大型礦山廢水處理站中心傳動(dòng)刮泥機(jī)的研究

馬洪德

（廣州華立科技職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 510000）

0 引言

硫鐵中文名稱(chēng)二硫化亞鐵，其性狀表現(xiàn)為黃色立方晶體，熔點(diǎn)1171℃，為硫鐵礦的主要產(chǎn)物之一。硫鐵在橡膠、食品、紡織和造紙等行業(yè)中被廣泛應(yīng)用，也常被應(yīng)用在國(guó)防工業(yè)科技制造炸藥中。硫鐵礦也常被作為原料應(yīng)用于硫酸的生產(chǎn)中，其礦渣可以用于鋼鐵冶煉，但當(dāng)?shù)V渣的含硫量較高時(shí)，可以作為水泥附屬原料。

1 廣東省云浮市硫鐵礦廢水處理站現(xiàn)狀

廣東省云浮市硫鐵礦是我國(guó)目前最大的硫鐵礦礦山，儲(chǔ)量約為2.08 億t，礦石平均含量約31.04%，是生產(chǎn)硫酸的主要優(yōu)質(zhì)化工原料。硫鐵礦是世界上一種豐富的礦產(chǎn)資源，主要是由地幔中的硫與地殼中的鐵及其他雜質(zhì)元素形成，如Al、Mn、Cu 等在適宜的地球化學(xué)條件下，經(jīng)過(guò)成千上萬(wàn)年的成礦演化形成，所以硫鐵礦的主要成分是FeS2（黃鐵礦、白鐵礦）、FeS（磁黃鐵礦），同時(shí)還含有Al、Zn、Cu、Pb 等金屬元素。由于硫鐵礦的主要成分FeS2具有還原性，在空氣、水和細(xì)菌的共同作用下，產(chǎn)生了大量的酸性廢水進(jìn)入公司廢水處理站。廢水處理站工藝流程圖如圖1所示，其通過(guò)芬頓氧化塔的一系列化學(xué)反應(yīng)將尾庫(kù)礦原水進(jìn)行處理后排放至沉淀池，沉淀后回調(diào)完畢將清水外排，污泥經(jīng)二次處理后再度排入尾礦庫(kù)，從而減少污染。

圖1 工藝流程圖

在這些酸性廢水處理站中，刮泥機(jī)是污水處理的重要裝備之一，在水質(zhì)處理過(guò)程中的澄清階段發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，中心傳動(dòng)刮泥機(jī)由安裝在中心支座上的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刮、吸泥收集裝置，沿池徑做圓周運(yùn)動(dòng)，池底的污泥依靠液體的靜壓作用，通過(guò)收集裝置吸到污泥收集槽流入中心排泥管排出。上清液通過(guò)池周的溢流堰板流入集水槽，通過(guò)出水管排出。

2 污水處理站刮泥機(jī)現(xiàn)狀

現(xiàn)在污水站沉淀池多數(shù)使用桁車(chē)式刮泥機(jī)，機(jī)械裝置由桁車(chē)、刮泥耙組成，電氣自動(dòng)化部分由驅(qū)動(dòng)裝置和自控柜等組成。桁架安裝于預(yù)沉池兩端的導(dǎo)軌之上，由兩套驅(qū)動(dòng)減速裝置驅(qū)動(dòng)桁架南北行走。刮耙安裝在桁架的下面，由提升裝置調(diào)整其上下高度。

原刮泥機(jī)的設(shè)計(jì)工藝缺陷如下：1）刮泥板工作時(shí)的高度全靠人工控制，不容易掌握。因池底有一定的坡度，當(dāng)提升繩超過(guò)一定高度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)池底淤泥漏刮現(xiàn)象，當(dāng)提升繩較低、刮泥板阻力較大時(shí)，會(huì)造成桁架后頂，出現(xiàn)掉道現(xiàn)象。2）刮泥板進(jìn)行工作行走時(shí)，其提升繩是主要受力端，再加上污水對(duì)提升繩的腐蝕，造成了提升繩經(jīng)常受力拉斷，影響正常生產(chǎn)[2]。

新的刮泥機(jī)與原有刮泥機(jī)相比，已經(jīng)改善了許多工藝和工序細(xì)節(jié)，舊的刮泥版因其需要人工控制，會(huì)出現(xiàn)大量無(wú)法掌握的細(xì)節(jié)問(wèn)題，新的刮泥板加裝電機(jī)后，完全用伺服電機(jī)控制，相較而言節(jié)約了時(shí)間，提高了工作效率。

3 擬采取的研究方法

根據(jù)新濃密池的類(lèi)型和進(jìn)出水的污泥參數(shù)，結(jié)合污水排放標(biāo)準(zhǔn)，確定設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)；通過(guò)收集關(guān)于中心傳動(dòng)刮泥機(jī)及相關(guān)機(jī)械的資料對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)軸、軸承等總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行選型；設(shè)備平臺(tái)采用固定支墩式，比傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，能減輕設(shè)備質(zhì)量，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用，使廠(chǎng)家維護(hù)管理更加方便；根據(jù)特定的要求配備多種保護(hù)機(jī)構(gòu)，整機(jī)采用PLC 控制，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行值達(dá)到設(shè)定值時(shí)自動(dòng)報(bào)警停機(jī)，控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便、調(diào)試周期較短、可靠性較高、抗干擾能力強(qiáng)、故障率較低以及安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

