兩級串聯(lián)臥螺離心機用于飛灰水洗料漿固液分離試驗研究
技術(shù)支持
飛灰是指在垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣凈化系統(tǒng)收集而得的殘余物，含有二噁英、呋喃等有機污染物和Pb、Cr等可溶性重金屬，對環(huán)境和人體健康危害大，必須進行安全有效處置。根據(jù)飛灰成分特性，作為燒結(jié)水泥原料是一種有效處置飛灰的方法，但是飛灰中氯離子含量高，直接作為水泥原料會產(chǎn)生結(jié)皮和堵塞，影響水泥窯的正常運行，因此需要對飛灰進行預(yù)處理，諸多研究表明，飛灰水洗是一種有效的預(yù)處理方法。
飛灰水洗是指先將飛灰與水混合并攪拌均勻，然后對飛灰水洗料漿進行固液分離。目前，飛灰水洗料漿固液分離方式主要為采用真空過濾機進行過濾，但固液分離效果較差，分離后泥餅含水率和濾液含渣率較高。另外，過濾中濾布容易出現(xiàn)堵塞，影響真空過濾機正常運行。
近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，出現(xiàn)了一種新的固液分離設(shè)備——臥螺離心機，因其具有適應(yīng)性強、分離效率高、生產(chǎn)成本低等特點，在環(huán)保、化工、食品及礦產(chǎn)品等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。本文根據(jù)飛灰顆粒細且粒徑分布范圍廣的特點，采用兩級串聯(lián)臥螺離心機對飛灰水洗料漿進行固液分離，取得了較好的效果，同時避免了真空過濾機中存在的濾布堵塞問題。
1 試驗部分
1.1 飛灰及水洗料漿性質(zhì)
飛灰來自背景某垃圾焚燒有限公司，主要化學(xué)成分中，CaO、SiO2、Cl平均含量分別為38.6%、25.1%、13.7%，平均粒徑為12.5μm（其中≤5μm的顆粒含21.3%）；經(jīng)試驗研究，水洗液固比為3:1時不僅能有效去除飛灰中的Cl，而且節(jié)約洗灰水用水量，且飛灰水洗料漿中含渣率為19.2%，密度為1.18×103kg/m3。
1.2 固液分離工藝
臥螺離心機一般適合于分離顆粒粒徑＞5μm的物質(zhì)，由于飛灰水洗料漿中粒徑小于5μm的顆粒較多，因此飛灰水洗料漿經(jīng)過一級臥螺離心機分離后，1次濾液中仍含有較高濃度的顆粒物。本研究通過在1次濾液中加入絮凝劑PAM（投加量為料漿中干渣的3‰～4‰），經(jīng)過二級臥螺離心機分離后，濾液含渣量大幅減少，明顯減輕了后續(xù)水處理的難度。
1.3 離心機技術(shù)參數(shù)
試驗所用一級和二級臥螺離心機由浙江某離心機廠家生產(chǎn)，型號為LW580ED，轉(zhuǎn)鼓直徑580mm，轉(zhuǎn)鼓長度2378mm，長徑比4.1，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速3000r/min（變頻無級可調(diào)），分離因數(shù)2918，差轉(zhuǎn)速2～32r/min（變頻無級可調(diào)），差速器額定扭矩3.6kNm，主電機功率110kW，副電機功率45kW，振動額定值12mm/s。
2 飛灰水洗料漿固液分離現(xiàn)場試驗
2.1 操作參數(shù)的選擇
在進料量基本穩(wěn)定的情況下，臥螺離心機分離效果受多種操作參數(shù)影響，如轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、差轉(zhuǎn)速及溢流半徑等，為此控制一級和二級臥螺離心機進料量分別為（20±1），（19±1）m3/h，對影響飛灰水洗料漿固液分離效果的操作參數(shù)進行選擇優(yōu)化，試驗結(jié)果及分析如下。
2.1.1 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的影響
