1 前言

鞍鋼西區新2#、3#高爐的瓦斯泥采用集中處理，新4#、5#高爐煤氣的洗滌采用了布袋式干洗除塵，新1#、7#、10#、11#高爐的瓦斯泥由給水廠36#水站送齊選過濾間進行處理。由于齊選過濾間的真空過濾機是處理精礦的設備，不適用于處理高爐瓦斯泥，造成未處理完的瓦斯泥排放至南大溝，導致南大溝水排入運糧河懸浮物超標，嚴重污染了遼河的水質。而且，瓦斯泥中含鐵量在30%～40%，造成資源的嚴重浪費。經過比較污泥處理的各種工藝和設備，該廠決定嘗試使用進口臥式離心機來實現瓦斯泥的脫水處理，這在國內同行業中尚屬首次。為此，該廠將環水作業區現有的十二格沉淀池南三格填平，在此位置上新建了一座三層的污泥脫水間，內設4臺進口臥式離心機、2個泥漿儲罐、4臺進料泵、2套PAM加藥設備等。同時，更換了36#水站小泵房內送泥泵、新建和更新了各類配套管道。

2 臥式螺旋離心機的工作原理及運行管理

2.1 工作原理

臥式螺旋離心機是一種螺旋卸料沉降離心機。主要由高轉速的轉鼓、與轉鼓轉向相同且轉速比轉鼓略低的帶空心轉軸的螺旋輸送器和差速器等部件組成。當要分離的懸浮液由空心轉軸送入轉筒后，在高速旋轉產生的離心力作用下，立即被甩入轉鼓腔內。高速旋轉的轉鼓產生強大的離心力把比液相密度大的固相顆粒甩貼在轉鼓內壁上，形成固體層（因為環狀，稱為固環層）；水分由于密度較小，離心力小，因此只能在固環層內側形成液體層，稱為液環層。由于螺旋和轉鼓的轉速不同，二者存在有相對運動（即轉速差），利用螺旋和轉鼓的相對運動把固環層的污泥緩慢地推動到轉鼓的錐端，并經過干燥區后，由轉鼓圓周分布的出口連續排出；液環層的液體則靠重力由堰口連續“溢流”排至轉鼓外，形成分離液。

2.2 運行管理

由于該系統為高爐煤氣洗滌水污泥處理系統，其回收水質變化大、污泥顆粒對設備磨損嚴重，且外界影響不確定因素多，再加上系統的處理設備種類多、處理環節交錯，對運行操作人員要求較高。因此，要確保各環節的正常運行，充分發揮各設施設備的作用，就必須加強日常運行管理，要有一套管理措施來加以保證。具體概述如下：

2.2.1 督導運行管理人員搞好日常運行。熟悉各設施設備的功用，處理好各個環節的節點，加強工序間的協調。

2.2.2 根據瓦斯泥的泥質和泥量，抓住離心機運行的關鍵環節：

（1）進泥量的控制是臥式螺旋離心機運行的主要因數。

離心機有一個極限進泥量和極限入流固體量，實際進泥量超過該值時，離心機將失去固相和液相的動態平衡，扭矩過大，嚴重時會受到損壞，使離心機超載而停車，因而運行中應嚴格控制臥螺機的進泥量及入流固體量。選擇適當的進料流量的方法：首先將進料流量調到較小值（變頻控制下，一般調到60%～70%），然后啟動臥螺機并工作一段時間，至固相出料的速度一定。在離心機入口處取樣500mL，測定泥漿的沉降比，5min內沉淀在100～150mL處為正常，否則，開啟旁通閥門，降低入料的濃度。

（2）離心機螺旋與轉鼓的轉速及其轉速差的控制是離心機正常運行的關鍵

①離心機的轉鼓是由變頻器來驅動，轉鼓的轉速能在較大范圍內無極調節，通過調節轉速，可以控制離心機分離因數，使之適應不同分離液的要求。分離因數是離心機分離能力的主要指標，分離因數越大，物料所受的離心力越大，分離效果越好。離心機在運動過程中產生的離心加速度和重力加速度的比值，稱為該離心機的分離因數Fr。

Fr=rw2/g，w=2πn/60。w是轉鼓的角速度，n是轉鼓的轉速。

從公式中可以看出分離因數與離心機的轉鼓半徑成正比，與轉鼓速度的平方也成正比，因此提高轉鼓轉速比增大半徑對分離因數的影響要大得多。

通常分離液中固相顆粒越大，密度越大，需要較低的分離因數，反之則需要較高的分離因數。隨著轉鼓轉速的上升，分離因數上升，分離效果提高，螺旋與轉鼓之間的差轉速隨之增大，處理能力加大，但離心機的振動、噪聲也隨之增加，使用壽命會有所下降，生產運行的經驗認為，將轉速控制在2000～2300r/min。

