影響離心機脫水效果的因素分析
技術(shù)支持
1 前言
某煉化企業(yè)污水處理廠在生產(chǎn)過程中，通過分析離心機工作原理，結(jié)合生產(chǎn)實際情況，總結(jié)出影響離心機脫水效果的各種因素。影響離心機分離效果的因素主要包括不可調(diào)節(jié)的機械因素、可調(diào)節(jié)的機械因素。其中不可調(diào)節(jié)的機械因素在設(shè)備選型前期根據(jù)現(xiàn)場物料情況給出具體參數(shù)，選擇了符合生產(chǎn)實際的D5LL型離心機。本文重點分析在實際生產(chǎn)過程中，影響離心機脫水效果的可調(diào)節(jié)的機械因素，為離心脫水機的生產(chǎn)維護提供理論基礎(chǔ)。
2 不可調(diào)節(jié)的機械因素
2.1 轉(zhuǎn)鼓直徑和有效長度
離心機的轉(zhuǎn)鼓直徑和長度是影響分離效果的重要因素，轉(zhuǎn)鼓的直徑和長度與離心機處理能力成正比，隨著轉(zhuǎn)鼓直徑和長度的增加，物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)沉降分離的面積增加，物料停留的時間也隨之增加，在轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速相同的情況下，大直徑和長轉(zhuǎn)鼓的分離效果明顯提高。因此，在同等情況下，選擇大轉(zhuǎn)鼓直徑可以提高離心力，并且可以降低轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，節(jié)約電耗。但是，離心機的轉(zhuǎn)鼓直徑也不能毫無根據(jù)地增加，由于受材料的限制，離心機的轉(zhuǎn)鼓直徑是有極限值的，一般情況下離心機的轉(zhuǎn)鼓直徑控制在200～1000mm。D5LL型離心機轉(zhuǎn)鼓長度為4570mm、轉(zhuǎn)鼓直徑為1090mm，經(jīng)過長周期運行證明，符合現(xiàn)場生產(chǎn)實際情況，較好地實現(xiàn)了污泥脫水效果。D5LL型離心機采用的大直徑轉(zhuǎn)鼓可以實現(xiàn)較低的差速運行，大直徑轉(zhuǎn)鼓的螺旋刮泥能力也隨之提升，在相同的排泥量下，小直徑轉(zhuǎn)鼓的離心機只能提高差速，減少分離沉降時間，以致脫水效果不佳，因此大直徑轉(zhuǎn)鼓的離心機分離效果較好。
2.2 轉(zhuǎn)鼓半錐角
離心機在運行過程中，螺旋輸送器將已經(jīng)脫水的固環(huán)層不斷推向出泥口，螺旋推力的扭矩大小由轉(zhuǎn)鼓半錐角的大小決定，半錐角越大，脫水后的污泥受到的離心力和擠壓力也越大，脫水后的污泥容易產(chǎn)生回流，排泥變得困難，嚴(yán)重時會造成螺旋葉片磨損。反之，半錐角越小，物料在轉(zhuǎn)鼓分離的有效面積也越小，影響著離心機的分離效果。當(dāng)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的物料深度固定時，如果轉(zhuǎn)鼓半錐角增大，則會導(dǎo)致污泥脫離液面到排泥口的距離縮短，這將會使污泥的脫水時間縮短，脫水后的污泥含水率增高，但是，轉(zhuǎn)鼓的沉降區(qū)長度則會加長，物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的分離沉降面積增加，污泥脫水后的澄清液會更加清澈。相反，如果轉(zhuǎn)鼓半錐角減小，將會導(dǎo)致污泥的干燥區(qū)長度增加，污泥的脫水時間也隨之增加，排泥的含固率增加。
轉(zhuǎn)鼓半錐角是離心機選型的一項重要參數(shù)。作為煉化企業(yè)的污水處理廠，脫水離心機的運行首先要保證出泥含固率，要選擇合適的轉(zhuǎn)鼓半錐角來適應(yīng)現(xiàn)場的實際需要。一般情況下，為保證污泥能夠順利排出，轉(zhuǎn)鼓半錐角設(shè)定為10°以內(nèi)。D5LL型離心機轉(zhuǎn)鼓半錐角為8°，能夠滿足生產(chǎn)需要。
2.3 螺旋類型
