臥螺離心機在五環(huán)爐黑水處理系統(tǒng)運行中的問題分析及處理

萬國鵬

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司(以下簡稱龍宇煤化工)二期40萬t/a醋酸裝置的項目，合成氣由兩臺新型WHG干煤粉加壓氣化爐提供。五環(huán)爐裝置所用的煤粉顆粒較細(xì)，致使合成氣中帶有大量的小顆粒飛灰，為了得到“干凈的”合成氣，必須通過灰水進(jìn)行洗滌降溫、除去飛灰，致使氣化爐裝置產(chǎn)生的黑水中灰分直徑較細(xì)且顆粒濃度較高，而分離出含有細(xì)灰的灰漿難度較大，為了保證五環(huán)爐水處理單元能夠長周期穩(wěn)定運行，選用合適的灰漿分離設(shè)備顯得十分重要。龍宇煤化工經(jīng)過考察多家分離設(shè)備的廠家，通過試驗對比各設(shè)備之后，發(fā)現(xiàn)臥螺離心機能在全速運轉(zhuǎn)下，連續(xù)進(jìn)料、分離、洗滌和卸料，具有運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、連續(xù)操作、結(jié)構(gòu)緊湊、適應(yīng)性強、生產(chǎn)能力大的優(yōu)點，因此最終決定黑水處理系統(tǒng)的分離設(shè)備選用臥螺離心機。但經(jīng)過長周期運行，也暴露了很多的新問題，比如臥螺離心機振動大、軸溫高、電流高、濾餅含水率高等，針對制約臥螺離心機運行中凸顯的問題進(jìn)行剖析，采取了許多解決方法，下面就針對運行過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法進(jìn)行論述，希望為同行提供幫助。

1 五環(huán)爐黑水處理單元工藝流程原理

首先，將一定粒度的原煤經(jīng)磨煤機磨制成大部分≤90 μm的煤粉，經(jīng)4條粉煤管線從煤粉給料罐底部送出，與空分裝置送來的高壓氧氣同時經(jīng)煤燒嘴噴入氣化爐內(nèi)，在高溫、高壓下發(fā)生部分氧化還原反應(yīng)，生成的粗合成氣主要成分為CO、H2，同時產(chǎn)生大量的飛灰隨合成氣帶走。攜帶飛灰的合成氣在激冷段初次被激冷固化，然后經(jīng)輸氣管送往激冷罐，在激冷罐內(nèi)再次被激冷水冷卻、降溫和洗滌除灰，使大量的飛灰被激冷水帶走，形成黑水排至閃蒸系統(tǒng)；然后含有少量飛灰的合成氣進(jìn)入濕洗單元，經(jīng)過文丘里洗滌器和濕洗塔進(jìn)一步降溫、洗滌除灰，使合成氣中的少部分飛灰再次被灰水帶走排至閃蒸系統(tǒng)。流動的熔融液態(tài)渣流入渣池，熔渣迅速淬裂成玻璃狀的顆粒，大顆粒的渣通過渣鎖斗系統(tǒng)排至撈渣機，由撈渣機撈出后通過長皮帶送往渣場。在渣水中殘余的細(xì)渣及未反應(yīng)的粉煤顆粒懸浮物，由細(xì)渣漿排出泵送至澄清單元。

五環(huán)爐粉煤加壓氣化裝置采用三級閃蒸工藝，對含有飛灰的氣化爐激冷罐和合成氣洗滌塔排出的黑水進(jìn)行降壓減溫、熱量回收，產(chǎn)生的0.6 MPa高壓閃蒸酸性氣外送至硫回收系統(tǒng)使用；黑水分別進(jìn)入中壓閃蒸罐、低壓閃蒸罐和真空閃蒸罐，依次進(jìn)行閃蒸降溫，分離下來的濃度較高的黑水則被回收到澄清槽進(jìn)行初步處理，由于飛灰顆粒較細(xì)，必須加入絮凝劑才能把黑水中的飛灰去除，回收利用灰水；與絮凝劑混合后，在澄清槽內(nèi)進(jìn)行絮凝沉降，上部溢流的澄清水進(jìn)入到灰水槽，沉降槽底部濃縮的灰漿由沉降槽底流泵送至灰漿貯槽，經(jīng)灰漿槽底流泵送到臥螺離心機進(jìn)行分離，產(chǎn)生的濾餅送出界區(qū)，濾液則被送至澄清槽再次澄清處理。

