板框壓濾機(jī)螺桿泵進(jìn)料過程分析

田磊 武思拓

摘 要：本文對板框壓濾機(jī)污泥脫水過程進(jìn)行介紹，重點(diǎn)對螺桿泵作為壓濾機(jī)給料泵的壓力、流量性能曲線進(jìn)行分析，提出了壓濾機(jī)系統(tǒng)流量、壓力隨時(shí)間變化曲線，以及壓濾機(jī)給料泵進(jìn)料過程控制方案。

關(guān)鍵詞：板框式壓濾機(jī)；螺桿泵；過程控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.031

板框壓濾機(jī)廣泛應(yīng)用于印染、制革、電鍍、化工、化纖、環(huán)保等行業(yè)的固液分離過程，特別適用于規(guī)模小且對脫水率要求較高的環(huán)保工程污泥脫水工藝[1]。

板框壓濾機(jī)與進(jìn)料泵是污泥脫水系統(tǒng)的主要組成，利用進(jìn)料泵將污泥泵入壓濾機(jī)腔室，通過壓力作用，部分水分子穿過濾布、濾餅形成濾液排出，污泥隨著水分減少逐漸干化，一般污泥含水率在80%左右時(shí)即可成餅，從壓濾機(jī)卸出，完成脫水過程。現(xiàn)階段對混合填埋污泥含水率的基本要求為≤60%，研究表明，泥餅含水率與進(jìn)料壓力和壓濾機(jī)腔體厚度成正相關(guān)關(guān)系，在腔體厚度一定的情況下，進(jìn)料壓力決定著污泥含水率的高低[2]。也就是說，隨著泥餅含水率要求的提升，對壓濾機(jī)進(jìn)料泵提出更高的要求。

以往關(guān)于污泥脫水系統(tǒng)的研究多集中在壓濾機(jī)自身技術(shù)發(fā)展或泵的研發(fā)[3-5]，對壓濾過程及泵的進(jìn)料過程研究較少，特別是以螺桿泵為進(jìn)料泵的污泥脫水過程鮮有報(bào)道，本文通過對污泥脫水螺桿泵壓力、流量曲線進(jìn)行分析研究，對板框壓濾機(jī)螺桿泵的進(jìn)料過程進(jìn)行說明，以豐富壓濾過程及泵的進(jìn)料過程研究，特別是以螺桿泵為進(jìn)料泵的污泥脫水過程的研究內(nèi)容。

1 壓濾系統(tǒng)污泥脫水過程

板框式壓濾機(jī)的過濾過程可簡單分為進(jìn)料和卸料兩步，其中進(jìn)料階段可根據(jù)進(jìn)料泵的工作狀態(tài)進(jìn)一步細(xì)分為以下三個(gè)階段[2， 3]。

入料期。濾布過濾階段，過濾阻力小，進(jìn)料壓力的增加抵消了污泥和濾布阻力對過濾性能的影響，進(jìn)料泵開啟后很快上升至最大流量，泵的出口壓力緩慢升高；此階段濾液固含量較高，為控制濾液固含量需對泵的最大流量進(jìn)行控制。

壓濾期?？蛇M(jìn)一步細(xì)分為兩個(gè)過濾期：第一，隨著濾布截留物增加，濾布內(nèi)表面逐漸形成濾層，過濾阻力快速加大，泵的流量相應(yīng)降低，壓力迅速上升；第二，濾層形成，過濾阻力增加保持恒定，泵的流量下降和壓力上升穩(wěn)定變化。這一轉(zhuǎn)變主要是因?yàn)殡S著濾餅固含量的提高，壓力對濾餅的過濾性能提升愈來愈小。

保壓期。恒壓運(yùn)行，由于泵的出口壓力不能再增大，而過濾阻力因?yàn)V層滲透阻力增加而不斷增大，過濾性能下降，此階段壓濾機(jī)工作效率迅速降低；與此同時(shí)，濾餅的固含量達(dá)到極限，濾餅的含水率不隨過濾壓力的增加而增加。當(dāng)進(jìn)料量下降至設(shè)定值時(shí)，停止進(jìn)料，壓濾過程結(jié)束。

2 壓濾機(jī)給料泵性能曲線

一般污泥脫水系統(tǒng)進(jìn)料為生物污泥和化學(xué)泥，含水率基本在98%左右，流動(dòng)性良好，給料泵為渣漿泵和螺桿泵。離心式渣漿泵是在單級離心式清水泵基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，單套泵流量可達(dá)每小時(shí)數(shù)千方，主要局限是效率略低，揚(yáng)程一般在百米以內(nèi)。普通渣漿泵的揚(yáng)程-流量曲線一般比較平坦，也就是流量變化較大而揚(yáng)程變化較小，與壓濾機(jī)進(jìn)料要求不符，特別是在污泥脫水過程，因每個(gè)壓濾周期接液部分均承受交替的徑向力，常因選型不當(dāng)，造成軸封失效，電機(jī)過載、斷軸等[4，5]。螺桿泵在配套板框壓濾機(jī)方面很好的規(guī)避上述問題。

