離心脫水機(jī)設(shè)備在連鑄污泥處理中的應(yīng)用

王達(dá)

（濟(jì)鋼國際工程技術(shù)有限公司，山東濟(jì)南 250101）

1 引言

在煉鋼連鑄機(jī)生產(chǎn)過程中，所產(chǎn)污水中含有大量鐵屑、油污、塵泥等成分的物質(zhì)，為了節(jié)能環(huán)保，降低新水消耗量，對連鑄污水采取一、二級(jí)處理達(dá)到設(shè)備用水水質(zhì)要求后，使連鑄澄清水循環(huán)重復(fù)利用；產(chǎn)生污泥中富含F(xiàn)e2O3成分高達(dá)50%以上，含水率高達(dá)75%～85%，如不經(jīng)過處理直接排放，不但造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染和社會(huì)公害，歷來為環(huán)保部門所嚴(yán)厲禁止。為了節(jié)能降耗和改善環(huán)境，實(shí)現(xiàn)連鑄生產(chǎn)清潔化，通常采用“帶式或板框壓濾”傳統(tǒng)工藝對連鑄污泥進(jìn)行處理，卻帶來了諸多問題。因此，開發(fā)新型的高效連鑄污泥脫水設(shè)備成為污泥處理領(lǐng)域迫切需要和重要課題。連鑄污泥“離心脫水機(jī)”設(shè)備隨著污泥脫水技術(shù)日臻成熟，應(yīng)耘而生，在濟(jì)鋼一煉鋼3號(hào)連鑄機(jī)大修工程設(shè)計(jì)中首次應(yīng)用于實(shí)踐，取得了較為理想的效果。

2 概況

濟(jì)鋼一煉鋼廠為淘汰落后連鑄工藝，提高工藝技術(shù)裝備水平，優(yōu)化、改善品種結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)高附加值、具有市場競爭優(yōu)勢和前瞻性技術(shù)的專用板，對3號(hào)連鑄機(jī)工藝進(jìn)行了整體優(yōu)化和升級(jí)改造。由此涉及的水處理設(shè)施改造內(nèi)容繁瑣而錯(cuò)綜復(fù)雜，結(jié)合此次水處理設(shè)施改造新建一套懸浮液脫水設(shè)施，使連鑄懸浮液得到有效處理和回用，變廢為寶，創(chuàng)造更大經(jīng)濟(jì)效益。新建脫水設(shè)施本著統(tǒng)籌考慮、完善工藝、優(yōu)化系統(tǒng)、克服先天弊病原則，將120小方坯懸浮液處理也納于此次設(shè)計(jì)中。

根據(jù)連鑄懸浮液水質(zhì)特點(diǎn)，借鑒當(dāng)前污泥處理技術(shù)最新研究成果，確定污泥處理流程見圖1。

圖1 污泥處理流程圖

3 離心脫水機(jī)工作原理

離心脫水機(jī)工作原理參見圖2。

圖2 離心脫水機(jī)組裝圖

懸浮液自進(jìn)料管連續(xù)輸入機(jī)內(nèi)，經(jīng)螺旋輸送器的內(nèi)筒出料口均勻分配進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，在高速旋轉(zhuǎn)離心力作用下，懸浮液在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)形成一環(huán)形液流，因懸浮液中雜質(zhì)粒子離心力與密度成一次方關(guān)系，密度愈大，離心力愈大；懸浮液中密度較大粒子在離心力作用下被摔沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，上清液則被擠推向轉(zhuǎn)鼓內(nèi)環(huán)處，由于差速器的差動(dòng)作用，使螺旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓之間形成相對運(yùn)動(dòng)，沉渣被螺旋推送到轉(zhuǎn)鼓小端的干燥區(qū)進(jìn)一步脫水，被收集在機(jī)殼內(nèi)沉渣隔倉內(nèi)，然后經(jīng)出渣口重力排出機(jī)外。液相形成一個(gè)內(nèi)環(huán)，環(huán)形液層深度是通過轉(zhuǎn)鼓大端的溢流擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)的，分離后的上清液被水流緩慢推移至離心脫水機(jī)出水側(cè)，溢流進(jìn)入分離液隔倉內(nèi)，經(jīng)溢流孔排出，沿排水立管自流至機(jī)外排水管中。為了提高離心機(jī)污泥脫水效率，加快泥水分離速度，保證出泥含水率符合運(yùn)輸要求，向進(jìn)污泥中投加絮凝劑和助凝劑促使電解質(zhì)脫穩(wěn)、破乳、分離、懸浮顆粒相互凝聚抱團(tuán)成大的絮狀物，大大加快其從水中分離出的速度，提高離心機(jī)出水效果。

