劉振峰，李 磊

（河南龍宇煤化工有限公司，河南永城 476600）

實(shí)驗(yàn)研究

臥螺離心機(jī)在煤氣化水處理中的試驗(yàn)研究

劉振峰，李 磊

（河南龍宇煤化工有限公司，河南永城 476600）

本文介紹了煤氣化副產(chǎn)物灰漿水溶液的粒徑特點(diǎn)，并對(duì)臥螺離心機(jī)［1］和水平帶式真空過(guò)濾機(jī)［2］處理灰漿水溶液效果進(jìn)行了比較。通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式，詳細(xì)說(shuō)明了臥螺離心機(jī)在煤氣化水處理中的參數(shù)設(shè)定、使用方法及使用效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：其具有處理量大、自動(dòng)化操作、脫水效果好、適用范圍廣等特點(diǎn)，從而開創(chuàng)了臥螺離心機(jī)在煤化工領(lǐng)域使用的先例。

臥螺離心機(jī)；煤氣化；灰漿水溶液；固液分離

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.04.002

河南龍宇煤化工有限公司二期項(xiàng)目采用兩臺(tái)WHG氣化爐，該氣化爐采用干煤粉進(jìn)料、蒸汽/激冷水、濕法除灰的處理工藝。干煤粉與氧氣和蒸汽通過(guò)煤燒嘴進(jìn)入氣化爐的反應(yīng)空間，在約4.0MPa（a）的壓力下和1 400～1 650℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，在高溫條件下產(chǎn)生的合成氣，在激冷室內(nèi)通過(guò)水/汽噴嘴噴入的霧狀水將合成氣激冷至900℃以下，然后攜帶大量飛灰的合成氣經(jīng)過(guò)輸氣管和氣體返回室后進(jìn)入激冷罐，進(jìn)行冷卻并洗滌攜帶的飛灰。激冷罐洗滌下來(lái)的灰水經(jīng)過(guò)減壓閃蒸降溫和除去酸性氣體后進(jìn)入到澄清工序，絮凝沉降后變成含灰量10%～12%的灰漿。由于灰漿中所含灰的粒度較細(xì)且具有一定的黏性，如何有效、穩(wěn)定、連續(xù)地分離灰漿中的飛灰，成了一個(gè)技術(shù)難題。由于WHG氣化爐正處于建設(shè)階段，且和Shell粉煤加壓氣化工藝較接近，產(chǎn)生飛灰的粒度也接近，所以我們選用Shell氣化爐干法除灰技術(shù)產(chǎn)生的飛灰作為實(shí)驗(yàn)原料，配置成灰漿進(jìn)行分離試驗(yàn)。

在Shell粉煤加壓氣化工藝生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的干灰，粒徑范圍見圖1。

圖1　干灰粒徑范圍

經(jīng)過(guò)大量的技術(shù)分析和借鑒相關(guān)行業(yè)處理工藝，我們最終選定水平帶式真空過(guò)濾機(jī)和臥螺離心機(jī)進(jìn)行分離試驗(yàn)比較。水平帶式真空過(guò)濾機(jī)由于其具備水平過(guò)濾面、卸料方便等特點(diǎn)，是近年來(lái)發(fā)展很快的一種真空過(guò)濾設(shè)備。

1　水平帶式真空過(guò)濾機(jī)

1.1工作原理

水平帶式真空過(guò)濾機(jī)是一種自動(dòng)化程度較高的固液分離設(shè)備，主要利用物料重力和真空吸力實(shí)現(xiàn)固液分離，其他干煤粉氣化技術(shù)，一般選用水平帶式真空過(guò)濾機(jī)來(lái)分離渣水系統(tǒng)產(chǎn)生的黑水（見圖2）。

1.2處理過(guò)程

水平帶式真空過(guò)濾機(jī)以濾布為過(guò)濾介質(zhì)，采用整體的環(huán)形橡膠帶為真空室。濾布鋪設(shè)在膠帶上與之同步運(yùn)行，當(dāng)真空室接通真空系統(tǒng)時(shí)，在膠帶上形成真空抽濾區(qū)，濾液穿過(guò)濾布經(jīng)膠帶上的橫溝槽匯總并由小孔進(jìn)入真空室，固體顆粒被截留在濾布上形成濾餅。進(jìn)入真空室的液體經(jīng)氣水分離器排出，隨著膠帶的移動(dòng)，已形成的濾餅依次進(jìn)入濾餅洗滌區(qū)和吸干區(qū)，最后濾布與膠帶分開。濾餅在卸料輥處被刮刀裝置刮離卸除，卸除濾餅的濾布經(jīng)清洗后獲得再生，再經(jīng)過(guò)一組支撐輥和糾偏裝置后重新進(jìn)入過(guò)濾區(qū)，開始新一輪的周期。濾布孔隙范圍可在2.5～150μm之間選擇。

圖2　水平式真空過(guò)濾機(jī)過(guò)濾工藝流程

1.3試驗(yàn)及結(jié)果評(píng)價(jià)