②轉速差是指轉鼓與螺旋的轉速之差，即兩者之間的相對轉速

如果轉速差為△n，則螺旋相對于轉鼓來說，等于以△n的速度在旋轉，液環層中被分離出的污泥就是利用這個速度被輸送出脫水機的。當進泥量一定時，轉速差越大，污泥在脫水機中停留的時間越短，固環層就越薄。另一方面，轉速差越大，由于轉鼓與螺旋之間的相對運動增大，使得對液環層的擾動程度增大，固環層內一部分被分離出來的污泥會被重新泛至液環層，并有可能隨分離液流失。轉速差增大時，脫水的固體回收率和泥餅的含固量都將降低，但增大轉速差可提高離心機的處理能力。減小轉速差時，污泥在轉鼓內接受離心分離的時間將延長，同時由于轉鼓和螺旋之間的相對運動減小，對液環層的擾動也減輕，因此固體回收率和泥餅含固量均將提高。但減小轉速差，往往使處理能力降低，轉速差不能太小，否則將由于污泥在機內積累，使固環層厚度大于液環層，導致污泥隨分離液大量流失，固體回收率急劇下降，嚴重時還會由于阻力過大，扭矩超負荷損壞離心機。根據時時監測入泥的濃度（一般按照五分鐘沉降比來計算，即取500mL水樣，5min沉淀量），來調整轉速差。當沉降比在10%～20%時，轉速差調至30r/min，當沉降比在20%～30%時，轉速差調至30～34r/min，當沉降比更高時，調整入水濃度。

（3）液環層厚度的調整是離心機運行的重要環節

當進泥量一定時，液環層越厚，污泥在液環層內進行分離的時間越長，會有更多的污泥被分離出來。液環層增厚一般會提高脫水的固體回收率。但液環層增厚，相應會使干燥區縮短，使脫離液環層的污泥沒有充足的時間被“甩干”，因此泥餅含固量將下降。但液相端的出水含固率會下降，通過調整液相出口堰板的高度來調整液相環的厚度。

（4）運行中出現的現象與調整方法

現象1：分離液混濁，固體回收率降低。

調整方法：

①液環層厚度太薄應增大厚度。

②進泥量太大，應降低進泥量。

③轉速差太大，應降低轉速差。

④入流固體超負荷，應降低進泥量。

⑤螺旋輸送器磨損嚴重，應更換。

⑥轉鼓轉速太低，應增大轉速。

現象2：泥餅含固量降低

調整方法：

①轉速差太大，應減小轉速差。

②液環層厚度太大，應降低其厚度。

③轉鼓轉速太低，應增大轉速。

④進泥量太大，應減小進泥量。

⑤調質加藥過量，應降低干污泥投藥量。

現象3：轉軸扭矩太大。

調整方法：

①進泥量太大，應降低進泥量。

②入流固體量太大，應降低進泥量。

③轉速差太小，應增大轉速差。

④齒輪箱出故障，應及時加油保養。

現象4：臥螺機過度震動

調整方法：

①潤滑系統出故障，應檢修并排除。

②轉鼓內部由于沖洗不干凈，造成轉動失衡，應停止進泥，并用清水進行清理。

③機座松動，應及時修復。

現象5：能耗增加，電流增大。

調整方法：

①如果能耗突然增加，則可能臥螺機出泥口被堵塞。停機后進行清理。

②如果能耗逐漸增加，則可能轉鼓與機殼之間積累了一定的污泥，從而阻礙了轉鼓運行。

（5）加藥控制是提高離心機脫水能力的重要手段

物料中固相粒子越大，液固兩相的重度差越大，懸浮液的粘度越小，則越易分離；反之，則越難分離。為此在懸浮液進入臥螺機之前，可采用通過添加絮凝劑使固相凝聚等預處理手段來改善分離條件。通過工業試驗，陰離子型分子量大于1200萬的聚丙烯酰胺較理想。投加方式為自動投加：藥劑經過螺桿泵→提升泵出口→離心機入口。