為了保證離心機(jī)使用壽命，必須嚴(yán)格按照設(shè)備工作、使用、操作規(guī)范書運(yùn)作，強(qiáng)化設(shè)備維護(hù)、管理和設(shè)備正常點(diǎn)檢，要保證離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后方能進(jìn)泥脫水，停止進(jìn)泥后方能停運(yùn)離心機(jī)。離心機(jī)停運(yùn)期間要保證清水沖洗干凈。

4 離心脫水機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)

1)應(yīng)用范圍廣，能廣泛地用于化工、石油、食品、制藥、環(huán)保等需要固液分離的領(lǐng)域。能夠完成固相脫水，液相澄清，液-液-固、液-固-固三相分離，粒度分級(jí)等分離過程；

2)對物料的適應(yīng)性較強(qiáng)，能分離的固相粒度范圍較廣（0.005～2 mm）,在固相粒度大小不均時(shí)能照常進(jìn)行分離；

3)能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)、連續(xù)、長期運(yùn)轉(zhuǎn)和全封閉環(huán)保生產(chǎn)，維修、管理、操作方便;

4)單級(jí)生產(chǎn)能力大，結(jié)構(gòu)緊湊，占地小，操作費(fèi)用低；

5）固相沉渣的含濕量一般比過濾離心機(jī)高，大致接近于真空過濾機(jī)；

6)固相沉渣洗滌效果不好。

5 離心脫水機(jī)結(jié)構(gòu)組成

離心脫水機(jī)主要由高轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)鼓、與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)向相同且轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)鼓略高或略低的螺旋和差速器等部件組成。

5.1 轉(zhuǎn)鼓

轉(zhuǎn)鼓是離心脫水機(jī)的主要部件，采用柱/錐形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)機(jī)內(nèi)液池容量大，處理能力和澄清效果高，長徑比大，應(yīng)用范圍廣。

轉(zhuǎn)鼓由雙相不銹鋼整體離心鑄造而成，所有離心機(jī)鑄件都必須經(jīng)過探傷試驗(yàn)，不允許有任何鑄造缺陷。轉(zhuǎn)筒直徑應(yīng)≥450 mm;轉(zhuǎn)鼓長徑比應(yīng)≥4.5:1。轉(zhuǎn)鼓的半錐角≥15°。

轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)表面應(yīng)裝有縱向AISI 316不銹鋼條，以防止固體在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁滑動(dòng)而引起轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁磨損。

每個(gè)固渣排放口應(yīng)配有碳化鎢套筒保護(hù)。套筒上設(shè)有便于檢測的窗口，以方便觀察其磨損。保護(hù)套筒應(yīng)可保持高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)平衡，并且可現(xiàn)場更換。

在轉(zhuǎn)筒圓柱段的末端應(yīng)設(shè)有可調(diào)堰板，用來控制液層的深度。

5.2 螺旋輸送機(jī)

螺旋輸送機(jī)是離心脫水機(jī)的重要部件之一，采用連續(xù)式整體螺旋葉片結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)制造比較容易，也適合多種物料分離；為減少螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)對懸浮液的攪動(dòng)，影響沉淀效果，葉片頭數(shù)采用單頭螺栓。

螺旋體由雙相不銹鋼焊接而成，為減輕物料對螺旋葉片磨損程度，對錐形段葉片的推料面進(jìn)行硬化處理，如噴高強(qiáng)度合金或螺旋葉片采用可更換的耐磨碳化鎢保護(hù)片，其厚度應(yīng)不小于3 mm，以確保設(shè)備長期無故障運(yùn)行并減少設(shè)備維修費(fèi)用。

螺旋卸料器的運(yùn)行壽命（需維修）應(yīng)不少于30000 h。

5.3 差速器

差速器是離心脫水機(jī)中最復(fù)雜、最重要的部件，其性能高低、制造質(zhì)量優(yōu)劣等決定了整臺(tái)離心機(jī)能否可靠正常的運(yùn)行。

