臥螺離心機(jī)在電石渣固液分離中的應(yīng)用

李 強(qiáng) 王保軍 吳海潮

海申機(jī)電總廠（象山） （浙江寧波 315718）

電石渣是電石水解獲取乙炔氣后產(chǎn)生的以氫氧化鈣為主要成分的廢渣，主要成分有CaO、CaS、Ca3N2、Ca3P2、Ca2Si、Ca3As2、Ca(OH)2，同時(shí)也含有一些硫化物、磷化物等有毒有害物質(zhì)。原有的露天堆放或填埋等方式：一是破壞生態(tài)環(huán)境——在雨水、地下水的長期滲透、擴(kuò)散作用下，會(huì)污染水體和土壤，降低地區(qū)的環(huán)境功能等級(jí)；二是影響人類健康，電石渣產(chǎn)生的危險(xiǎn)廢物通過攝入、吸入、皮膚吸收方式長期危害人體健康，長期接觸易導(dǎo)致人體中毒，甚至致癌、致畸、致變等；三是制約可持續(xù)發(fā)展，電石渣不處理或不規(guī)范處理處置所帶來的大氣、水源、土壤等的污染會(huì)成為制約經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的瓶頸，在占用大量用地的同時(shí)容易造成環(huán)境污染。

采用臥螺離心機(jī)對(duì)電石渣制備活性氧化鈣的電石原料進(jìn)行循環(huán)利用，在節(jié)約大量用地的同時(shí)，可減少有害物質(zhì)對(duì)環(huán)境的污染。

1 活性氧化鈣生產(chǎn)工藝及電石渣物料特性

1.1 電石渣制備活性氧化鈣生產(chǎn)工藝

電石渣制備活性氧化鈣的工藝流程如圖1 所示?；S電石水解生產(chǎn)乙炔過程中所產(chǎn)生的電石渣漿料進(jìn)行濃縮（20%～30%）處理后，采用臥螺離心機(jī)進(jìn)行固液分離。分離出的渣相（氫氧化鈣）經(jīng)煅燒、研磨粉碎后的成品（即氧化鈣），用于電石水解生產(chǎn)乙炔；分離后的液相經(jīng)過水處理系統(tǒng)處理后，一部分用于電石水解生產(chǎn)乙炔，一部分正常排放用作園藝系統(tǒng)灌溉水。該工藝中，污水循環(huán)利用無外排，固體廢物全部二次利用，實(shí)現(xiàn)了電石渣處置的無害化、減量化與資源化利用的最大化。

圖1 電石渣制備活性氧化鈣的工藝流程

1.2 電石渣物料特性

進(jìn)入離心機(jī)進(jìn)行固液分離的電石渣漿料具有含固率較高（20%～30%）、固體顆粒大（20～200 μm）、物料黏度大、流動(dòng)性差等特性。

2 臥螺離心機(jī)系統(tǒng)組成及工作原理

2.1 臥螺離心機(jī)結(jié)構(gòu)

針對(duì)電石渣物料特性，選用LW650DS 離心機(jī)組進(jìn)行電石渣漿料的固液分離。LW650DS 離心機(jī)組由進(jìn)料管部件、主軸承、轉(zhuǎn)鼓部件、螺旋部件、軸承座、機(jī)座、機(jī)架、主副電機(jī)以及潤滑系統(tǒng)等組成，具體結(jié)構(gòu)見圖2，技術(shù)指標(biāo)見表1。

2.2 離心機(jī)工作原理

電石漿料經(jīng)進(jìn)料管從螺旋體出料口進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓，在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，密度較大的電石固相顆粒沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，與轉(zhuǎn)鼓作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的螺旋葉片不斷地將固相顆粒刮下并推出排渣口。分離后的清液經(jīng)溢流板在重力作用下自由排出，螺旋體與轉(zhuǎn)鼓之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（即差轉(zhuǎn)速）通過差速控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)，副電機(jī)通過對(duì)差速器輸入軸轉(zhuǎn)速的控制改變螺旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓間的轉(zhuǎn)速差，并使差速器能穩(wěn)定地將扭矩和轉(zhuǎn)速傳遞給螺旋，實(shí)現(xiàn)對(duì)電石漿料的連續(xù)分離。

圖2 LW650DS 離心機(jī)結(jié)構(gòu)

表1 LW650DS 離心機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3 LW650DS離心機(jī)技術(shù)特性及分離效果

