王秀忠 王健(唐山三友化工股份有限公司,河北 唐山 063305)
螺旋式堿渣廢液除砂機(jī)的研發(fā)與應(yīng)用
王秀忠 王健(唐山三友化工股份有限公司,河北 唐山 063305)
堿渣廢液治理是制約氨堿法純堿生產(chǎn)的世界性難題。傳統(tǒng)堿渣廢液處理存在設(shè)備多、投資大、占用空間大、處理效果不佳的缺點(diǎn)。本文借鑒污水處理設(shè)備的理念并加以提高,闡述了一種螺旋式堿渣廢液除砂機(jī)的研發(fā)理念及其構(gòu)造,將其應(yīng)用于純堿廢液系統(tǒng),可成功解決廢液治理的難題,為純堿行業(yè)的發(fā)展開拓了新的空間。
堿渣廢液;煙道氣脫硫劑;螺旋式;固液分離
在氨堿法純堿生產(chǎn)過程中,會(huì)伴隨產(chǎn)生大量的堿渣廢液,堿渣廢液的處理一直是制約純堿企業(yè)生存與發(fā)展的世界性難題。傳統(tǒng)上對(duì)堿渣廢液一般采用堿渣場(chǎng)堆存處理,在占用大量空間的同時(shí)需投入巨大的維護(hù)資金與人員成本,且堿渣廢液泄露風(fēng)險(xiǎn)極高,同行業(yè)因堿渣泄漏引發(fā)的環(huán)保事件已經(jīng)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失及不良社會(huì)影響。鑒于此,我公司利用堿渣廢液中的有效成分替代傳統(tǒng)的脫硫劑,成功開發(fā)出堿渣液體煙道氣脫硫劑,為堿渣廢液的治理提供了新的工藝方向,一定程度上解決了廢液儲(chǔ)存問題[1]。因堿渣廢液中直徑大于0.2mm的固體顆粒不能用于脫硫,需將其從堿渣廢液中全部分離,同時(shí)保證漿料有效成分不流失。分離出的固體經(jīng)洗滌、脫氯,達(dá)到建筑行業(yè)氯離子指標(biāo)后可做為工程建設(shè)原料使用。
目前國內(nèi)傳統(tǒng)的工業(yè)化堿渣廢液固相分離、洗滌、脫氯的方法是澄清桶、洗泥(砂)桶、沉淀池、濃縮池、回轉(zhuǎn)篩等設(shè)備聯(lián)合使用,這些設(shè)備占地面積大,總體投資高、處理能力低、設(shè)備功能單一且故障率高,設(shè)備檢修及維護(hù)費(fèi)用高,為此,探索研發(fā)新型配套堿渣廢液分離處理設(shè)備對(duì)我公司極具現(xiàn)實(shí)意義。
堿渣廢液的主要成分為水、碳酸鈣、碳酸鎂、氯化鈣、氯化鎂、硫酸鈣、硫酸鎂、二氧化硅及少量酸不溶物,其中固體顆粒物為碳酸鈣、二氧化硅、酸不溶物。為有效處理堿渣廢液,公司聯(lián)合大連孚德機(jī)械制造有限公司進(jìn)行了轉(zhuǎn)篩篩分試驗(yàn),但試驗(yàn)結(jié)果顯示,裝置通入介質(zhì)后短時(shí)間內(nèi)即堵死篩網(wǎng)孔,無法實(shí)現(xiàn)固液分離。經(jīng)分析原因,主要是由于堿渣廢液黏性較大,而需要分離的顆粒較小,一般篩分方法無法實(shí)現(xiàn)有效分離[2]。經(jīng)過分析研究和出外考察,借鑒污水處理的撈砂機(jī)原理,確定在沉降分離原理的基礎(chǔ)上采用螺旋輸送形式進(jìn)行固液分離[3]。具體結(jié)構(gòu)如圖1:
1.2.1 出料螺旋
圖1 堿渣廢液撈砂機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
出料螺旋是實(shí)現(xiàn)無效固體顆粒分離的主體部件,安裝于U型導(dǎo)料殼體之中,采用變頻驅(qū)動(dòng)減速機(jī)連接驅(qū)動(dòng)。由于既要分離無效砂粒又要保證有效成分不流失,該部件成一定角度傾斜安裝,下半部分浸入沉降箱體內(nèi)的廢液之中,為了避免軸與軸套的磨損腐蝕,其結(jié)構(gòu)采用帶狀螺旋葉片結(jié)構(gòu),尾部自由狀態(tài),不設(shè)計(jì)定位軸承。上半部分為固體分離物晾曬洗滌部分,高出液面部分必須留有足夠的長(zhǎng)度,以使分離物得到充分的洗滌和干燥,降低其中的氯離子和水分。
1.2.2 沉降箱體
