臥螺離心機在煤氣化水處理中的試驗研究
技術(shù)支持
河南龍宇煤化工有限公司二期項目采用兩臺WHG氣化爐，該氣化爐采用干煤粉進料、蒸汽/激冷水、濕法除灰的處理工藝。干煤粉與氧氣和蒸汽通過煤燒嘴進入氣化爐的反應(yīng)空間，在約4.0MPa的壓力下和1400～1650℃的溫度范圍內(nèi)進行部分氧化反應(yīng)，在高溫條件下產(chǎn)生的合成氣，在激冷室內(nèi)通過水/汽噴嘴噴入的霧狀水將合成氣激冷至900℃以下，然后攜帶大量飛灰的合成氣經(jīng)過輸氣管和氣體返回室后進入激冷罐，進行冷卻并洗滌攜帶的飛灰。激冷罐洗滌下來的灰水經(jīng)過減壓閃蒸降溫和除去酸性氣體后進入到澄清工序，絮凝沉降后變成含灰量10%～12%的灰漿。由于灰漿中所含灰的粒度較細且具有一定的黏性，如何有效、穩(wěn)定、連續(xù)地分離灰漿中的飛灰，成了一個技術(shù)難題。由于WHG氣化爐正處于建設(shè)階段，且和Shell粉煤加壓氣化工藝較接近，產(chǎn)生飛灰的粒度也接近，所以選用Shell氣化爐干法除灰技術(shù)產(chǎn)生的飛灰作為實驗原料，配置成灰漿進行分離試驗。
在Shell粉煤加壓氣化工藝生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的干灰。
經(jīng)過大量的技術(shù)分析和借鑒相關(guān)行業(yè)處理工藝，選定水平帶式真空過濾機和臥螺離心機進行分離試驗比較。水平帶式真空過濾機由于其具備水平過濾面、卸料方便等特點，是近年來發(fā)展很快的一種真空過濾設(shè)備。
1 水平帶式真空過濾機
1.1 工作原理
水平帶式真空過濾機是一種自動化程度較高的固液分離設(shè)備，主要利用物料重力和真空吸力實現(xiàn)固液分離，其他干煤粉氣化技術(shù)，一般選用水平帶式真空過濾機來分離渣水系統(tǒng)產(chǎn)生的黑水。
1.2 處理過程
水平帶式真空過濾機以濾布為過濾介質(zhì)，采用整體的環(huán)形橡膠帶為真空室。濾布鋪設(shè)在膠帶上與之同步運行，當(dāng)真空室接通真空系統(tǒng)時，在膠帶上形成真空抽濾區(qū)，濾液穿過濾布經(jīng)膠帶上的橫溝槽匯總并由小孔進入真空室，固體顆粒被截留在濾布上形成濾餅。進入真空室的液體經(jīng)氣水分離器排出，隨著膠帶的移動，已形成的濾餅依次進入濾餅洗滌區(qū)和吸干區(qū)，濾布與膠帶分開。濾餅在卸料輥處被刮刀裝置刮離卸除，卸除濾餅的濾布經(jīng)清洗后獲得再生，再經(jīng)過一組支撐輥和糾偏裝置后重新進入過濾區(qū)，開始新一輪的周期。濾布孔隙范圍可在2.5～150μm之間選擇。
1.3 試驗及結(jié)果評價
用配制成的含灰量10%～12%的灰漿在真空帶式過濾機上做過濾分離試驗，開始效果較好，隨著過濾的連續(xù)進行，過濾分離效果逐漸變差，過濾物料含水量增加。該處理方式在灰漿顆粒粒徑較大且水溶性差時可以起到很好的處理效果。但粒徑在2.0μm以下的顆粒占比很大，這些顆粒極易堵塞濾布孔隙或進入到濾液中，導(dǎo)致濾布堵塞造成過濾效果不好。
2 臥螺離心機
2.1 工作原理
臥螺離心機是一種臥式螺旋卸料、連續(xù)操作的沉降設(shè)備。這類離心機工作原理為：轉(zhuǎn)鼓與螺旋以一定差速同向高速旋轉(zhuǎn)，物料由進料管連續(xù)引入輸料螺旋內(nèi)筒，加速后進入轉(zhuǎn)鼓，在離心力場作用下，較重的固相物沉積在轉(zhuǎn)鼓壁上形成沉渣層。輸料螺旋將沉積的固相物連續(xù)不斷地推至轉(zhuǎn)鼓錐端，經(jīng)排渣口排出機外。較輕的液相物則形成內(nèi)層液環(huán)，由轉(zhuǎn)鼓大端溢流口連續(xù)溢出轉(zhuǎn)鼓，經(jīng)排液口排出機外。該機能在全速運轉(zhuǎn)下，連續(xù)進料、分離、洗滌和卸料。具有結(jié)構(gòu)緊湊、連續(xù)操作、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、適應(yīng)性與生產(chǎn)能力強、維修方便等特點。
