飛灰是指在垃圾焚燒發電廠煙氣凈化系統收集而得的殘余物，含有二噁英、呋喃等有機污染物和Pb、Cr等可溶性重金屬，對環境和人體健康危害大，必須進行安全有效處置。根據飛灰成分特性，作為燒結水泥原料是一種有效處置飛灰的方法，但是飛灰中氯離子含量高，直接作為水泥原料會產生結皮和堵塞，影響水泥窯的正常運行，因此需要對飛灰進行預處理，諸多研究表明，飛灰水洗是一種有效的預處理方法。

飛灰水洗是指先將飛灰與水混合并攪拌均勻，然后對飛灰水洗料漿進行固液分離。目前，飛灰水洗料漿固液分離方式主要為采用真空過濾機進行過濾，但固液分離效果較差，分離后泥餅含水率和濾液含渣率較高。另外，過濾中濾布容易出現堵塞，影響真空過濾機正常運行。

近年來，隨著科學技術的進步，出現了一種新的固液分離設備——臥螺離心機，因其具有適應性強、分離效率高、生產成本低等特點，在環保、化工、食品及礦產品等行業中得到廣泛應用。本文根據飛灰顆粒細且粒徑分布范圍廣的特點，采用兩級串聯臥螺離心機對飛灰水洗料漿進行固液分離，取得了較好的效果，同時避免了真空過濾機中存在的濾布堵塞問題。

1 試驗部分

1.1 飛灰及水洗料漿性質

飛灰來自背景某垃圾焚燒有限公司，主要化學成分中，CaO、SiO₂、Cl平均含量分別為38.6%、25.1%、13.7%，平均粒徑為12.5μm（其中≤5μm的顆粒含21.3%）；經試驗研究，水洗液固比為3:1時不僅能有效去除飛灰中的Cl，而且節約洗灰水用水量，且飛灰水洗料漿中含渣率為19.2%，密度為1.18×10³kg/m3。

1.2 固液分離工藝

臥螺離心機一般適合于分離顆粒粒徑＞5μm的物質，由于飛灰水洗料漿中粒徑小于5μm的顆粒較多，因此飛灰水洗料漿經過一級臥螺離心機分離后，1次濾液中仍含有較高濃度的顆粒物。本研究通過在1次濾液中加入絮凝劑PAM（投加量為料漿中干渣的3‰～4‰），經過二級臥螺離心機分離后，濾液含渣量大幅減少，明顯減輕了后續水處理的難度。

1.3 離心機技術參數

試驗所用一級和二級臥螺離心機由浙江某離心機廠家生產，型號為LW580ED，轉鼓直徑580mm，轉鼓長度2378mm，長徑比4.1，轉鼓轉速3000r/min（變頻無級可調），分離因數2918，差轉速2～32r/min（變頻無級可調），差速器額定扭矩3.6kNm，主電機功率110kW，副電機功率45kW，振動額定值12mm/s。

2 飛灰水洗料漿固液分離現場試驗

2.1 操作參數的選擇

在進料量基本穩定的情況下，臥螺離心機分離效果受多種操作參數影響，如轉鼓轉速、差轉速及溢流半徑等，為此控制一級和二級臥螺離心機進料量分別為（20±1），（19±1）m3/h，對影響飛灰水洗料漿固液分離效果的操作參數進行選擇優化，試驗結果及分析如下。

2.1.1 轉鼓轉速的影響

臥螺離心機工作原理是依靠轉鼓高速旋轉產生強大離心力，使物料中固相粒子迅速積聚在轉鼓內壁上實現固液兩相分層，因此轉鼓轉速對固液分離效果有著重要的影響，一般情況下轉鼓轉速越大，物料受到的離心力越大，分離效果也越好，但是轉鼓轉速過高，離心機震動強烈，易引起跳停故障，因此在分離過程中要選擇合適的轉鼓轉速，試驗中設定一級和二級臥螺離心機差轉速分別為10，14r/min，溢流半徑分別為225，210mm，考察了轉鼓轉速與離心后泥餅含水率和濾液含渣率的關系，同時記錄了不同轉鼓轉速離心機振動范圍值，如下所示：

隨著臥螺離心機轉鼓轉速的增加，一次和二次泥餅含水率、一次和二次濾液含渣率均降低；當一級臥螺離心機轉鼓轉速大于2100r/min時，一次泥餅含水率和一次濾液含渣率降低緩慢，對于分離效果而言，選擇一級臥螺離心機轉鼓轉速為2100r/min為宜。但是一級臥螺離心機在該轉鼓轉速下的震動已達到額定值，引起離心機跳停，影響離心機正常運轉，因此綜合考慮，確定一級臥螺離心機的轉鼓轉速為1800r/min；同樣考慮分離效果和震動影響，確定二級臥螺離心機的轉鼓轉速為2100r/min。