影響絮凝效果的因素還有藥劑的配置濃度和添加量。通常，泥漿濃度高時，藥劑配制的濃度可相對低些，反之亦然。對于高爐煤氣洗滌水經兩次濃縮后的污泥，濃度在10%左右，藥劑的濃度配成0.25%較好，投加量為1.2～1.5kg/t污泥。離心脫水一般采用高效的人工合成高分子絮凝劑，而不采用無機鹽類混凝劑。其原因是添加無機類混凝劑會使得污泥體積膨脹，而離心機為封閉式強制脫水，對進泥量有較嚴格的要求，因此如果采用無機鹽類混凝劑會使離心機的脫水能力大大降低。

3 存在的問題及改進措施

3.1 投產初期存在的問題

該系統從2008年10月開始投產，在運行初期中，發現局部存在一些設計與工藝不符的現象，嚴重影響生產運行，維修頻繁，設備設施難以管理，主要變現在：

3.1.1 系統經二次濃縮后的污泥濃度偏高，與設備的參數存在差異。

3.1.2 設備的入泥管道口處的擋板經常出現斷裂，高速運行的離心機被迫停機，造成離心機內部的筋條斷裂。

3.1.3 提升螺桿泵的運行效率逐漸降低，定子和轉子均出現磨損，出水量降低到設計流量的1/3～1/4，流速降低，管道極易堵塞，造成濃縮機負荷增大，刮泥耙子被泥壓住。

3.1.4 離心機出泥口的設計不利于現場取樣及運行觀察。

3.1.5 泥斗間的設計不利于出泥，經常造成出泥不暢而堵死出泥口，設備被迫停機的現象。

3.1.6 離心機的潤滑點設計不合理，特別是刮板機軸承處的潤滑點，沒有保護，被泥封死，不利于潤滑。

3.1.7 固相出泥口側污泥極易滲入轉鼓與離心機殼之間，造成大量積泥，嚴重影響設備運行。

3.2 改進措施

3.2.1 在污泥上料罐處、螺桿泵污泥入口處安裝DN80mm凈環水管道，稀釋入料的濃度，并在入料罐至螺桿泵之間的管道兩端，安裝DN80mm的沖洗管道及DN100mm的放水管道，避免堵塞。

3.2.2 更改離心機入泥管道口的設計，廢除擋泥板。

3.2.3 更換提升螺桿泵為渣漿泵，徹底解決提升泵效率低的弊端。

3.2.4 更改出泥口的設計，改不銹鋼剛性出泥口為掛膠帆布材質的布袋式出泥口，便于取樣與運行觀察。

3.2.5 在泥斗間制作刮泥平臺，解決拉泥車由于空間的制約而無法裝運的難題。

3.2.6 更改潤滑點處的設計，對易堵塞的潤滑點加保護裝置，防止堵塞。

3.2.7 在離心機入口管道處，增加一條DN80mm的凈環水管道，解決離心機開機時的振動和停機時的反沖洗問題，為避免轉鼓與離心機殼之間積泥，壓力控制在0.2～0.21MPa。

4 運行效果及經濟效益

污泥處理系統改進后，合理調整離心機的運行參數，避免了設備故障停機及管道污泥堵塞，節省了備件及檢修費用，降低了運行人員的勞動強度。在達到環保目標的同時，干污泥的回收又創造了一定的經濟效益。經濟效益的計算如下：

目前10#高爐已停產準備改造，集中處理的三座高爐煤氣洗滌水的總水量為3800m3/h，平均懸浮物含量以2000mg/L計，則每小時產生的絕對干泥量=3800×2000÷1000000=7.6t/h。若污泥含固率以60%計，則每年將產生的需裝車外運的污泥量=7.6÷60%×24×360=10.944萬t。煉鐵廠回收此瓦斯泥的價格為50元/t，則年產生經濟效益：10.944×50=547.2萬元。該項目的一次性投資近1700萬元，大約3年即可收回投資。

5 結束語

經過生產實踐，利用臥式離心機進行高爐煤氣洗滌水的污泥處理比帶式壓濾機有很多改進和提高，現場環境整潔，工人勞動強度大大降低，保證了鞍鋼大高爐生產的穩定，為公司創造了較大的經濟和環保效益。同時，還在國內首家使用了臥式螺旋離心機用于高爐煤氣洗滌水污泥的處理，積累了運行經驗。但是，由于高爐回水懸浮物變化大、水質含量復雜等因素的影響，在設備選型的過程中，需要根據實際情況，進行工業試驗，并通過采取有效的措施去解決生產實際問題，把高爐煤氣洗滌水污泥處理工作推向深處。