螺旋輸送器也稱螺旋，螺旋作為輸送沉降污泥并排泥的離心機卸料裝置，影響著離心機的脫水效果和處理能力。D5LL型離心機的螺旋輸送器采用安德里茨專利技術(shù)設(shè)計制造的多性能轉(zhuǎn)子，采用中空式設(shè)計。采用這種設(shè)計可以實現(xiàn)較好的固液分離效果，在排出澄清液的過程中減少對固體的干擾。這種新型的螺旋排出的澄清液順軸向直接排出，也可縮減澄清液排出的行程。
2.4 螺距
螺距是螺旋輸送器相鄰的兩個葉片之間的距離。作為離心機的一項非常重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，決定著污泥排泥的成功與失敗。在螺旋輸送器的直徑固定時，螺距越小，與之對應(yīng)的螺旋升角越小，污泥在螺旋葉片間就越不容易堵塞。另外，減小螺距可以增加螺旋葉片的圈數(shù)，可以避免轉(zhuǎn)鼓錐端物料分布不均，從根本上消除機器振動的現(xiàn)象。所以，對于不容易分離的物料，例如活性污泥等，排泥比較困難，螺距選擇趨于小一些，通常為轉(zhuǎn)鼓直徑的1/5～1/6。對于比較容易分離的物料，螺距選擇會大一些，通常為轉(zhuǎn)鼓直徑的1/2～1/5，從而提高污泥的排泥能力。D5LL型離心機的螺距為260mm，對于現(xiàn)場的活性污泥和化學(xué)污泥能夠起到較好的輸渣效果。
3 可調(diào)節(jié)的機械因素
3.1 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速
離心機依靠轉(zhuǎn)鼓的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強大的離心力，在離心力的作用下實現(xiàn)物料的分離，因此，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速越高，離心力越大，分離效果越好。但是，經(jīng)過實踐證明，過高的轉(zhuǎn)速會導(dǎo)致污泥絮凝劑遭到破壞，絮凝劑的絮凝效果明顯降低，進而導(dǎo)致污泥脫水效果的下降。另外，較高的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速對離心機的破壞力也隨之增加，材料的磨損、機械部件的損壞、設(shè)備振動和噪音都會不同程度的增加。
轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速和離心機的分離因數(shù)有關(guān)，分離因數(shù)是離心機內(nèi)物料所承受的離心力與所承受的重力的比值。分離因數(shù)是離心加速度和重力加速度的比值，它反映了離心機分離能力的高低，也是離心機非常重要的一項參數(shù)。通常情況下，分離因數(shù)和離心機的分離效果成正比。
D5LL型離心機在投用初期，為獲得較佳脫水效果，將轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速設(shè)定為3000r/min，低于安全轉(zhuǎn)速3200r/min，并實現(xiàn)連續(xù)長周期平穩(wěn)運行。但是離心機屬于高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備，由于螺旋磨損、停機沖洗不徹底等原因都會導(dǎo)致產(chǎn)生振動及噪音，甚至出現(xiàn)軸承損壞情況。
3.2 差轉(zhuǎn)速
差轉(zhuǎn)速也稱差速，是轉(zhuǎn)鼓和螺旋之間的速度差，同轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速一樣，差速也決定著離心機的分離效果。離心機在運行時，轉(zhuǎn)鼓在高速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生一個強大的離心力，在離心力的作用下，污泥顆粒被分離在轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)壁上，脫水后的污泥成環(huán)狀，離心機的控制系統(tǒng)會根據(jù)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的扭矩情況，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)鼓和螺旋輸送器之間的差轉(zhuǎn)速，然后通過螺旋輸送器的推進，脫水后的污泥從排渣口排出，從而完成固液分離。在D5LL型的控制系統(tǒng)中設(shè)定差速1～12r/min。
