原则对设备进行润滑管理，为卧螺机稳定运行奠定基础；④加强卧螺离心机备机管理，定期切换，及时清理内部及出口的积料，防止卧螺机积料堵塞，减少内部转动部件磨损，以保证卧螺机长周期稳定运行。

5 结语

总结卧螺离心机日常维护经验，加强对卧螺离心机在磨损、煤种变化、药剂添加、设备维护管理等方面的研究，分析引起卧螺离心机振动大、轴温高、电流高、滤饼含水率高等问题的原因，并制定相应的处理措施，使卧螺离心机系统更加稳定和安全可靠，制定提前加脂、定期盘车等维护计划，使机组处于最佳工作状态，延长卧螺离心机的使用寿命。既解决了影响卧螺离心机在五环炉黑水处理系统中运行的问题，又保证了卧螺离心机的长周期、稳定运行。