3.1 機(jī)械性能

（1）根據(jù)電石漿料的特性，LW650DS 臥螺離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓部件、螺旋部件等所有與物料接觸部位都采用高強(qiáng)度和高耐腐蝕性的SAF2205 不銹鋼離心澆鑄而成，保證了離心機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性和使用壽命。

（2）離心機(jī)螺旋進(jìn)料口采用渦流式結(jié)構(gòu)，符合液體力學(xué)的流線型設(shè)計(jì)原理，可加速物料進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓，減少出料對(duì)已形成的分離固相層的擾動(dòng)，提高處理量和處理效果。

（3）采用國際上較先進(jìn)的變螺距技術(shù)，可有效降低推料扭矩，提高處理能力，降低沉渣含水率。相對(duì)于國內(nèi)同一型號(hào)離心機(jī)，處理能力可提升10%以上。

（4）由于電石漿料中含有堅(jiān)硬顆粒和雜質(zhì)，因此在LW650DS 離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓出渣部位、螺旋進(jìn)料口及螺旋體硬質(zhì)合金片采用改良鎢鈷類合金（硬度95HRA 以上），其可滿足離心機(jī)長期穩(wěn)定性、耐磨性要求；在螺旋進(jìn)料口、轉(zhuǎn)鼓出渣口采用可更換的耐磨合金瓦結(jié)構(gòu)，在確保較長使用壽命的同時(shí)易于更換。

（5）離心機(jī)配備扭矩高、轉(zhuǎn)速高、發(fā)熱量低、散熱性優(yōu)良的漸開線行星齒輪差速器，以保證離心分離系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 電器系統(tǒng)性能

3.2.1 雙電機(jī)雙變頻共直流母線技術(shù)，節(jié)能省電

LW650DS 離心機(jī)主/副電機(jī)運(yùn)行采用主/副變頻控制。正常工作時(shí)，副電機(jī)處于被驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，母線電壓升高，再生能量反饋到共直流母線，由于主/副變頻器的直流母線并聯(lián)，該能量經(jīng)過主變頻器被主電機(jī)利用。相比差速控制可節(jié)能15%,且啟動(dòng)平穩(wěn)。

3.2.2 PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)，操作簡便、功能完備

LW650DS 離心機(jī)電控系統(tǒng)由可編程邏輯控制器（PLC）、變頻器、觸摸屏等元器件組成，離心機(jī)的工作流程主要由PLC 完成，主要包括離心機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行停止、自動(dòng)沖洗、差速控制及力矩控制。離心機(jī)的操作部分在觸摸屏上完成，在觸摸屏上可以直觀地操作所有設(shè)備，根據(jù)顯示的各類運(yùn)行信息在現(xiàn)場進(jìn)行故障排除，還可根據(jù)客戶需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。采用恒力矩與恒差速兩種控制方式，以適應(yīng)物料濃度、流量的變化，提高離心機(jī)對(duì)電石漿料生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性，保證良好的分離效果和穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

3.3 離心機(jī)分離效果

電石渣漿料進(jìn)料含固率20%～30%，LW650DS離心機(jī)組單機(jī)處理量35～40 m3/h，分離后渣相含水率不高于30%，清液固含量不高于0.15%，由于渣相含水率較低，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸過程中不淌水，不會(huì)出現(xiàn)電石渣相橫溢導(dǎo)致道路濘泥不堪的情況。

4 離心機(jī)運(yùn)行過程的常見問題及解決方法

4.1 離心機(jī)罩殼、外轉(zhuǎn)鼓及螺旋內(nèi)部積料

針對(duì)電石漿料顆粒大、黏性強(qiáng)，容易在出渣部位和罩殼上積料造成離心機(jī)二次開機(jī)困難的情況，LW650DS 離心機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，除了在出渣部位增加彈性排料小罩殼外，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采用CIP 全自動(dòng)清洗程序，采用高速、低速、高速的多級(jí)清洗模式對(duì)離心機(jī)易堵部位進(jìn)行徹底清洗，有效解決停機(jī)過程中清洗不徹底的難題；在機(jī)罩部位采用360°高壓清洗噴嘴，對(duì)機(jī)罩、機(jī)座內(nèi)腔、轉(zhuǎn)鼓外表面進(jìn)行清洗。這些措施可徹底解決離心機(jī)內(nèi)部積料問題。