4 中心傳動(dòng)刮泥機(jī)（Ф18.0m）的介紹

4.1 中心傳動(dòng)刮泥機(jī)（Ф18.0m）技術(shù)參數(shù)

中心傳動(dòng)刮泥機(jī)是整個(gè)設(shè)備中的關(guān)鍵組件，該組件的技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 中心傳動(dòng)刮泥機(jī)技術(shù)參數(shù)表

4.2 中心傳動(dòng)刮泥機(jī)設(shè)計(jì)

中心傳動(dòng)刮泥機(jī)為中心支墩式中心傳動(dòng)、平臺(tái)固定支墩式結(jié)構(gòu)，由安裝在中心進(jìn)水柱管上的蝸輪減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)中心回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)框架鋼結(jié)構(gòu)、吸泥管臂架、集泥槽、吸泥管路、撇渣裝置等部件轉(zhuǎn)動(dòng)，直徑18m。

中心傳動(dòng)刮泥機(jī)主要由工作橋、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、中心支座、刮泥板刮臂、穩(wěn)流筒、浮渣亂板等組成，設(shè)備管道組成如圖2 所示。刮臂在驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)下，繞池中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，一組刮泥板也隨刮臂旋轉(zhuǎn)中，將沉降在池底的污泥全部刮向池中心集泥池。同時(shí)，液面上的浮渣在浮渣刮板周邊擋渣堰形成的逐漸縮小區(qū)域內(nèi)集中，由浮渣刮耙扒到集中渣斗內(nèi)，排出池外[3]。

圖2 設(shè)備管道組成圖（單位：mm）

礦山污水由入料管進(jìn)入布料筒，污泥沉積到池底。在主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下，刮泥耙與傳動(dòng)軸一起旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中將沉淀在池底的污泥刮集到中心集泥斗，通過(guò)底流泵外排。自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流變化進(jìn)行控制。當(dāng)池底污泥量增加，刮泥耙運(yùn)行阻力增大，電機(jī)電流達(dá)到或大于設(shè)定的提耙工作值時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)將啟動(dòng)提耙裝置提耙；反之，若底流污泥量減小，電機(jī)電流隨之減小當(dāng)它低于設(shè)定的落耙電流值時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)將啟動(dòng)提耙裝置落耙；當(dāng)刮泥耙提到最高位置，電流仍高于設(shè)定值時(shí)，則系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警、停機(jī)。當(dāng)耙落到最低位置時(shí)，系統(tǒng)將停止落耙，設(shè)備在最低位置工作。進(jìn)水管接入絮凝反映池的出水明渠，明渠中的水進(jìn)入設(shè)備后，設(shè)備控制刮泥板，通過(guò)刮泥耙將污泥刮落后排入排泥管道，從而使水、泥粗分離。

5 中心傳動(dòng)刮泥機(jī)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1 電氣控制原理設(shè)計(jì)

電氣控制圖電路控制圖的基本原理如下。

5.1.1 手動(dòng)運(yùn)行

手動(dòng)運(yùn)行用于調(diào)試和維修。（遠(yuǎn)控－就地）置于就地、（自動(dòng)－手動(dòng)）旋鈕置于手動(dòng)，按下（控制電源開(kāi)）按鈕。手動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)： （停止－旋轉(zhuǎn)）旋鈕置于旋轉(zhuǎn)位，刮泥耙運(yùn)行。旋鈕置于停止位，則立即停止刮泥耙運(yùn)行。

如果刮泥耙運(yùn)行阻力過(guò)大，超過(guò)設(shè)定的升耙阻力時(shí)，應(yīng)停止刮泥耙運(yùn)行或提升耙架。刮泥耙運(yùn)行阻力超過(guò)設(shè)定超限阻力時(shí)刮泥耙自動(dòng)停止運(yùn)行。

手動(dòng)升降：（升耙―停止－降耙）旋鈕置于升或降位，刮泥耙開(kāi)始升或降，直到升或降到最高或最低時(shí)，自動(dòng)停止。旋鈕置于停止位，則立即停止刮泥耙升降。

5.1.2 濃密機(jī)自動(dòng)運(yùn)行

自動(dòng)運(yùn)行開(kāi)始時(shí)首先把刮泥耙升到最高位，刮泥耙旋轉(zhuǎn)，PLC 監(jiān)視刮泥耙的阻力；刮泥耙阻力超過(guò)設(shè)定的升耙阻力時(shí)，刮泥耙停止旋轉(zhuǎn)，自動(dòng)上升，刮泥耙每次升到設(shè)定時(shí)間時(shí)上升停止；刮泥耙阻力低于設(shè)定降耙阻力時(shí)，刮泥耙自動(dòng)下降，刮泥耙阻力超過(guò)設(shè)定降耙阻力時(shí)下降停止。該機(jī)有運(yùn)行信號(hào)、報(bào)警信號(hào)、升耙信號(hào)的（干接點(diǎn)）輸出。刮泥耙運(yùn)行阻力超過(guò)設(shè)定的超限阻力且刮泥耙升至最高位時(shí)，刮泥耙自動(dòng)停止運(yùn)行。

