離心式脫水機在水處理中應用分析
行業(yè)動態(tài)
北京市第九水廠是一座設備先進、自動控制化程度高、出水水質優(yōu)良的現(xiàn)代化大型地表水水廠，日供水達到170萬噸，涵蓋了北京大部分城區(qū)。其水源引自南水北調的丹江口水庫，由于水質變化大，處理工藝復雜，原水經(jīng)過混凝、沉淀、過濾、活性炭吸附、膜處理、污泥處理等工藝處理才可達到飲用水標準。
一、離心式污泥脫水機工作原理
懸浮液經(jīng)進料管和螺旋出料口進入轉鼓，在高速旋轉產(chǎn)生的離心力作用下，比重較大的固相顆粒沉積在轉鼓內(nèi)壁上，與轉鼓作相對運動的螺旋葉片不斷地將沉積在轉鼓內(nèi)壁上的固相顆粒刮下并推出排渣口，分離后的清液經(jīng)液層調節(jié)板開口流出轉鼓。螺旋與轉鼓之間的相對運動，也就是差轉速是通過差速器來實現(xiàn)的，其大小由螺旋電機來控制。差速器的外殼與轉鼓相聯(lián)接，輸出軸與螺旋體相聯(lián)接，輸入軸與螺旋電機相聯(lián)接。轉鼓電機帶動轉鼓旋轉的同時，也帶動了差速器外殼的旋轉，螺旋電機通過聯(lián)軸器的聯(lián)接來控制差速器輸入軸的轉速。使差速器能按一定的速比將扭矩傳遞給螺旋，從而實現(xiàn)了離心機對物料的連續(xù)分離過程。離心機具有兩種自動控制功能，即差轉速控制和力矩控制，由于物料含固率可能會有波動，采用恒矩控制使離心機負荷處于穩(wěn)定狀態(tài)，使得分離效果處于較佳狀態(tài)，很好地保證離心機可靠安全運行。離心機本身具備優(yōu)良的密封性能，污泥脫水處于全密封狀態(tài)下工作，使得環(huán)境清潔干凈。
二、控制系統(tǒng)的建立及控制實現(xiàn)
2.1 控制系統(tǒng)的建立
本套安德里茨離心機控制系統(tǒng)采用施耐德Premium系統(tǒng)為核心。
（1）硬件：電源、底板、CPU、模擬輸入模塊、模擬輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、通訊模塊、觸摸屏等。
（2）軟件：PLC軟件采用施耐德UNITY PRO；觸摸屏采用VIJEO DESIGNER。PLC與觸摸屏采用TCP/IP以太網(wǎng)建立連接。同時，PLC的通訊模塊將各種數(shù)據(jù)采用以太網(wǎng)方傳送至上位機，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。
（3）驅動器系統(tǒng)：轉鼓電機與螺旋電機采用獨有的共直流母線雙變頻連接模式，這種模式具有起動平緩，調速范圍大，可以滿足不同含固率液體的處理，顯著提高處理量。
2.2 控制系統(tǒng)的實現(xiàn)
（1）程序結構描述。第一步創(chuàng)建項目并建立硬件系統(tǒng)。第二部建立通訊模式。第三部創(chuàng)建DFB模塊。DFB用戶功能塊實現(xiàn)對應用程序進行結構化和優(yōu)化。程序序列在應用程序中重復多次，或者需要設置標準的編程操作就可以使用。在這里創(chuàng)建電機和閥門DFB模塊，在程序應用時，電機和閥門子程序調用此模塊簡化程序設計和輸入，提高程序可讀性，便于程序調試。更容易設置處理參數(shù)，它獨立于應用程序，可對其單獨調試。第四步，創(chuàng)建主程序。主程序由兩部分組成：第一部分系統(tǒng)上電后，主程序將調用子程序，并完成初始化檢測，并與上位機和觸摸屏建立通訊鏈接，此時主程序進入待機狀態(tài)。第二部分SFC順控程序建立，SFC代碼段主要用在項目的主任務中，每一個SFC代碼段由一個或多個SFC順序串組成，實現(xiàn)順序串控制的條件，由順控FBD程序完成。第五步，建立針對每個設備的子程序。設備子程序可以通過觸摸屏實現(xiàn)單獨控制，在自動狀態(tài)下與順控程序配合實現(xiàn)自動調節(jié)與控制。