沉降箱體是實(shí)現(xiàn)固液分離的主體,液體進(jìn)入其中后,大顆粒在重力作用下實(shí)現(xiàn)沉降分離,落入出料螺旋殼體之中。為了實(shí)現(xiàn)充分的固液分離,沉降箱體必須有足夠的容積和截面積。而其下部需與出料螺旋實(shí)現(xiàn)密封連接,限定了其結(jié)構(gòu)尺寸,所以將其設(shè)計(jì)為倒棱臺(tái)的結(jié)構(gòu)型式。堿渣廢液介質(zhì)中的固體成分極易產(chǎn)生搭橋沉積,使其出現(xiàn)“死區(qū)”,降低沉降能力,有效成分出液采用周邊環(huán)圍式溢流堰結(jié)構(gòu),以增加流動(dòng)性。棱臺(tái)高度受絞龍長(zhǎng)度及角度限制,同時(shí)還要增大容積,其側(cè)壁角度需要增大,但是由于沉降砂粒的黏性大,流動(dòng)性差,角度過大時(shí)在側(cè)壁板上會(huì)產(chǎn)生沉積,經(jīng)過試驗(yàn),其角度保持在60°以上最佳,同時(shí)側(cè)壁板外部設(shè)計(jì)增加防沉積激振器,采用自動(dòng)控制進(jìn)行定時(shí)震打。
1.2.3 擴(kuò)容彌散
進(jìn)液管直接進(jìn)液時(shí),液體沖擊容易導(dǎo)致分布不均,并影響大顆粒的沉降效果。為解決這一問題,研究設(shè)計(jì)在沉降箱體內(nèi)部進(jìn)料口處增加擴(kuò)容彌散裝置,其結(jié)構(gòu)為錐臺(tái)體,上部安裝調(diào)整機(jī)構(gòu),合理調(diào)整其下部與沉降箱體的間隙,使得進(jìn)液均勻由擴(kuò)容彌散裝置四周流出,達(dá)到引導(dǎo)液體流向的作用,增大沉降面積。
1.2.4 霧化洗滌
分離出來的大顆粒砂粒攜帶大量的氯離子,對(duì)其再利用有致命的影響,必須經(jīng)過洗滌,使其達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)才可以進(jìn)行應(yīng)用。為此,在出料絞龍的上端合理部位設(shè)計(jì)安裝了洗滌裝置,該裝置洗滌效果至關(guān)重要,洗滌水量過大,會(huì)降低有效成分的濃度,過少又不能充分洗滌砂粒中的氯離子。為了達(dá)到預(yù)期目的,研究設(shè)計(jì)了利用霧化噴頭洗滌的裝置。采用一根總管上合理布置噴頭,根據(jù)指標(biāo)要求合理調(diào)整噴頭使用數(shù)量以及噴頭沖洗角度,既保證洗滌效果又可以在霧化狀態(tài)下充分節(jié)省水資源。
2014年,我公司利用閑置設(shè)備改裝制作了小試樣機(jī),安裝于堿渣廢液系統(tǒng)中進(jìn)行試驗(yàn)。出料絞龍長(zhǎng)度8m,直徑360mm,利用變頻減速機(jī)驅(qū)動(dòng);沉降箱體容積15m3,為了保證沉降容積,箱體側(cè)板角度較小,水平角度45°左右。投入運(yùn)行后,相關(guān)操作數(shù)據(jù)和指標(biāo)如表1。
表1 堿渣廢液撈砂機(jī)操作數(shù)據(jù)及指標(biāo)
由于側(cè)壁板角度較小,且未安裝震蕩裝置,在試驗(yàn)過程中有物料沉積現(xiàn)象,但總體試驗(yàn)效果達(dá)到了預(yù)期的目的。
堿渣廢液經(jīng)過除砂機(jī)處理后,固體物大顆粒作為建筑行業(yè)材料得以應(yīng)用,有效成分作為脫硫劑用于煙道氣脫硫,成為環(huán)保新亮點(diǎn)。使得廢液排放、堿渣儲(chǔ)存問題得到圓滿解決,同時(shí)又是新的經(jīng)濟(jì)效益增長(zhǎng)點(diǎn)。而且,該設(shè)備體積小,功能多,處理能力高,在純堿行業(yè)有著極高的推廣應(yīng)用價(jià)值。
[1]王秉鈞,耿縣如,劉忠華等.堿渣綜合利用制備液體脫硫劑技術(shù)研究[J].純堿工業(yè),2015,(6):12-15.
[2]楊豐,張錦國.旋流分離技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用[J].石油化工環(huán)境保護(hù),2006,29(4):18-20.
[3]張慧,孫世鋼.螺旋式固液分離設(shè)備的分類及應(yīng)用[J].大連大學(xué)學(xué)報(bào),2004,25(4):41-45.
王秀忠(1965 - ),男,河北唐山人,學(xué)士,高級(jí)工程師,唐山三友化工股份有限公司純堿分公司研發(fā)部部長(zhǎng),華北理工大學(xué)碩士研究生導(dǎo)師,主要從事化工設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用工作。