臥螺離心機工作原理是依靠轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強大離心力，使物料中固相粒子迅速積聚在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上實現(xiàn)固液兩相分層，因此轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速對固液分離效果有著重要的影響，一般情況下轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速越大，物料受到的離心力越大，分離效果也越好，但是轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速過高，離心機震動強烈，易引起跳停故障，因此在分離過程中要選擇合適的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，試驗中設(shè)定一級和二級臥螺離心機差轉(zhuǎn)速分別為10，14r/min，溢流半徑分別為225，210mm，考察了轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速與離心后泥餅含水率和濾液含渣率的關(guān)系，同時記錄了不同轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速離心機振動范圍值，如下所示：
轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速/（r/min） | 一級臥螺離心機振動范圍/（mm/s） | 二級臥螺離心機振動范圍/（mm/s） |
500 | ＜3 | ＜3 |
1000 | ＜3 | ＜3 |
1500 | 3～6 | ＜4 |
1800 | 3～8 | 2～6 |
2100 | 6～12 | 3～8 |
2300 | 6～15 | 5～11 |
隨著臥螺離心機轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的增加，一次和二次泥餅含水率、一次和二次濾液含渣率均降低；當一級臥螺離心機轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速大于2100r/min時，一次泥餅含水率和一次濾液含渣率降低緩慢，對于分離效果而言，選擇一級臥螺離心機轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為2100r/min為宜。但是一級臥螺離心機在該轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速下的震動已達到額定值，引起離心機跳停，影響離心機正常運轉(zhuǎn)，因此綜合考慮，確定一級臥螺離心機的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為1800r/min；同樣考慮分離效果和震動影響，確定二級臥螺離心機的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為2100r/min。
2.1.2 差轉(zhuǎn)速的影響
差轉(zhuǎn)速是轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速與螺旋推料器轉(zhuǎn)速之差，一般差轉(zhuǎn)速減小，將增大物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時間，使得離心后泥餅含水率和濾液含渣率減小，但是差轉(zhuǎn)速太小，會使差速器扭矩明顯增大，離心機易發(fā)生堵塞。為此試驗中設(shè)定一級和二級臥螺離心機轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速分別為1800，2100r/min，溢流半徑分別為225，210mm，考察了差轉(zhuǎn)速與離心后泥餅含水率和濾液含渣率的關(guān)系，同時記錄了不同差轉(zhuǎn)速離心機的扭矩值，如下表所示：
差轉(zhuǎn)速/（r/min） | 一級臥螺離心機差速器扭矩/kNm | 二級臥螺離心機差速器扭矩/kNm |
4 | 3.5 | 3.4 |
7 | 3.4 | 3.3 |
10 | 3.0 | 2.9 |
14 | 2.9 | 2.7 |
18 | 2.7 | 2.6 |
23 | 2.5 | 2.4 |
