雙級(jí)活塞推料離心機(jī)在煤礦高鹽水處理中的應(yīng)用

陳 哲

(中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054)

1 概 述

陜北及鄂爾多斯地區(qū)部分煤礦井下排水量大、含鹽高，處理后多余的產(chǎn)品水需要用于周邊的煤化工或電廠等用戶，達(dá)到環(huán)境保護(hù)和資源的合理利用的目的。高鹽礦井水經(jīng)高度濃縮后產(chǎn)生的高濃鹽水，一般需經(jīng)過蒸發(fā)結(jié)晶工藝進(jìn)行分鹽結(jié)晶，提取高純度的氯化鈉、硫酸鈉工業(yè)鹽。

煤礦高鹽礦井水在處理過程中，通過重介速沉裝置、高效沉淀池、V型濾池、超濾、反滲透、高密度沉淀池、多介質(zhì)過濾器、弱酸陽離子交換器、脫碳塔、臭氧氧化、MVR降膜蒸發(fā)、MVR硫酸鈉結(jié)晶等典型工藝，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)達(dá)標(biāo)，同時(shí)從中提取硫酸鈉進(jìn)行資源化利用。硫酸鈉及雜鹽工段均使用雙級(jí)推料離心機(jī)進(jìn)行脫水。

中煤西安設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司在陜西延長(zhǎng)石油10.00 Mt/a的巴拉素煤礦井下水處理工程中，在硫酸鈉工業(yè)鹽回收環(huán)節(jié)選用雙級(jí)活塞推料離心機(jī)，本文對(duì)該設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中存在的問題進(jìn)行了分析，并提出了改進(jìn)方案，可取得較好的運(yùn)行效果。

2 雙級(jí)活塞推料離心機(jī)工作原理及運(yùn)行特點(diǎn)

2.1 工作原理

雙級(jí)活塞推料離心機(jī)主要由泵機(jī)組、機(jī)座、軸承組合、推料機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)鼓、篩網(wǎng)、機(jī)殼、電控系統(tǒng)等組成。主機(jī)全速運(yùn)行，懸浮液通過進(jìn)料管進(jìn)入裝在外轉(zhuǎn)鼓上的分配盤，在離心力的作用下將懸浮液均勻分布在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)板網(wǎng)，液態(tài)相經(jīng)過板網(wǎng)縫隙泄出，固態(tài)相被板網(wǎng)截留形成濾渣層，經(jīng)內(nèi)轉(zhuǎn)股往復(fù)運(yùn)動(dòng)，濾渣沿轉(zhuǎn)鼓向外推移，通過集液槽排出。工作原理如圖1所示。

圖1 工作原理

其工作過程簡(jiǎn)述：需要分離的物料A經(jīng)調(diào)整固液比例后，通過進(jìn)料管連續(xù)地供入離心機(jī)，由進(jìn)料分配器將物料均勻地撒到第一級(jí)轉(zhuǎn)鼓上，通過篩網(wǎng)，大部分的母液在這里得到過濾，并由機(jī)殼匯集，經(jīng)出口D排出機(jī)外，固體物料被截留在篩網(wǎng)上形成濾餅，在既旋轉(zhuǎn)又往復(fù)運(yùn)動(dòng)的第一級(jí)轉(zhuǎn)鼓的作用下，第一級(jí)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的濾餅被推料盤逐漸推到第二級(jí)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，使得它在篩網(wǎng)上的位置結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，并獲得更大的離心力。因?yàn)V餅在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有足夠的停留時(shí)間，在強(qiáng)大的離心力作用下，它能達(dá)到很低的含水率。同時(shí)第二級(jí)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的濾餅被第一級(jí)轉(zhuǎn)鼓逐漸向外推出，最后由機(jī)殼出口C排出機(jī)外。

當(dāng)對(duì)固體純度有要求時(shí)，可在離心機(jī)內(nèi)進(jìn)行非常有效的洗滌，通過洗滌管B，洗滌液連續(xù)地噴灑到固體濾餅上，再經(jīng)篩網(wǎng)、機(jī)殼排出機(jī)外。分離出來的母液與洗滌液可以分別收集排出。

2.2 運(yùn)行特點(diǎn)