單螺桿泵是容積泵的一種，適用于從低粘度到非流動(dòng)性介質(zhì)，含有或不含固體物料、具剪切敏感性、粘性或腐蝕性介質(zhì)，特點(diǎn)是不受壓力和粘度波動(dòng)影響連續(xù)低脈沖輸送流體，單泵壓力最大可達(dá)2.4MPa。單螺桿泵流量與轉(zhuǎn)速成正比，配合變頻可與壓濾進(jìn)程合理匹配；研究表明，當(dāng)工作壓力達(dá)到拐點(diǎn)壓力時(shí)，流量隨著壓力的增大急劇下降；另一方面，單螺桿泵的扭矩與工作壓力成正比關(guān)系，而與其他的矢量關(guān)系不大[6，7]，這些特性可確保進(jìn)料末期低流量階段壓力的穩(wěn)定輸出。

以下對型號為M063-025型單螺桿泵（功率7.5kW，出口最大壓力0.8Mpa）運(yùn)行性能曲線進(jìn)行說明，圖中虛線表示泵制造商用清水（20℃ 1×10-3Pa·s）做出的的性能曲線。

污泥來料為1～2%生物或化學(xué)污泥，其粘度比清水高得多，因而其性能曲線（流量-轉(zhuǎn)速）應(yīng)下移，（功率-轉(zhuǎn)速）曲線要上移，修正后初步得到實(shí)線曲線（圖1），該曲線是估計(jì)的運(yùn)行性能曲線，在實(shí)際調(diào)試中，要根據(jù)實(shí)測值進(jìn)行確認(rèn)和修正，用作運(yùn)行調(diào)度的指導(dǎo)曲線。

圖1曲線表明，螺桿喂料泵最大流量為24m3/h，最小流量為14m3/h（設(shè)定運(yùn)行終點(diǎn)值）。變頻控制分二階段進(jìn)行，初期以400rpm（轉(zhuǎn)/分）等轉(zhuǎn)速滿頻升壓降流量運(yùn)行，流量很快由0升到24m3/h，再由24m3/h降到19m3/h，出口壓力由0.1MPa遞增到0.8MPa，然后第二階段以0.8MPa等壓控制的條件下，通過降頻，即降轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)降流量運(yùn)行，即保持0.8MPa出口壓力，轉(zhuǎn)速由400rpm降到320rpm，流量由19m3/h降到14m3/h。

3 壓濾機(jī)給料泵進(jìn)料過程控制

（下轉(zhuǎn)第15頁）

（上接第35頁）

壓濾機(jī)過濾是一個(gè)由單純膜濾逐漸轉(zhuǎn)化為濾餅層過濾的過程，濾餅層的不斷增厚，過濾阻力不斷增大，要求過濾壓頭也不斷增大，直到壓濾機(jī)允許的限定壓力為止。結(jié)合壓濾系統(tǒng)污泥脫水過程分析和螺桿泵的性能曲線，壓濾機(jī)給料泵流量壓力隨時(shí)間變化曲線如圖2。

M063-025型螺桿泵壓濾期間通?？刂频牧髁繒r(shí)間曲線和壓力時(shí)間曲線。其控制過程可分四個(gè)階段，第一階段（Ⅰ區(qū)）恒滿頻運(yùn)行，在此期間因過濾逐漸形成鹽泥濾層，阻力增大，來料壓力由0逐漸增大到0.1MPa。此時(shí)流量因起始阻力小而激增到24m3/h，此后逐漸下降到22m3/h。第二階段（Ⅱ區(qū)）阻力因鹽泥濾層不斷加厚而令水壓由0.1MPa增大到0.58MPa，流量由22m3/h降到19m3/h；第三階段（Ⅲ區(qū)）鹽泥濾層繼續(xù)加厚，阻力繼續(xù)增大，水壓由0.58MPa水頭逐漸增大到工藝規(guī)定上限壓力0.8MPa，流量由19m3/h降到16m3/h，第四階段（Ⅳ區(qū)）恒壓（0.8MPa）運(yùn)行，由于壓力不可能再增大，而阻力因?yàn)V層在加厚而不斷增大，流量也由16m3/h降到14m3/h，停進(jìn)料泵，完成一個(gè)過濾周期。

4 總結(jié)

現(xiàn)進(jìn)板框壓濾污泥脫水系統(tǒng)已經(jīng)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，本文對板框壓濾機(jī)污泥脫水過程進(jìn)行介紹，重點(diǎn)對螺桿泵作為壓濾機(jī)給料泵的壓力、流量性能曲線進(jìn)行分析，提出了壓濾機(jī)系統(tǒng)流量壓力隨時(shí)間變化曲線，以及壓濾機(jī)給料泵進(jìn)料過程控制方案。補(bǔ)充了壓濾過程及泵的進(jìn)料過程研究，特別是以螺桿泵為進(jìn)料泵的污泥脫水過程的研究內(nèi)容。

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基金項(xiàng)目：陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司科技項(xiàng)目（平臺）資助項(xiàng)目（JT4117SKF0017）

作者簡介：田磊（1983-），男，碩士研究生，主要研究方向：工業(yè)水處理。