當差轉(zhuǎn)速＜10r/min時，隨著差轉(zhuǎn)速的減小，一次泥餅含水率和一次濾液含渣率降低幅度明顯減小，而一級臥螺離心機差速器扭矩明顯增大，并且接近于額定扭矩，離心機發(fā)生堵塞幾率高，由此確定一級臥螺離心機的差轉(zhuǎn)速為10r/min；同時發(fā)現(xiàn)，二次泥餅含水率和二次濾液含渣率受差轉(zhuǎn)速影響較小，僅當差轉(zhuǎn)速＞18r/min時，二次泥餅含水率顯著增大，因此對于分離效果而言，差轉(zhuǎn)速只要≤18r/min即可。但當差轉(zhuǎn)速＜10r/min時，二級臥螺離心機差速器扭矩隨差轉(zhuǎn)速的減小而顯著增大，因此考慮到扭矩顯著變化影響，確定二級臥螺離心機的差轉(zhuǎn)速為10～18r/min。
2.1.3 溢流半徑的影響
對于型號確定的臥螺離心機，溢流半徑大小影響有效沉降容積和干燥區(qū)長度。溢流半徑增加，沉降面積減小，濾液在沉降區(qū)停留時間縮短，濾液含渣率升高，但同時使得干燥區(qū)長度增大，泥餅在干燥區(qū)停留時間延長，泥餅含水率減小，因此應(yīng)選擇合適的溢流半徑，使得泥餅含水率與濾液含渣率達到 組合。為此試驗中設(shè)定一級和二級臥螺離心機轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速分別為1800，2100r/min，差轉(zhuǎn)速分別為10，14r/min，考察了溢流半徑與離心后泥餅含水率和濾液含渣率的關(guān)系。
隨著溢流半徑的增加，一次泥餅含水率和一次濾液含渣率分別逐漸降低和增加，為有利于后續(xù)烘干操作，一次泥餅含水率宜越低越好，但為節(jié)省絮凝劑PAM用量，一次濾液含渣率不能太高，綜合考慮選擇一級臥螺離心機的溢流半徑為225mm；同時，二次泥餅含水率隨溢流半徑的變化規(guī)律與一次泥餅含水率基本相同，但二次濾液含渣率隨溢流半徑的變化規(guī)律與一次濾液不盡相同，當溢流半徑＜210mm時，隨著溢流半徑的增加，二次濾液含渣率緩慢增加，而當溢流半徑＞210mm時，二次濾液含渣率隨著溢流半徑的增加顯著增大，由此選擇二級臥螺離心機的溢流半徑為210mm。
2.2 臥螺離心機連續(xù)運行試驗
通過對臥螺離心機分離效果和工況的考察，選擇并確定了合適的操作參數(shù)。為評價兩家串聯(lián)臥螺離心機代替真空過濾機的可行性，本研究又進行了長時間連續(xù)運行試驗，一級和二級臥螺離心機轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速分別設(shè)定為1800，2100r/min，差轉(zhuǎn)速分別設(shè)置為10，14r/min，溢流半徑分別為225，210mm，而進料量仍分別維持在（20±1），（19±1）m3/h。
通過運行結(jié)果可知：一、二次泥餅含水率，二次濾液含渣率和總固相回收率平均值分別為39.8%、0.6%和98.1%，而相同飛灰水洗料漿經(jīng)真空過濾機固液分離后，平均泥餅含水率為45.0%，平均濾液含渣率為3.0%，平均固相回收率為89.7%，表明兩級串聯(lián)臥螺離心機的固液分離效果明顯優(yōu)于真空過濾機，另外試驗過程中，臥螺離心機一直運行平穩(wěn)，未出現(xiàn)異常，表明兩級串聯(lián)臥螺離心機可完全代替真空過濾機。
另外一級臥螺離心機的固相回收率并不高，平均值為66.0%，而兩級串聯(lián)臥螺離心機的平均總固相回收率高達98.1%，其主要原因是二級臥螺離心機進料加入了絮凝劑PAM，使得飛灰水洗料漿中的細顆粒聚結(jié)成較粗大的粒子或絮團，沉降性能得以顯著改善所致。
3 結(jié)論
（1）采用臥螺離心機對飛灰水洗料漿進行固液分離，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、差轉(zhuǎn)速和溢流半徑是影響分離效果的重要操作參數(shù)。
（2）飛灰水洗料漿經(jīng)過兩級串聯(lián)臥螺離心機固液分離后，平均泥餅含水率為39.8%，平均濾液含渣率為0.6%，平均固相回收率達98.1%，分離效果顯著優(yōu)于真空過濾機，另外臥螺離心機一直運行平穩(wěn)，未出現(xiàn)異常，說明兩級串聯(lián)臥螺離心機可完全代替真空過濾機。
（3）二級臥螺離心機進料投加絮凝劑PAM，是兩級串聯(lián)臥螺離心機平均總固相回收率高的主要原因。