雙級(jí)活塞推料離心機(jī)是一種連續(xù)操作運(yùn)行的過濾式離心機(jī)。全速條件下，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)料、脫液、洗滌、干燥等過程。分離物料為0.07～5 mm、懸浮液固相體積比在30%～80%的短纖維狀物料。結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)：全自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行，連續(xù)排渣，人工勞動(dòng)強(qiáng)度??；結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，安裝維護(hù)方便；生產(chǎn)能力大，濾餅含水率低；布料均勻，振動(dòng)??；濾餅可洗滌；可防止晶粒破碎。廣泛用于化工、制鹽、制藥、制堿、食品等行業(yè)。典型應(yīng)用物料有：氯化鈉、硫酸鈉、芒硝等。

3 基本參數(shù)

3.1 分離因數(shù)

離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的懸浮液或者乳濁液在離心力場(chǎng)中所受的離心力與其重力的比值，其反映分離強(qiáng)度大小，即是離心加速度與重力加速度的比值。分離因數(shù)以Fr表示：

式中，R——被分離物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)位置的半徑，m；

W——轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)角速度，弧度/s；

g——重力加速度，9.81 m/s2；

n——轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，r/min；

m——轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料的質(zhì)量，kg。

分離因數(shù)是衡量離心機(jī)性能的主要指標(biāo)，F(xiàn)r越大，離心分離的推動(dòng)力就越大，離心分離性能就越好。但對(duì)具有可壓縮變形濾渣的懸浮液，F(xiàn)r過大會(huì)使濾渣層和過濾介質(zhì)的孔隙堵塞，影響分離效果。

3.2 生產(chǎn)能力

雙級(jí)活塞推料離心機(jī)的生產(chǎn)能力以Ls表示，t/h，計(jì)算公式為：

Ls=(D-h)×π×h×Ln×(i×60)×ρ×η

式中，D——第一級(jí)轉(zhuǎn)鼓的直徑，m；

h——第一級(jí)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)濾餅的厚度，m；

Ln——推料行程，m；

i——推料次數(shù)，次/min；

ρ——濾餅堆積密度，t/m3；

η——濾餅壓縮率，%。

離心機(jī)的生產(chǎn)能力與轉(zhuǎn)鼓直徑、濾餅厚度、推料行程及推料次數(shù)有關(guān)。而直接影響離心機(jī)生產(chǎn)能力的可變參數(shù)是推料次數(shù)。在允許的濾餅水分條件下，提高推料次數(shù)將直接增加產(chǎn)量。

3.3 推料次數(shù)

雙級(jí)活塞推料離心機(jī)的推料次數(shù)以I表示，計(jì)算公式為：

I=q×n/v

式中，q——油泵的轉(zhuǎn)排量，mL/r；

n——油泵轉(zhuǎn)速，r/min；

v——活塞移動(dòng)體積，dm3。

一般上式中雙級(jí)活塞推料離心機(jī)活塞移動(dòng)體積是確定的，只要改變壓力油的排量，即可調(diào)整推料次數(shù)。

4 設(shè)備應(yīng)用及存在問題

巴拉素煤礦礦井水處理站工程處理規(guī)模為54 720 m3/d，其中蒸發(fā)結(jié)晶工藝段處理規(guī)模為160.0 m3/h。處理工藝流程為：預(yù)處理+脫鹽+二次濃縮+蒸發(fā)結(jié)晶+零排放。蒸發(fā)結(jié)晶產(chǎn)出無水硫酸鈉最低要求達(dá)到工業(yè)鹽Ⅱ類合格品指標(biāo)?；禧}含水率不大于10%。硫酸鈉資源化利用率達(dá)到95%以上，混鹽排放量小于5%。其主要技術(shù)參數(shù)為：HR800雙級(jí)活塞推料離心機(jī)2臺(tái)，用于分離硫酸鈉；HR400雙級(jí)活塞推料離心機(jī)2臺(tái)，用于分離雜鹽。

HR800雙級(jí)活塞推料離心機(jī)是一種連續(xù)操作連續(xù)運(yùn)行的過濾式離心機(jī)，其工作原理見圖1。設(shè)備配置、物料性質(zhì)、設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)見表1～表3。