2 臥螺離心機的工作原理

圖1 臥螺式離心機結(jié)構(gòu)

臥螺離心機的工作原理如下：轉(zhuǎn)鼓與螺旋以一定差速同向高速旋轉(zhuǎn)，物料由進(jìn)料管連續(xù)引入輸料螺旋內(nèi)筒，加速后在出料口處被甩到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)側(cè)，在離心力作用下，質(zhì)量較大的固相物料沉積在轉(zhuǎn)鼓壁的最內(nèi)側(cè)，質(zhì)量較小的清液在上面，使固液混合介質(zhì)中的水分和固體物質(zhì)分離出來，兩者的差速由差速器來控制；清液通過流道由轉(zhuǎn)鼓大端溢流口連續(xù)排出，進(jìn)入收集槽回收處理，固體物料被螺旋連續(xù)不斷地推至轉(zhuǎn)鼓出料端，經(jīng)排泥口排出機外，如此不斷運行，達(dá)到固液分離的目的。臥螺離心機的工藝流程見圖2。

圖2 臥螺離心機的工藝流程

3 主要工藝及設(shè)備技術(shù)參數(shù)

(1)臥螺離心機進(jìn)料灰漿參數(shù)：w(固含量)約為10%；單臺處理灰漿能力為20～25m3/h。

(2)臥螺離心機出料參數(shù)：脫水后的污泥含固率60%～70%；濾液中的SS(懸浮物)質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.1%。

(3)進(jìn)料中飛灰粒徑參數(shù)(進(jìn)料固體粒徑分布)：≤1 μm約10%～20%，≤2 μm約25%～40%，≤5 μm約45%～80%，≤10 μm約60%～90%，≤20 μm約75%～95%。

(4)臥螺離心機設(shè)備主要參數(shù)見表1。

表1 臥螺離心機設(shè)備主要參數(shù)

4 臥螺離心機運行中存在的問題及對策

為了更好、更快、更高效地處理黑水，需要加入絮凝劑，而絮凝劑的加入會造成灰漿的黏性增大，給五環(huán)爐水處理裝置帶來了很大的難題，易造成設(shè)備運行不穩(wěn)定、經(jīng)常聯(lián)鎖跳機，致水處理單元無法滿足處理五環(huán)爐裝置所排放黑水的要求，導(dǎo)致現(xiàn)場灰漿槽溢流。隨著環(huán)境污染治理的要求越來越嚴(yán)格，保證臥螺離心機的穩(wěn)定運行是目前面臨的新課題。

臥螺離心機故障后無法啟動，需要進(jìn)行整機維修，維護(hù)成本較高、維修費用高、維修周期長、檢修量大，已給黑水處理系統(tǒng)的生產(chǎn)造成了隱患，返廠檢修維修費用每年約100萬元，大大增加了設(shè)備維修成本，給龍宇煤化工造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。

2)若突發(fā)事件不改變市場價格，僅導(dǎo)致市場需求改變，市場需求增大時(NG(q)>Q*)，需求為X～N(12000，3002 )正態(tài)分布；市場需求縮小時(NG(q)

4.1 臥螺離心機內(nèi)部磨損問題

由于進(jìn)入臥螺離心機的灰漿含有飛灰顆粒且濃度較高，而為了達(dá)到較好的分離效果，使產(chǎn)出的濾餅含水率符合要求，減少現(xiàn)場因濾餅含水量太高造成的環(huán)境污染問題，臥螺離心機轉(zhuǎn)速在運行時達(dá)到了2 000 r/min，轉(zhuǎn)鼓和螺旋在濃度較高的灰漿中高速旋轉(zhuǎn)，使臥螺離心機的磨損問題進(jìn)一步加重，縮短了臥螺機的正常使用周期。通過拆檢臥螺離心機發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常出現(xiàn)磨損的位置有螺旋葉片邊緣、轉(zhuǎn)鼓出料口、螺旋出漿口等，磨損情況見圖3、圖4。