5.1.3 遠(yuǎn)控運(yùn)行

（遠(yuǎn)控－就地）旋鈕置于遠(yuǎn)控位（自動(dòng)－手動(dòng)）旋鈕置于自動(dòng)位（停止－旋轉(zhuǎn)）旋鈕置于旋轉(zhuǎn)位；集控室遠(yuǎn)控運(yùn)行接點(diǎn)閉合機(jī)器開(kāi)始自動(dòng)運(yùn)行，運(yùn)行過(guò)程同就地自動(dòng)運(yùn)行，遠(yuǎn)控運(yùn)行接點(diǎn)斷開(kāi)機(jī)器斷電停機(jī)。

5.2 故障和報(bào)警

電機(jī)過(guò)載故障：泵電機(jī)過(guò)載，須手動(dòng)復(fù)位熱繼電器。

AD 檢測(cè)故障：阻力檢測(cè)部分故障。

升降超時(shí)報(bào)警：刮泥耙持續(xù)升或降超時(shí)沒(méi)有到限位。

阻力超限：刮泥耙阻力超過(guò)設(shè)定的超限阻力。

限位開(kāi)關(guān)故障：耙升降限位開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障。

6 技術(shù)關(guān)鍵

該研究設(shè)備采用中心液壓驅(qū)動(dòng)，自動(dòng)提耙。設(shè)備傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用液壓驅(qū)動(dòng)，提耙機(jī)構(gòu)采用液壓提耙，無(wú)級(jí)調(diào)速，具有過(guò)載保護(hù)功能；耙架轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)。耙架主體采用無(wú)縫鋼管。刮泥機(jī)是由液壓馬達(dá)通過(guò)齒輪驅(qū)動(dòng)帶外圈的回轉(zhuǎn)支承驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸帶動(dòng)耙架旋轉(zhuǎn)。使用高強(qiáng)度的螺栓把回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈固定在傳動(dòng)箱體內(nèi)的軸承座上，所以不會(huì)因扭矩過(guò)大而產(chǎn)生偏離攪拌中心的現(xiàn)象，這種雙驅(qū)傳動(dòng)方式與蝸輪蝸桿傳動(dòng)相比，降低了使用成本及運(yùn)行過(guò)程中的故障率[1]。液壓提耙裝置是使用液壓傳感器來(lái)控制刮泥耙的升降，同時(shí)電控系統(tǒng)傳出聲光信號(hào)，準(zhǔn)確、可靠地提取提耙信號(hào)[4-5]?；旌弦罕辉摑饪s機(jī)將直接推入到濃縮機(jī)壓縮區(qū)，將沉降與深層過(guò)濾相互結(jié)合，在池的內(nèi)部形成濾床層，最后被推入的混合液中未絮凝的細(xì)小顆粒隨著水流上升，途經(jīng)濾床層時(shí)與濾床層的顆粒碰撞，其中顆粒的上升動(dòng)能被損耗，與其他細(xì)小顆粒相互結(jié)合在一起在重力作用下沉降，從而將固體顆粒與液體分離[6-8]。

7 結(jié)論

該中心傳動(dòng)刮泥機(jī)整機(jī)采用PLC 智能控制，電控箱預(yù)留遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)接口。實(shí)現(xiàn)上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控，控制室的計(jì)算機(jī)可以實(shí)時(shí)顯示濃縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)以及相關(guān)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)，如液壓系統(tǒng)壓力參數(shù)、耙子的轉(zhuǎn)速等。

采用液壓自動(dòng)提耙，提耙高度400mm，耙架在過(guò)載時(shí)設(shè)有自動(dòng)報(bào)警和保護(hù)裝置，控制采用自動(dòng)液壓控制系統(tǒng)，主軸扭矩信號(hào)通過(guò)壓力傳感器給電控箱，電控箱中的控制裝置自動(dòng)指揮系統(tǒng)自動(dòng)提耙、落耙。在現(xiàn)場(chǎng)操作面板上有手動(dòng)/自動(dòng)控制轉(zhuǎn)換功能，預(yù)留遠(yuǎn)程接口，可通過(guò)集控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)高效濃縮機(jī)的控制。

該課題采用傳統(tǒng)繼電器—接觸器電氣控制系統(tǒng)被PLC自動(dòng)控制技術(shù)取代了，實(shí)現(xiàn)了對(duì)刮泥機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，提高了刮泥機(jī)的工作效率、工作穩(wěn)定性和可靠性，而且還大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了設(shè)備故障率，提高了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率。