2.2 試驗方法和試驗效果
2.2.1 試驗前的準(zhǔn)備
試驗物料為殼牌煤氣化裝置干法處理副產(chǎn)的干灰，共計50袋，每袋約30kg左右。試驗機型：LW355×1460-N（主電機22kW，輔電機7.5kW）；調(diào)試物料：灰漿水溶液（物料含固量約12%，進料溫度60～70℃）。
2.2.2 試驗1：灰漿水溶液不加絮凝劑過濾
灰漿水溶液不加絮凝劑過濾結(jié)果見下表：
溢流片 111 | 主機Hz/（r/min） | 主機 （A） | 差速器輸入端Hz/(r/min） | 輔機 （A） | 差數(shù)/（r/min） | 進料量/ （m3/h） | 液相 |
空開 | 40（3200） | 11-12 | 38（2356） | 4.5-5 | 14.8 | ||
進料階段① | 40（3200） | 16-17 | 38（2356） | 5-6.0 | 14.8 | 3.0 | ① |
進料階段② | 40（3200） | 15-16 | 30（1860） | 4-4.5 | 23.5 | 3.0 | ② |
進料階段③ | 40（3200） | 17-18 | 30（1860） | 5-5.5 | 23.5 | 6.2 | ③ |
進料階段④ | 40（3200） | 22-23 | 30（1860） | 5.5-6 | 23.5 | 10.3 | ④ |
試驗1結(jié)果表明：
①液相目測渾濁且透明度差，有少量懸浮物，固相出干料目測含水偏高，進料15min。
②液相目測透明度無明顯改善，仍有少量懸浮物，固相出干料目測含水與進料階段①無較大差別，進料需15min。
③液相目測透明度更渾濁，懸浮物量有所增加，固相出干料目測含水較進料階段①無較大差別，進料15min。
④液相目測透明度更渾濁，懸浮物量有所增加，固相出干料目測含水較進料階段①無較大差別，進料15min。
將上述清液放入試管離心機中二次分離（轉(zhuǎn)速3000r/min，分離時間1min，分離因數(shù)1310G），仍有少量沉淀產(chǎn)生。
2.2.3 試驗2：灰漿水溶液不加絮凝劑過濾后數(shù)據(jù)
灰漿水溶液不加絮凝劑過濾后固相含水檢測數(shù)據(jù)見下表：
序號 | 燒杯重/g | 烘干前/g | 烘干后/g | 含水量/g | 含水率/% |
1號樣 | 48.854 | 80.689 | 71.190 | 9.499 | 29.8 |
2號樣 | 54.313 | 94.402 | 82.414 | 11.988 | 29.9 |
3號樣 | 47.077 | 90.782 | 77.722 | 13.06 | 29.9 |
2.2.4 試驗3：灰漿水溶液加絮凝劑過濾
灰漿水溶液加絮凝劑過濾結(jié)果見下表：
溢流片 111 | 主機Hz/（r/min） | 主機 （A） | 差速器輸入端Hz/(r/min） | 輔機 （A） | 差數(shù)/（r/min） | 進料量/ （m3/h） | 絮凝劑/ （m3/h） | 液相 |
空開 | 40（3200） | 11-12 | 38（2356） | 4.5-5 | 14.8 | |||
進料階段① | 40（3200） | 16-17 | 38（2356） | 5-6.0 | 14.8 | 3.5 | 1.79 | ① |