在離心機(jī)中，沉渣在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面的軸向移動(dòng)都是靠螺旋與轉(zhuǎn)鼓之間的相對運(yùn)動(dòng)即轉(zhuǎn)速差實(shí)現(xiàn)的，而轉(zhuǎn)速差是靠差速器實(shí)現(xiàn)的。

5.4 電機(jī)

主電機(jī)為鼠籠式電機(jī)并帶有過熱保護(hù)。在任何正常運(yùn)行情況下，電機(jī)均不得超過銘牌額定的負(fù)荷值。電機(jī)各個(gè)方向1米距離的噪聲不超過86dB(A)。電機(jī)應(yīng)采用變頻調(diào)速器進(jìn)行軟起動(dòng)，以防止起動(dòng)時(shí)引起的電負(fù)荷沖擊。

ALDEC G2-70利用ABB-EFF1高標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)及阿法拉伐高效兩級(jí)行星齒輪箱組成的直接驅(qū)動(dòng)式（Direct Drive）自動(dòng)恒扭距差速控制系統(tǒng)，可調(diào)節(jié)離心機(jī)的脫水功能，以適應(yīng)不同進(jìn)泥特性，使脫水后污泥的含固率、固相回收率保持恒定，滿足設(shè)計(jì)要求。

5.5 其它

旋轉(zhuǎn)部件應(yīng)用不銹鋼制成的外殼罩住，并形成全封閉以減少噪聲。罩殼底部應(yīng)有澄清液與污泥餅排出的法蘭接口。污泥排放口應(yīng)設(shè)有耐磨襯套。

離心機(jī)的支架由碳鋼制成并涂防護(hù)底漆、中間漆和面漆。應(yīng)備有減振裝置。

彈性連接由離心機(jī)制造商提供，安裝在離心機(jī)與離心液管、離心機(jī)與固體排出槽、離心機(jī)進(jìn)料管與污泥進(jìn)料管線及與絮凝劑管道之間。彈性連接應(yīng)采用物理、化學(xué)特性均能適應(yīng)離心機(jī)運(yùn)作要求的合成橡膠。

不銹鋼機(jī)殼表面應(yīng)作鈍化處理，且無錘痕和劃傷。

6 技術(shù)性能

設(shè)備型號(hào)：ALDEC G2-60

單臺(tái)處理量： 20 m3/h

進(jìn)料中含水率：93.0～95.0%w/w，總固體量≤1050 kg/h

脫水后泥餅含水率：≤40%w/w(絕干固體含量≥60%w/w)

絮凝劑（PAM）投加量：1.0～2.0 kg/t進(jìn)料固體

上清液含懸浮物：≤500 mg/L

7 運(yùn)行效果

離心脫水機(jī)設(shè)備2008年8月份建成投運(yùn)至今，連鑄污泥實(shí)現(xiàn)了全部離心脫水處理，產(chǎn)生的干污泥被二次利用參與原料場配料，上清液全部回用于循環(huán)水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了“全閉路”“零排放”設(shè)計(jì)和環(huán)保要求，保護(hù)了周圍環(huán)境，節(jié)約了大量的寶貴地下水資源；經(jīng)受住了生產(chǎn)實(shí)踐的考驗(yàn)，達(dá)到了理想的運(yùn)行效果，各項(xiàng)考核指標(biāo)完全符合設(shè)備要求，運(yùn)行資料表明：脫水效果良好，適用范圍大，運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行成本低。該設(shè)備技術(shù)先進(jìn)、實(shí)用、可靠，裝備水平處于國內(nèi)同行業(yè)先進(jìn)水平；另外，管理、維護(hù)方便，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)集中控制和自動(dòng)化管理。

離心脫水機(jī)設(shè)備2009年3月份處理連鑄污泥實(shí)測數(shù)據(jù)曲線圖，如圖3所示。

圖3 連鑄污泥處理實(shí)測數(shù)據(jù)曲線圖

從圖3可以看出，1日～8日及23日～29日進(jìn)泥量一般維持在16～20 m3/h之間，而9日～14日及15日～22日進(jìn)泥量一般維持在6～12 m3/h之間，主要原因是國際金融危機(jī)對國內(nèi)鋼鐵行業(yè)實(shí)體經(jīng)濟(jì)沖擊嚴(yán)重顯現(xiàn)，及國家出臺(tái)的宏觀調(diào)控政策作用，市場對鋼材需求量大幅度下滑，出現(xiàn)了嚴(yán)重的疲軟現(xiàn)象。

