臥螺離心機(jī)在煤氣化水處理中的試驗(yàn)研究
技術(shù)支持
河南龍宇煤化工有限公司二期項(xiàng)目采用兩臺(tái)WHG氣化爐，該氣化爐采用干煤粉進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)入激冷罐，進(jìn)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(jìn)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(xì)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(gè)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(shí)驗(yàn)原料，配置成灰漿進(jìn)行分離試驗(yàn)。
在Shell粉煤加壓氣化工藝生產(chǎn)過程中，會(huì)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(jī)和臥螺離心機(jī)進(jìn)行分離試驗(yàn)比較。水平帶式真空過濾機(jī)由于其具備水平過濾面、卸料方便等特點(diǎn)，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(jī)
1.1 工作原理
水平帶式真空過濾機(jī)是一種自動(dòng)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(shí)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(jī)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(jī)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(yùn)行，當(dāng)真空室接通真空系統(tǒng)時(shí)，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(jìn)入真空室，固體顆粒被截留在濾布上形成濾餅。進(jìn)入真空室的液體經(jīng)氣水分離器排出，隨著膠帶的移動(dòng)，已形成的濾餅依次進(jìn)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(jìn)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(yàn)及結(jié)果評(píng)價(jià)
用配制成的含灰量10%～12%的灰漿在真空帶式過濾機(jī)上做過濾分離試驗(yàn)，開始效果較好，隨著過濾的連續(xù)進(jìn)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(shí)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(jìn)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(jī)
2.1 工作原理
臥螺離心機(jī)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(jī)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(jìn)料管連續(xù)引入輸料螺旋內(nèi)筒，加速后進(jìn)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(jī)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(jī)外。該機(jī)能在全速運(yùn)轉(zhuǎn)下，連續(xù)進(jìn)料、分離、洗滌和卸料。具有結(jié)構(gòu)緊湊、連續(xù)操作、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、適應(yīng)性與生產(chǎn)能力強(qiáng)、維修方便等特點(diǎn)。
2.2 試驗(yàn)方法和試驗(yàn)效果
2.2.1 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備
試驗(yàn)物料為殼牌煤氣化裝置干法處理副產(chǎn)的干灰，共計(jì)50袋，每袋約30kg左右。試驗(yàn)機(jī)型：LW355×1460-N（主電機(jī)22kW，輔電機(jī)7.5kW）；調(diào)試物料：灰漿水溶液（物料含固量約12%，進(jìn)料溫度60～70℃）。
2.2.2 試驗(yàn)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(jī)Hz/（r/min） | 主機(jī) （A） | 差速器輸入端Hz/(r/min） | 輔機(jī) （A） | 差數(shù)/（r/min） | 進(jìn)料量/ （m3/h） | 液相 |
空開 | 40（3200） | 11-12 | 38（2356） | 4.5-5 | 14.8 | ||
進(jìn)料階段① | 40（3200） | 16-17 | 38（2356） | 5-6.0 | 14.8 | 3.0 | ① |
進(jìn)料階段② | 40（3200） | 15-16 | 30（1860） | 4-4.5 | 23.5 | 3.0 | ② |
進(jìn)料階段③ | 40（3200） | 17-18 | 30（1860） | 5-5.5 | 23.5 | 6.2 | ③ |
進(jìn)料階段④ | 40（3200） | 22-23 | 30（1860） | 5.5-6 | 23.5 | 10.3 | ④ |
試驗(yàn)1結(jié)果表明：
①液相目測(cè)渾濁且透明度差，有少量懸浮物，固相出干料目測(cè)含水偏高，進(jìn)料15min。
②液相目測(cè)透明度無明顯改善，仍有少量懸浮物，固相出干料目測(cè)含水與進(jìn)料階段①無較大差別，進(jìn)料需15min。