用配制成的含灰量10%～12%的灰漿在真空帶式過(guò)濾機(jī)上做過(guò)濾分離試驗(yàn)，開始效果較好，隨著過(guò)濾的連續(xù)進(jìn)行，過(guò)濾分離效果逐漸變差，過(guò)濾物料含水量增加。該處理方式在灰漿顆粒粒徑較大且水溶性差時(shí)可以起到很好的處理效果，但從圖1中可以看出粒徑在2.0μm以下的顆粒占比很大，這些顆粒極易堵塞濾布孔隙或進(jìn)入到濾液中，導(dǎo)致濾布堵塞造成過(guò)濾效果不好。

2　臥螺離心機(jī)

2.1工作原理

臥螺離心機(jī)是一種臥式螺旋卸料、連續(xù)操作的沉降設(shè)備，其過(guò)濾工藝流程見圖3。本類離心機(jī)工作原理為：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，加速后進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓，在離心力場(chǎng)作用下，較重的固相物沉積在轉(zhuǎn)鼓壁上形成沉渣層。輸料螺旋將沉積的固相物連續(xù)不斷地推至轉(zhuǎn)鼓錐端，經(jīng)排渣口排出機(jī)外。較輕的液相物則形成內(nèi)層液環(huán)，由轉(zhuǎn)鼓大端溢流口連續(xù)溢出轉(zhuǎn)鼓，經(jīng)排液口排出機(jī)外。本機(jī)能在全速運(yùn)轉(zhuǎn)下，連續(xù)進(jìn)料、分離、洗滌和卸料。具有結(jié)構(gòu)緊湊、連續(xù)操作、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、適應(yīng)性與生產(chǎn)能力強(qiáng)、維修方便等特點(diǎn)。

圖3　臥螺離心機(jī)過(guò)濾工藝流程

2.2 試驗(yàn)方法和試驗(yàn)效果

2.2.1試驗(yàn)前的準(zhǔn)備

試驗(yàn)物料為殼牌煤氣化裝置干法處理副產(chǎn)的干灰，共計(jì)50袋，每袋約30 kg左右。粒徑范圍見圖1，試驗(yàn)機(jī)型：LW355×1460-N（主電機(jī)22 kW，輔電機(jī)7.5 kW）；調(diào)試物料：灰漿水溶液（物料含固量約12%，進(jìn)料溫度60～70℃）。

2.2.2試驗(yàn)1：灰漿水溶液不加絮凝劑過(guò)濾

灰漿水溶液不加絮凝劑過(guò)濾結(jié)果見表1，試驗(yàn)1后得到的液相見圖4。

表1　灰漿水溶液不加絮凝劑過(guò)濾結(jié)果

圖4　試驗(yàn)1后得到的液相

試驗(yàn)1結(jié)果表明：①液相目測(cè)渾濁且透明度差（見圖4a），有少量懸浮物，固相出干料目測(cè)含水偏高，進(jìn)料15min；②液相目測(cè)透明度較圖4a無(wú)明顯改善（見圖4b），仍有少量懸浮物，固相出干料目測(cè)含水與進(jìn)料階段①無(wú)較大差別，進(jìn)料需15min；③液相目測(cè)透明度較圖4a更渾濁（見圖4c），懸浮物量有所增加，固相出干料目測(cè)含水較進(jìn)料階段①無(wú)較大差別，進(jìn)料15min；④液相目測(cè)透明度較圖4c更渾濁（見圖4d），懸浮物量有所增加，固相出干料目測(cè)含水較進(jìn)料階段①無(wú)較大差別，進(jìn)料15min。

將上述清液放入試管離心機(jī)中二次分離（轉(zhuǎn)速3 000 r/min，分離時(shí)間1min，分離因數(shù)1 310G），仍有少量沉淀產(chǎn)生（見圖4e）。

2.2.3試驗(yàn)2：灰漿水溶液不加絮凝劑過(guò)濾后數(shù)據(jù)

灰漿水溶液不加絮凝劑過(guò)濾后固相含水檢測(cè)數(shù)據(jù)見表2。

表2　灰漿水溶液不加絮凝劑過(guò)濾后固相含水檢測(cè)數(shù)據(jù)

2.2.3試驗(yàn)3：灰漿水溶液加絮凝劑［3］過(guò)濾

灰漿水溶液加絮凝劑過(guò)濾結(jié)果見表3，試驗(yàn)3后得到的液相見圖5。

表3　灰漿水溶液加絮凝劑過(guò)濾結(jié)果

圖5　試驗(yàn)3后得到的液相

試驗(yàn)3結(jié)果表明：①液相目測(cè)清澈且透明度較好（見圖5a），懸浮物小于0.5%，固相出干料目測(cè)含水比不加絮凝劑效果顯著改善，進(jìn)料15min；②液相目測(cè)清澈且透明度較好（見圖 5b），懸浮物0.5%，固相出干料目測(cè)含水比不加絮凝劑效果顯著改善，進(jìn)料15min；③液相目測(cè)清澈且透明度較好（見圖5c），懸浮物0.5%，固相出干料目測(cè)含水比不加絮凝劑效果顯著改善，進(jìn)料15min；④液相目測(cè)清澈且透明度較好（見圖5d），懸浮物0.5%，固相出干料目測(cè)含水比不加絮凝劑效果顯著改善，進(jìn)料15min。