濟(jì)鋼根據(jù)市場形勢及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)布局和生產(chǎn)周期，9日～14日及15日～22日一煉鋼4號(hào)板或120小方坯單機(jī)生產(chǎn)，1日～8日及23日～29日4號(hào)板和120小方坯雙機(jī)生產(chǎn)。進(jìn)泥含水率一般維持在89%～95%之間，而出泥含水率一般維持在28%～39%之間，達(dá)到了工藝技術(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)和處理指標(biāo)要求，從而證明此設(shè)備是先進(jìn)、實(shí)用和可靠的。

8 結(jié)語

通過水處理系統(tǒng)運(yùn)行情況分析，得出如下結(jié)論：

1)若干年以前，在處理污泥脫水的工藝中，往往采用板框壓濾機(jī)，而且是人工拆卸的板框壓濾機(jī)。它除了繁重的體力勞動(dòng)以外，還需進(jìn)行很不少的輔助操作。因?yàn)榘蹇驂簽V機(jī)無法直接過濾粘性的污泥，所以事先必須將大量的助濾劑對板框壓濾機(jī)的濾布進(jìn)行涂布預(yù)處理，或?qū)⒏嗟闹鸀V劑與污泥混合，便于過濾，再加入絮凝劑進(jìn)行過濾。若助濾劑的投加量按處理量的3% 計(jì)，長年累月投入大量輔助之用的助濾劑是一筆不小的成本開支，并且板框壓濾機(jī)的操作是間隙進(jìn)行的，無法連續(xù)操作。

2)因?yàn)榘蹇驂簽V機(jī)的明顯缺點(diǎn)，前幾年在處理污泥脫水的工藝中，帶式過濾機(jī)逐步替代了板框壓濾機(jī)。因?yàn)樗苓B續(xù)操作，無需助濾劑，免去了繁重的體力勞動(dòng)。

經(jīng)過一段時(shí)間的應(yīng)用，其脫水后的渣，含水率仍然較高（50%左右）（鋼鐵廢水），絮凝劑的需要量大約為進(jìn)料污泥量的0.4%或以上，繁重的體力勞動(dòng)是不必了，但是，操作人員仍然無法離開帶式過濾機(jī)半步，要隨時(shí)調(diào)整過濾帶的方向和松緊，需經(jīng)常更換濾帶，大量的反沖洗水及污泥的有毒氣體，使操作人員承受很大的工作壓力及不利的工作環(huán)境。

3)與以上污泥脫水設(shè)備相比，近幾年臥式離心機(jī)在污泥脫水處理應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)，已明顯地顯現(xiàn)出來，無需操作工現(xiàn)場操作，一次開機(jī)，即能長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行；臥式離心機(jī)為全封閉運(yùn)轉(zhuǎn)和全自動(dòng)運(yùn)行的設(shè)備，自動(dòng)化程度高，無有毒、有害氣體外逸；絮凝劑用量大約為進(jìn)料污泥量的0.3%以下，渣含水率在40%以下，方便汽車直接外運(yùn)，維修成本是帶式壓濾機(jī)維修成本的60%左右，但臥式離心機(jī)實(shí)際耗電量卻是帶式壓濾機(jī)系統(tǒng)耗電量的1.2倍。

4)臥式離心機(jī)缺點(diǎn)是電耗、設(shè)備價(jià)格偏高，但土建投資和占地面積較板框壓濾機(jī)和帶式過濾機(jī)大幅度降低，且維護(hù)費(fèi)用、備品備件費(fèi)用、人工費(fèi)用均大幅度降低。

5）三種設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)比較見表1所示。

表1 三種設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)比較

6)綜上所述，此臥式離心機(jī)為首次在濟(jì)鋼冶金污泥處理領(lǐng)域應(yīng)用并獲得成功，開創(chuàng)了濟(jì)鋼連鑄領(lǐng)域應(yīng)用臥式離心機(jī)處理連鑄污泥的先河，目前已成功應(yīng)用于軋鋼污泥處理且取得了十分理想的效果，是一種較為先進(jìn)的值得推廣和應(yīng)用于其他污泥處理領(lǐng)域的污泥處理設(shè)備。