圖3 螺旋葉片大部分磨損嚴(yán)重

圖4 螺旋出料口磨穿

為解決上述磨損問題，對易磨損的部位進(jìn)行了改造，主要通過以下途徑來解決。

4.1.1臥螺離心機螺旋葉片及出泥口磨損處理

由于原螺旋葉片材質(zhì)不耐磨，當(dāng)臥螺機內(nèi)部固含量增加時，葉片在內(nèi)部高速旋轉(zhuǎn)，特別是當(dāng)出現(xiàn)葉片掛泥，造成轉(zhuǎn)股內(nèi)部堵塞時，大量的灰漿顆粒對螺旋葉片進(jìn)行高速沖刷，使葉片逐漸磨穿、長度變短；當(dāng)葉片變短后，使臥螺機內(nèi)部空隙變大，內(nèi)部的積泥更厚，無法及時排出，最終造成聯(lián)鎖跳機。由于內(nèi)部積泥量大且黏度高，通過一般的臥螺機沖洗程序無法完全沖掉，只能把整個臥螺機解體(見圖5)，抽出螺旋葉片進(jìn)行人工清理，工作強度較大、整個檢修周期較長，造成備機無法及時備用，給五環(huán)爐黑水處理系統(tǒng)造成較大的運行隱患。

圖5 臥螺離心機解體，人工進(jìn)行清泥

改進(jìn)措施如下：在螺旋出料口鑲可更換的碳化鎢硬質(zhì)合金襯套，螺旋葉片鑲可更換的碳化鎢硬質(zhì)合金，提高其耐磨性，且不易脫落，延長了使用壽命、減少設(shè)備維修費用。所有耐磨片推泥側(cè)和螺旋葉片設(shè)置在同一個面，以防止葉片出現(xiàn)掛泥堵塞情況。改造后基本解決了螺旋葉片易出現(xiàn)磨損的問題，減少了臥螺機內(nèi)部積泥的情況，提高了設(shè)備運行穩(wěn)定性，延長了臥螺離心機運行周期，降低了檢修勞動強度。

4.1.2臥螺離心機轉(zhuǎn)鼓出料口磨損處理方法

原臥螺離心機出泥口為普通材質(zhì)，沒有耐磨防護(hù)，由于螺旋把較干的物料推出，物料在轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)離心力的作用下被高速甩出，同時對轉(zhuǎn)鼓出料口造成磨損，速度越高，磨損越大(見圖6)。

圖6 臥螺機出料口磨損情況

改進(jìn)措施如下：將臥螺離心機出泥口鑲嵌陶瓷耐磨材料(見圖7)，減少物料甩出時對其的沖刷，增加了耐磨強度，提高運行周期。通過以上途徑解決了出泥口磨損的問題，增加耐磨襯里后出料口基本未出現(xiàn)磨損的問題，大大延長了臥螺機轉(zhuǎn)鼓的使用周期。

圖7 臥螺機出料口增加耐磨襯里

4.2 臥螺離心機振動大的問題

臥螺離心機在運行時經(jīng)常出現(xiàn)因振動大而聯(lián)鎖跳機的現(xiàn)象，無法長時間穩(wěn)定運行。結(jié)合現(xiàn)場臥螺式離心機維修及操作的經(jīng)驗，總結(jié)出造成臥螺離心機振動大的主要原因。

4.2.1氣化爐使用煤種對臥螺離心機運行的影響

五環(huán)爐可適用的煤種較寬，為了節(jié)約生產(chǎn)成本、廣開煤源，減少煤市場供應(yīng)的制約因素，龍宇煤化工一直采用本地與外地混合配煤的方式，當(dāng)所配煤種出現(xiàn)不均勻或者煤質(zhì)發(fā)生變化、煤種灰分波動時，易造成五環(huán)爐工況發(fā)生變化，使所處理的灰漿黏度也隨之發(fā)生變化，黑水處理系統(tǒng)的所有臥螺離心機都因無法分離導(dǎo)致轉(zhuǎn)鼓內(nèi)嚴(yán)重積泥，使轉(zhuǎn)子受物料影響而不平衡，造成臥螺離心機振動大而聯(lián)鎖跳機。

4.2.2絮凝劑添加量對臥螺離心機運行的影響

通過添加絮凝劑將黑水中的較細(xì)飛灰聚合，成為大顆粒后才能加速沉淀分離，然后將聚合沉淀的灰漿經(jīng)泵送至臥螺離心機進(jìn)行固液分離。當(dāng)黑水中絮凝劑添加過量時，會對臥螺離心機運行造成一定的影響。