2.1.2 差轉速的影響

差轉速是轉鼓轉速與螺旋推料器轉速之差，一般差轉速減小，將增大物料在轉鼓內的停留時間，使得離心后泥餅含水率和濾液含渣率減小，但是差轉速太小，會使差速器扭矩明顯增大，離心機易發生堵塞。為此試驗中設定一級和二級臥螺離心機轉鼓轉速分別為1800，2100r/min，溢流半徑分別為225，210mm，考察了差轉速與離心后泥餅含水率和濾液含渣率的關系，同時記錄了不同差轉速離心機的扭矩值，如下表所示：

當差轉速＜10r/min時，隨著差轉速的減小，一次泥餅含水率和一次濾液含渣率降低幅度明顯減小，而一級臥螺離心機差速器扭矩明顯增大，并且接近于額定扭矩，離心機發生堵塞幾率高，由此確定一級臥螺離心機的差轉速為10r/min；同時發現，二次泥餅含水率和二次濾液含渣率受差轉速影響較小，僅當差轉速＞18r/min時，二次泥餅含水率顯著增大，因此對于分離效果而言，差轉速只要≤18r/min即可。但當差轉速＜10r/min時，二級臥螺離心機差速器扭矩隨差轉速的減小而顯著增大，因此考慮到扭矩顯著變化影響，確定二級臥螺離心機的差轉速為10～18r/min。

2.1.3 溢流半徑的影響

對于型號確定的臥螺離心機，溢流半徑大小影響有效沉降容積和干燥區長度。溢流半徑增加，沉降面積減小，濾液在沉降區停留時間縮短，濾液含渣率升高，但同時使得干燥區長度增大，泥餅在干燥區停留時間延長，泥餅含水率減小，因此應選擇合適的溢流半徑，使得泥餅含水率與濾液含渣率達到 組合。為此試驗中設定一級和二級臥螺離心機轉鼓轉速分別為1800，2100r/min，差轉速分別為10，14r/min，考察了溢流半徑與離心后泥餅含水率和濾液含渣率的關系。

隨著溢流半徑的增加，一次泥餅含水率和一次濾液含渣率分別逐漸降低和增加，為有利于后續烘干操作，一次泥餅含水率宜越低越好，但為節省絮凝劑PAM用量，一次濾液含渣率不能太高，綜合考慮選擇一級臥螺離心機的溢流半徑為225mm；同時，二次泥餅含水率隨溢流半徑的變化規律與一次泥餅含水率基本相同，但二次濾液含渣率隨溢流半徑的變化規律與一次濾液不盡相同，當溢流半徑＜210mm時，隨著溢流半徑的增加，二次濾液含渣率緩慢增加，而當溢流半徑＞210mm時，二次濾液含渣率隨著溢流半徑的增加顯著增大，由此選擇二級臥螺離心機的溢流半徑為210mm。

2.2 臥螺離心機連續運行試驗

通過對臥螺離心機分離效果和工況的考察，選擇并確定了合適的操作參數。為評價兩家串聯臥螺離心機代替真空過濾機的可行性，本研究又進行了長時間連續運行試驗，一級和二級臥螺離心機轉鼓轉速分別設定為1800，2100r/min，差轉速分別設置為10，14r/min，溢流半徑分別為225，210mm，而進料量仍分別維持在（20±1），（19±1）m3/h。

通過運行結果可知：一、二次泥餅含水率，二次濾液含渣率和總固相回收率平均值分別為39.8%、0.6%和98.1%，而相同飛灰水洗料漿經真空過濾機固液分離后，平均泥餅含水率為45.0%，平均濾液含渣率為3.0%，平均固相回收率為89.7%，表明兩級串聯臥螺離心機的固液分離效果明顯優于真空過濾機，另外試驗過程中，臥螺離心機一直運行平穩，未出現異常，表明兩級串聯臥螺離心機可完全代替真空過濾機。

另外一級臥螺離心機的固相回收率并不高，平均值為66.0%，而兩級串聯臥螺離心機的平均總固相回收率高達98.1%，其主要原因是二級臥螺離心機進料加入了絮凝劑PAM，使得飛灰水洗料漿中的細顆粒聚結成較粗大的粒子或絮團，沉降性能得以顯著改善所致。

3 結論

（1）采用臥螺離心機對飛灰水洗料漿進行固液分離，轉鼓轉速、差轉速和溢流半徑是影響分離效果的重要操作參數。

（2）飛灰水洗料漿經過兩級串聯臥螺離心機固液分離后，平均泥餅含水率為39.8%，平均濾液含渣率為0.6%，平均固相回收率達98.1%，分離效果顯著優于真空過濾機，另外臥螺離心機一直運行平穩，未出現異常，說明兩級串聯臥螺離心機可完全代替真空過濾機。

（3）二級臥螺離心機進料投加絮凝劑PAM，是兩級串聯臥螺離心機平均總固相回收率高的主要原因。