根據(jù)離心機的機械結(jié)構(gòu)和工作原理分析，提高速差，可以加快轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的污泥排出速度，但是會縮短污泥在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的沉降時間，造成排出的污泥含濕率較高，無法形成泥餅，給污泥的運輸造成不便，而且過高的差速會導(dǎo)致螺旋干擾澄清液，造成澄清液質(zhì)量下降。反之，降低速差，可減緩污泥的排泥速度，增加污泥在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時間，提高分離效果，脫水后的污泥含濕率較低，污泥成餅狀，方便運輸，并且減小螺旋對澄清液的干擾，提高濾液的清潔度。理論上差速越低，分離效果越好，污泥干度越高，但是過低的差速會導(dǎo)致污泥含濕量明顯下降，增加螺旋輸送器的排泥負(fù)荷，造成排泥不暢，嚴(yán)重時會發(fā)生堵料現(xiàn)象，給離心機的運行帶來沖擊，螺旋輸送器的磨損明顯加快。
在運行過程中，如何保證污泥的脫水效果，差速調(diào)整非常關(guān)鍵，過高或過低的差速都不適合生產(chǎn)需要，結(jié)合污泥的特性、離心機處理能力和處理要求，探尋差速的較佳值是離心機運行管理的一項重要內(nèi)容。一般認(rèn)為泥餅在干燥區(qū)的脫水時間應(yīng)控制在4～6s，時間再加長效果增加不明顯。按照操作規(guī)程，差速器給出的范圍在1～12r/min，在自動控制系統(tǒng)中設(shè)定差速1～12r/min，系統(tǒng)會根據(jù)離心機內(nèi)物料的扭矩情況自動調(diào)節(jié)差速，滿足分離要求。
在離心機運行過程中，進泥量和進泥濃度通常變化不大，當(dāng)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速固定，絮凝劑消耗保持一定范圍時，離心機的脫水效果和處理量主要受差速的影響。
3.3 液環(huán)層厚度
液環(huán)層厚度同樣是影響離心機運行效果的重要工藝參數(shù)，離心機運行時是無法調(diào)節(jié)的，只有當(dāng)離心機處于停車狀態(tài)時，手動調(diào)節(jié)液位擋板，從而控制液位的高低，在調(diào)整擋板時，務(wù)必保證離心機的每個擋板都處于同一水平位置，避免離心機高速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生劇烈振動。D5LL型離心機的液位擋板設(shè)置在離心機螺旋的出料端，使得離心機的液位足夠深，這種結(jié)構(gòu)的擋板經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，分離能力得到提升，在運行過程中節(jié)省了藥劑的消耗，并且降低了污泥的含水率。調(diào)整液位擋板可以實現(xiàn)液環(huán)層厚度的控制，從而實現(xiàn)對排泥含濕率的控制。
4 結(jié)論
詳細(xì)分析了影響離心機脫水效果的各種因素，主要分為不可調(diào)節(jié)的機械因素、可調(diào)節(jié)的機械因素和工藝因素。其中不可調(diào)節(jié)的機械因素包括轉(zhuǎn)鼓直徑和有效長度、轉(zhuǎn)鼓半錐角、螺旋類型和螺距。可調(diào)節(jié)的機械因素包括轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速、差轉(zhuǎn)速和液環(huán)層厚度。由于不可調(diào)節(jié)的因素在設(shè)備選型時已經(jīng)確定，在可調(diào)節(jié)的機械因素中，液環(huán)層厚度必須在開車前完成設(shè)定，運行中無法調(diào)節(jié)，因此，在離心機的運行過程中，重點將對轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速和差速度進行調(diào)控。