表2 物料性能及操作條件

表3 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

在陜西延長(zhǎng)石油巴拉素煤礦井下水處理站工程，HR800雙級(jí)活塞推料離心機(jī)處理硫酸鈉溶液時(shí)出現(xiàn)2個(gè)問題：

(1)離心機(jī)偶爾出現(xiàn)不推料情況；

(2)離心機(jī)出現(xiàn)一次油缸密封憋壞情況。

5 問題原因分析及解決方法

5.1 影響離心機(jī)分離效果的因素分析

HR800雙級(jí)活塞推料離心機(jī)的分離能力取決于固、液兩相密度差和沉降區(qū)長(zhǎng)度，密度差越相近，即物料粘度越大，分離沉降效果越差。實(shí)際生產(chǎn)過程中，影響離心機(jī)分離效果主要有3個(gè)因素：進(jìn)料溫度、進(jìn)料速率、異常工藝條件。

(1)進(jìn)料溫度可以直接影響母液的粘度，物料溫度越高，粘度越低，固相液膜越薄，細(xì)小物料越易沉降，毛細(xì)孔中所含物料越少，固相干燥度效果越好。

(2)進(jìn)料速率越大，物料在轉(zhuǎn)筒內(nèi)沉降不夠，分離效果差。固相物料沉降到轉(zhuǎn)鼓壁上的時(shí)間要小于物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時(shí)間。對(duì)同一種物料，不同的進(jìn)料速率分離效果相差較大。

(3)異常工藝條件使物料呈現(xiàn)絮狀或者結(jié)晶含量不足，在這種條件下，分離效果受到很大影響。

(4)對(duì)于硫酸鈉等較難分離的物料，用高于物料溫度的蒸汽或熱水經(jīng)常進(jìn)行清洗，既能替換離心機(jī)中的母液，也可以把堵塞在轉(zhuǎn)筒內(nèi)的固相物料清洗出來。離心機(jī)正常清洗1～2次/d。

5.2 運(yùn)行問題的解決方案

經(jīng)過運(yùn)行分析發(fā)現(xiàn)，造成離心機(jī)偶爾出現(xiàn)不推料和離心機(jī)油缸密封憋壞的主要原因有2個(gè)方面。一是前期進(jìn)料不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)斷料、濃度變低的情況。HR800雙級(jí)活塞推料離心機(jī)是一種連續(xù)進(jìn)料的離心機(jī)，物料出現(xiàn)濃度太低或斷料情況時(shí)硫酸鈉會(huì)板結(jié)，從而造成離心機(jī)推不動(dòng)的現(xiàn)象，離心機(jī)推不動(dòng)時(shí)油缸壓力會(huì)過大，使油缸密封有憋壞情況產(chǎn)生。二是硫酸鈉是一種十分容易板結(jié)的物料，當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)速過高時(shí)離心力過大使得硫酸鈉板結(jié)，從而造成離心機(jī)推不動(dòng)的現(xiàn)象，離心機(jī)推不動(dòng)時(shí)油缸壓力會(huì)過大，使油缸密封有憋壞情況產(chǎn)生。

通過調(diào)整前段MVR降膜蒸發(fā)工藝，保證離心機(jī)進(jìn)料穩(wěn)定，使得離心機(jī)在正常狀態(tài)下持續(xù)推料。另外更換離心機(jī)的皮帶輪，使離心機(jī)的轉(zhuǎn)速從1 100 r/min降為950 r/min(產(chǎn)量不受影響，產(chǎn)量和推料次數(shù)有關(guān))。最終離心機(jī)出口硫酸鈉化驗(yàn)報(bào)告見表4，達(dá)到離心機(jī)出口硫酸鈉指標(biāo)要求。

表4 硫酸鈉檢驗(yàn)結(jié)果

6 結(jié) 語

(1)雙推料離心機(jī)是連續(xù)進(jìn)料、連續(xù)出料的操作過程，雙級(jí)推料離心機(jī)轉(zhuǎn)速快，推料頻率高，物料進(jìn)出連續(xù)性強(qiáng)，對(duì)動(dòng)平衡的要求特別敏感，要求分離的進(jìn)料有一定的固液比及穩(wěn)定性，否則，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)形成濾餅或物料的偏重易造成設(shè)備的強(qiáng)烈震動(dòng)。因此，控制好連續(xù)進(jìn)料、連續(xù)出料將更加有利于雙級(jí)推料離心機(jī)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)采用雙級(jí)活塞推料離心機(jī)分離硫酸鈉，在進(jìn)料漿液溫度穩(wěn)定，雙推料離心機(jī)連續(xù)進(jìn)料、連續(xù)出料的情況下，適當(dāng)調(diào)整離心機(jī)轉(zhuǎn)速，保證硫酸鈉不會(huì)板結(jié)，可以減少離心機(jī)油缸密封憋壞情況的發(fā)生。