③液相目測(cè)透明度更渾濁，懸浮物量有所增加，固相出干料目測(cè)含水較進(jìn)料階段①無較大差別，進(jìn)料15min。
④液相目測(cè)透明度更渾濁，懸浮物量有所增加，固相出干料目測(cè)含水較進(jìn)料階段①無較大差別，進(jìn)料15min。
將上述清液放入試管離心機(jī)中二次分離（轉(zhuǎn)速3000r/min，分離時(shí)間1min，分離因數(shù)1310G），仍有少量沉淀產(chǎn)生。
2.2.3 試驗(yàn)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(cè)數(shù)據(jù)見下表：
序號(hào) | 燒杯重/g | 烘干前/g | 烘干后/g | 含水量/g | 含水率/% |
1號(hào)樣 | 48.854 | 80.689 | 71.190 | 9.499 | 29.8 |
2號(hào)樣 | 54.313 | 94.402 | 82.414 | 11.988 | 29.9 |
3號(hào)樣 | 47.077 | 90.782 | 77.722 | 13.06 | 29.9 |
2.2.4 試驗(yàn)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(jī)Hz/（r/min） | 主機(jī) （A） | 差速器輸入端Hz/(r/min） | 輔機(jī) （A） | 差數(shù)/（r/min） | 進(jìn)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(jìn)料階段① | 40（3200） | 16-17 | 38（2356） | 5-6.0 | 14.8 | 3.5 | 1.79 | ① |
進(jìn)料階段② | 40（3200） | 15-16 | 30（1860） | 4-4.5 | 23.5 | 3.5 | 1.79 | ② |
進(jìn)料階段③ | 40（3200） | 17-18 | 30（1860） | 5-5.5 | 23.5 | 5.5 | 1.73 | ③ |
進(jìn)料階段④ | 40（3200） | 22-23 | 30（1860） | 5.5-6 | 23.5 | 9 | 1.79 | ④ |
試驗(yàn)3結(jié)果表明：
①液相目測(cè)清澈且透明度較好，懸浮物小于0.5%，固相出干料目測(cè)含水比不加絮凝劑效果顯著改善，進(jìn)料15min。
②液相目測(cè)清澈且透明度較好，懸浮物0.5%，固相出干料目測(cè)含水比不加絮凝劑效果顯著改善，進(jìn)料15min。
③液相目測(cè)清澈且透明度較好，懸浮物0.5%，固相出干料目測(cè)含水比不加絮凝劑效果顯著改善，進(jìn)料15min。
④液相目測(cè)清澈且透明度較好，懸浮物0.5%，固相出干料目測(cè)含水比不加絮凝劑效果顯著改善，進(jìn)料15min。
2.2.5 試驗(yàn)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(cè)數(shù)據(jù)見下表：
序號(hào) | 燒杯重/g | 烘干前/g | 烘干后/g | 含水量/g | 含水率/% |
1號(hào)樣 | 40.784 | 84.282 | 73.883 | 10.399 | 23.9 |
2號(hào)樣 | 32.932 | 76.783 | 66.583 | 10.2 | 23.2 |
3號(hào)樣 | 33.962 | 72.694 | 63.432 | 9.262 | 27.3 |
將上述清液放入試管離心機(jī)中二次分離（轉(zhuǎn)速3000r/min，分離時(shí)間1min，分離因數(shù)1310G），無沉淀產(chǎn)生。
2.2.6 試驗(yàn)5：對(duì)其他物料的處理
試驗(yàn)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(jìn)料量及絮凝劑添加量，臥螺機(jī)運(yùn)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(shí)驗(yàn)結(jié)論
通過對(duì)比試驗(yàn)分析，得出以下結(jié)論。
（1）在使用臥螺離心機(jī)分離灰漿水溶液時(shí)，絮凝劑的使用對(duì)分離效果有重要影響。加入絮凝劑后臥螺離心機(jī)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(jī)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(jī)具有優(yōu)勢(shì)。臥螺離心機(jī)具有自動(dòng)化程度高、操作簡便、處理量大、環(huán)境效果好的優(yōu)點(diǎn)，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(duì)比試驗(yàn)及分析可以看出，臥螺離心機(jī)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(jī)能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的長周期運(yùn)行，針對(duì)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(jī)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(hù)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面都有一定優(yōu)勢(shì)。臥螺沉降離心機(jī)具有處理量大、自動(dòng)化操作、脫水效果好、使用范圍廣等特點(diǎn)，開創(chuàng)了臥螺離心機(jī)在煤化工領(lǐng)域使用的先例，拓展了臥螺離心機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)其他煤化工裝置廢水處理具有示范作用，對(duì)工業(yè)和民用污水處理也有較大的借鑒意義。