第一，由于運行經(jīng)驗不足，當(dāng)煤種灰分發(fā)生變化，澄清槽處絮凝劑添加量未及時調(diào)整；第二，操作人員對澄清槽絮凝效果關(guān)注度不夠，如當(dāng)澄清槽水質(zhì)發(fā)生變化，而未及時根據(jù)現(xiàn)場水質(zhì)調(diào)整絮凝劑添加量時；第三，操作人員責(zé)任心不強，配制絮凝劑時，未按照要求操作，造成藥劑質(zhì)量不高。以上原因可能導(dǎo)致絮凝劑的添加過多，造成灰漿黏性增大，進(jìn)入臥螺離心機后黏附在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，無法正常分離，最終造成內(nèi)部積泥，使臥螺機電流高、振動大。

4.2.3內(nèi)部轉(zhuǎn)動部件變形對臥螺離心機運行的影響

臥螺離心機內(nèi)部轉(zhuǎn)動部件磨損，造成轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏差，就會產(chǎn)生較大的偏心力，這是引起臥螺離心機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時不平衡的根本原因，也是造成離心機振動較大的根本原因。

4.2.4內(nèi)部積料堵塞對臥螺離心機運行的影響

隨著臥螺離心機運行時間的增加，在臥螺機出料口處，由于物料具有一定的黏性，一部分物料在外殼內(nèi)壁黏附而逐漸累積。當(dāng)累積達(dá)到一定程度，使臥螺機內(nèi)部的泥無法順利排出，造成內(nèi)部積料堵塞；另外一種情況是螺旋和轉(zhuǎn)鼓內(nèi)不斷堆積，牢牢吸附在內(nèi)壁，引起流道堵塞。以上兩種情況都會使臥螺機產(chǎn)生不平衡力，增加振動值。

4.2.5軸承磨損對臥螺離心機運行的影響

臥螺離心機軸承以潤滑脂潤滑，當(dāng)操作人員不按照規(guī)定添加潤滑脂或者內(nèi)部積泥嚴(yán)重、設(shè)備負(fù)荷過高時，都會造成軸承磨損，而軸承磨損、軸承間隙過大，也會引起振動位移加大，導(dǎo)致機組的振動值升高。

針對以上原因，為防止臥螺機因振動造成設(shè)備損壞，確保臥螺機能夠穩(wěn)定運行，提出以下解決措施：①定期對臥螺機進(jìn)行內(nèi)部檢查，針對臥螺機內(nèi)部磨損原因分析和修復(fù)，解決臥螺機磨損的問題，有效延長了臥螺機的使用周期，為系統(tǒng)的長周期運行提供保障；②穩(wěn)定煤種、保證配比質(zhì)量，保證藥劑添加按照規(guī)定執(zhí)行，加強藥劑配比、加藥量方面的日常檢查與管理，確保煤種變化小、加藥穩(wěn)，保障臥螺離心機進(jìn)料物性穩(wěn)定；③加強對臥螺離心機日常維護(hù)保養(yǎng)方面的管理，按照“五定”原則對設(shè)備進(jìn)行潤滑管理，為臥螺機穩(wěn)定運行奠定基礎(chǔ)；④加強臥螺離心機備機管理，定期切換，及時清理內(nèi)部及出口的積料，防止臥螺機積料堵塞，減少內(nèi)部轉(zhuǎn)動部件磨損，以保證臥螺機長周期穩(wěn)定運行。

5 結(jié)語

總結(jié)臥螺離心機日常維護(hù)經(jīng)驗，加強對臥螺離心機在磨損、煤種變化、藥劑添加、設(shè)備維護(hù)管理等方面的研究，分析引起臥螺離心機振動大、軸溫高、電流高、濾餅含水率高等問題的原因，并制定相應(yīng)的處理措施，使臥螺離心機系統(tǒng)更加穩(wěn)定和安全可靠，制定提前加脂、定期盤車等維護(hù)計劃，使機組處于最佳工作狀態(tài)，延長臥螺離心機的使用壽命。既解決了影響臥螺離心機在五環(huán)爐黑水處理系統(tǒng)中運行的問題，又保證了臥螺離心機的長周期、穩(wěn)定運行。