進料階段② | 40（3200） | 15-16 | 30（1860） | 4-4.5 | 23.5 | 3.5 | 1.79 | ② |
進料階段③ | 40（3200） | 17-18 | 30（1860） | 5-5.5 | 23.5 | 5.5 | 1.73 | ③ |
進料階段④ | 40（3200） | 22-23 | 30（1860） | 5.5-6 | 23.5 | 9 | 1.79 | ④ |
試驗3結(jié)果表明：
①液相目測清澈且透明度較好，懸浮物小于0.5%，固相出干料目測含水比不加絮凝劑效果顯著改善，進料15min。
②液相目測清澈且透明度較好，懸浮物0.5%，固相出干料目測含水比不加絮凝劑效果顯著改善，進料15min。
③液相目測清澈且透明度較好，懸浮物0.5%，固相出干料目測含水比不加絮凝劑效果顯著改善，進料15min。
④液相目測清澈且透明度較好，懸浮物0.5%，固相出干料目測含水比不加絮凝劑效果顯著改善，進料15min。
2.2.5 試驗4：灰漿水溶液加絮凝劑過濾后數(shù)據(jù)
灰漿水溶液加絮凝劑過濾后固相含水檢測數(shù)據(jù)見下表：
序號 | 燒杯重/g | 烘干前/g | 烘干后/g | 含水量/g | 含水率/% |
1號樣 | 40.784 | 84.282 | 73.883 | 10.399 | 23.9 |
2號樣 | 32.932 | 76.783 | 66.583 | 10.2 | 23.2 |
3號樣 | 33.962 | 72.694 | 63.432 | 9.262 | 27.3 |
將上述清液放入試管離心機中二次分離（轉(zhuǎn)速3000r/min，分離時間1min，分離因數(shù)1310G），無沉淀產(chǎn)生。
2.2.6 試驗5：對其他物料的處理
試驗物料來自煤化工熱電脫硫石膏灰漿，其固含量高，黏度大，通過設(shè)定適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速、差速、進料量及絮凝劑添加量，臥螺機運行50h，共處理灰漿量約1000m3。分離后的濾餅含水量約40%（w），濾液中SS在100mg/L左右，處理結(jié)果滿足灰水循環(huán)利用要求。
2.2.7 實驗結(jié)論
通過對比試驗分析，得出以下結(jié)論。
（1）在使用臥螺離心機分離灰漿水溶液時，絮凝劑的使用對分離效果有重要影響。加入絮凝劑后臥螺離心機分離灰漿水溶液的效果更加明顯，分離后的液相清澈透明，固相含水量低。
（2）臥螺離心機在分離固體顆粒較小和具有黏性的廢水方面相比于水平帶式真空過濾機具有優(yōu)勢。臥螺離心機具有自動化程度高、操作簡便、處理量大、環(huán)境效果好的優(yōu)點，能夠滿足WHG氣化爐灰漿水溶液分離的要求。
3 結(jié)語
通過對比試驗及分析可以看出，臥螺離心機在分離固體顆粒較小和具有黏性的廢水方面相比于水平帶式真空過濾機能實現(xiàn)連續(xù)的長周期運行，針對粉煤加壓氣化工藝生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物灰漿水溶液，臥螺離心機能起到很好的固液分離效果，并且處理能力可以滿足生產(chǎn)需要，在日常維護和經(jīng)濟運行方面都有一定優(yōu)勢。臥螺沉降離心機具有處理量大、自動化操作、脫水效果好、使用范圍廣等特點，開創(chuàng)了臥螺離心機在煤化工領(lǐng)域使用的先例，拓展了臥螺離心機的應(yīng)用領(lǐng)域，對其他煤化工裝置廢水處理具有示范作用，對工業(yè)和民用污水處理也有較大的借鑒意義。