（2）程序在設備運行中實現(xiàn)控制變量換算。自動控制根據(jù)工藝流程不同分為啟動過程、加速過程、PID調節(jié)過程、高速清洗和低速清洗過程差轉速的計算和調節(jié)：RS=（AS-SS）/K
式中：AS為轉鼓轉速或絕對轉速；SS為螺旋輸送機轉速；K為差速器比率（決定于離心機所配備減速箱的減速率，這套設備為174）；RS為相對轉速。
RS進泥濃度影響：進泥濃度低時需低差速運行，降低沉渣含濕度，但增大扭矩。當進泥濃度高時，需高差運行增大泥渣的含濕度，減小扭矩。若差速過高會引起渦流從而影響澄清度。AS提高對泥渣的影響：高轉速提高了回收沉渣顆粒的性能；提高進泥量；泥渣壓縮性好，則能降低泥渣的含濕度。但過高轉速對螺旋輸送機會造成過度磨損；扭矩大；振動大等現(xiàn)象。
PID控制模塊。
PID變量的定義。
PV=FV÷100×174（B）×49（Tr1）÷3930（Tr2）
式中：FV為螺旋轉矩反饋值；B為差速器轉速比值；Tr1為螺旋電機轉矩值；Tr2為差速器轉矩值；SP為螺旋轉矩設定值。通過以上換算使轉鼓與螺旋之間的差速達到穩(wěn)定，保證螺旋推料速度的穩(wěn)定。
（3）變頻器執(zhí)行控制功能同時在能量轉換過程中實現(xiàn)節(jié)能。一方面安裝在螺旋和滾筒之間的外擺線型減速器在連接螺旋的出口軸上形成大的轉矩；另一方面它確保了一個準確的、可變的、不同的速度（螺旋相對滾筒），在輸入軸上進行的簡單運動。通過設備皮帶輪，將轉鼓發(fā)動機轉矩用于減速器的外凸緣上；這個轉矩以高速（滾筒速度）直接驅動滾筒，并且以與滾筒有關的更高的速度（相對速度）間接驅動螺旋，同時以輔助螺旋速度（SS）驅動減速器輸入軸。
三、離心機使用及日常維護
3.1 進泥量及污泥濃度控制
每臺離心機設備都有可承受極限進泥量和極限污泥濃度，實際運行中若超過該值，可能使離心機的磨損加劇甚至損壞。因而必須嚴格控制進泥量及污泥濃度在允許范圍內(nèi)，當進泥濃度增加時，要相應的降低進泥量，以獲得較佳處理效果。
3.2 合理使用絮凝劑
使用陽離子對污泥進行調質，才能實現(xiàn)離心脫水。如果出現(xiàn)污泥含水率低，污泥隨地流現(xiàn)象，首先檢查污泥配制及投加系統(tǒng)是否有問題，若設備未出現(xiàn)異常，應及時調高絮凝劑投加濃度。控制不好絮凝劑的投配，不但影響制泥效果，而且造成藥劑浪費。
3.3 分離液渾濁泥餅回收率低的解決方法
主要轉鼓與螺旋差速太低，應提高差速；主轉速太低，應提高主轉速；進泥量太大，應降低進泥量；螺旋輸送器磨損嚴重應維修或更換，絮凝劑效果不好及時調整絮凝劑濃度。
3.4 運行中變頻器轉矩過高報警的處理
主要轉軸扭矩過大它與進泥量太大；進泥濃度過高，泥渣進入脫水機造成纏繞或堵塞，應立即停車予以清除。
3.5 離心機振動或噪聲太大的解決
泥渣進入脫水機造成纏繞或堵塞；由于上次停機時高速及低速沖洗不干凈，或一段時間未用，造成泥渣板結。這些不均勻的污泥沉降在轉鼓內(nèi)造成纏繞和堵塞。可停止制泥再次進行高速及低速沖洗。如仍無法解決需停機開蓋清理離心機。
四、結論
本論文主要結合工作背景和實際應用，深入分析離心機脫水機的運行原理，控制系統(tǒng)建立，控制環(huán)節(jié)的內(nèi)部換算，及與離心機脫水機配套設備工作原理在各環(huán)節(jié)起到作用，并闡述在工作過程使用情況與維護的一些體會。