2.2.4試驗(yàn)4：灰漿水溶液加絮凝劑過(guò)濾后數(shù)據(jù)

灰漿水溶液加絮凝劑過(guò)濾后固相含水檢測(cè)數(shù)據(jù)見表4。

表4　灰漿水溶液加絮凝劑過(guò)濾后固相含水檢測(cè)數(shù)據(jù)

將上述清液放入試管離心機(jī)中二次分離（轉(zhuǎn)速3 000 r/min，分離時(shí)間1min，分離因數(shù)1 310 G），無(wú)沉淀產(chǎn)生。

2.2.5試驗(yàn)5：對(duì)其他物料的處理

試驗(yàn)物料來(lái)自煤化工熱電脫硫石膏灰漿，其固含量高，黏度大，通過(guò)設(shè)定適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速、差速、進(jìn)料量以及絮凝劑添加量，臥螺機(jī)運(yùn)行50 h，共處理灰漿量約1000m3。分離后的濾餅含水量約40%（w），濾液中SS在100mg/L左右，處理結(jié)果滿足灰水循環(huán)利用要求。

2.2.6實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)分析，得出以下結(jié)論。

（1）在使用臥螺離心機(jī)分離灰漿水溶液時(shí)，絮凝劑的使用對(duì)分離效果有重要影響。加入絮凝劑后臥螺離心機(jī)分離灰漿水溶液的效果更加明顯，分離后的液相清澈透明，固相含水量低。

（2）臥螺離心機(jī)在分離固體顆粒較小和具有黏性的廢水方面相比于水平帶式真空過(guò)濾機(jī)具有優(yōu)勢(shì)。臥螺離心機(jī)具有自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)便、處理量大、環(huán)境效果好的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足WHG氣化爐灰漿水溶液分離的要求。

3　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)及分析可以看出，臥螺離心機(jī)在分離固體顆粒較小和具有黏性的廢水方面相比于水平帶式真空過(guò)濾機(jī)能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的長(zhǎng)周期運(yùn)行，針對(duì)粉煤加壓氣化工藝生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)物灰漿水溶液，臥螺離心機(jī)能起到很好的固液分離效果，并且處理能力可以滿足生產(chǎn)需要，在日常維護(hù)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面都有一定優(yōu)勢(shì)。臥螺沉降離心機(jī)具有處理量大、自動(dòng)化操作、脫水效果好、使用范圍廣等特點(diǎn)，開創(chuàng)了臥螺離心機(jī)在煤化工領(lǐng)域使用的先例，拓展了臥螺離心機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)其他煤化工裝置廢水處理具有示范作用，對(duì)工業(yè)和民用污水處理也有較大的借鑒意義。

［1］顏春敏，戴潔.新型臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)［J］.綠洲技術(shù)，1996（2）：20-22.

［2］王錫初，許凌.帶式水平真空過(guò)濾機(jī)脫水試驗(yàn)［J］.有色礦山，2002，31（4）：38-40.

［3］楊正福.臥螺機(jī)污泥脫水中幾種聚丙烯酰胺的篩選研究［J］.工業(yè)水處理，2000，20（9）：25-26，29.

修改稿日期：2016-06-30

Experimental Study on the W ater Treatment of Coal Gasification w ith Horizontal Screw Centrifuge

LIU Zhen-feng，LILei
（Henan Longyu Coal Chemical Co.，Ltd.，Yongcheng Henan 476600 China）

This paper introduces the particle diameter characteristicsof themortarwater solution which is the by-productof coal gasification aswellas compares the treatment effect of themortarwater solution between the horizontal screw centrifuge and the horizontal belt vacuum filter.Through the experiment，a detailed description is given about the parameters setting，usingmethods and effectof the horizontal screw centrifuge in thewater treatmentof gasification.The experimental results show that ithas the characteristics of great processing capacity，good automatic operation and dewatering effects，and wide applicable range，etc.thus，setting a precedent for the use of the horizontal screw centrifuge in the field of coal chemical industry.

horizontal screw centrifuge；coal gasification；mortarwater solution；solid-liquid separation

10.3969/j.issn.1004-8901.2016.04.002

TQ051.8

A

1004-8901（2016）04-0005-03

劉振峰（1981年-），男，河南周口人，2005年畢業(yè)于河南大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，工程師，河南龍宇煤化工有限公司氣化二廠廠長(zhǎng)，現(xiàn)主要從事煤氣化技術(shù)與生產(chǎn)管理工作。