4.2 沖洗過程中出渣口出水影響皮帶正常輸送

離心機(jī)在沖洗過程中，受液層片高度影響，在低速清洗階段，由于離心力降低，沖洗水從排渣口流出落入螺旋輸送機(jī)或皮帶輸送機(jī)，造成現(xiàn)場二次污染。設(shè)計(jì)時(shí)，在離心機(jī)出渣位置配備電動(dòng)刀閘閥，由PLC控制柜與離心機(jī)聯(lián)鎖控制，可自動(dòng)或手動(dòng)控制刀閘閥的開啟與關(guān)閉。當(dāng)離心機(jī)運(yùn)行沖洗程序時(shí)，刀閘閥閉合，沖洗水直接排入液相排放管路；當(dāng)沖洗程序結(jié)束進(jìn)入分離狀態(tài)時(shí)，刀閘閥開啟，渣相落入螺旋輸送機(jī)或皮帶輸送機(jī)，保證了周圍環(huán)境的潔凈。

4.3 進(jìn)料波動(dòng)造成離心機(jī)分離效果不穩(wěn)定

電石漿料濃度波動(dòng)較大（20%～30%）造成分離效果不穩(wěn)定、頻繁出現(xiàn)堵料停機(jī)現(xiàn)象。為避免上述問題，PLC 控制系統(tǒng)采用恒力矩控制模式，如果扭矩超過最佳值，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)增加差速以便將固體盡快排到轉(zhuǎn)鼓外部，直到扭矩恢復(fù)正常。即當(dāng)扭矩降低時(shí)差速也同樣降低，這個(gè)自動(dòng)控制過程保證了正常運(yùn)行中的最佳分離效果。

4.4 物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部易堆積

針對(duì)電石渣漿料黏度大、易結(jié)塊、不易推出的問題，螺旋體采用犁形合金片結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)對(duì)分離的物料具有導(dǎo)向作用，減小了螺旋葉片推料過程中的阻力，降低了離心機(jī)堵料的發(fā)生機(jī)率；提高了螺旋的推料效率，減輕了螺旋葉片的摩擦力，在提高硬質(zhì)合金片使用壽命的同時(shí)，保證了螺旋體推料的順暢。

4.5 進(jìn)料管磨損

由于進(jìn)料管只靠進(jìn)料管托架單邊支撐，另一頭處于懸空狀態(tài)，且進(jìn)料管與螺旋體的單邊間隙只有2～3 mm，而電石渣漿料黏度大，容易在螺旋腔體內(nèi)積料，造成進(jìn)料管單邊磨損或折斷。采用旋轉(zhuǎn)進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)方式，進(jìn)料管與主電機(jī)皮帶輪固定連接并隨皮帶輪一起旋轉(zhuǎn)，使物料對(duì)進(jìn)料管的沖擊比較均勻，有效避免了進(jìn)料過程中進(jìn)料管的磨損或斷裂現(xiàn)象。

4.6 信號(hào)干擾

離心機(jī)運(yùn)行過程中，信號(hào)干擾常造成控制系統(tǒng)失靈，如轉(zhuǎn)速、差速、進(jìn)料流量等數(shù)值出現(xiàn)偏差，影響離心機(jī)的正常運(yùn)行。在安裝布線時(shí)，做到所有模擬量信號(hào)采用屏蔽線并有效接地，強(qiáng)、弱電獨(dú)立接地等。

4.7 因進(jìn)、回油溫度較高出現(xiàn)報(bào)警停機(jī)

LW650DS 離心機(jī)采用稀油潤滑，在運(yùn)行過程中一定要保證冷卻循環(huán)水的連續(xù)供給，當(dāng)冷卻循環(huán)水水壓過低或人為停止供給時(shí)，會(huì)造成因離心機(jī)主軸承進(jìn)、回油溫度較高而報(bào)警停機(jī)。為避免這種情況，增加循環(huán)系統(tǒng)冷卻水壓力檢測裝置，使冷卻水壓維持在0.2～0.3 MPa。離心機(jī)組正常啟動(dòng)前，要求用戶首先打開潤滑油站的循環(huán)冷卻水，其次啟動(dòng)整套潤滑系統(tǒng)，最后開啟離心機(jī)進(jìn)行固液分離。

5 結(jié)語

相對(duì)于自然沉降或填埋處理，用臥螺離心機(jī)進(jìn)行電石渣漿料的無害化、減量化、資源化處理，占地面積小、結(jié)構(gòu)緊湊、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行穩(wěn)定、分離效果佳、處理量大且無污染，值得業(yè)內(nèi)推廣。