有关蒽德炉灰水处理方案的研究与确 9页

有关蒽德炉灰水处理方案的研究与确定李忠海摘要：恩德造气炉除尘灰水原有的处理方式存在诸多弊端，污染严重，占地大，循环水滤清及湿灰脱水效果差，影响系统的正常运行。经多方考察和论证，并进行了大量实验，最终确定先高效浓缩机浓缩再快开压滤机压滤脱水的技术方案，解决了污染问题及系统运行存在的众多难题。关键词：自然沉降，浓缩，改进高效浓缩机，压滤脱水，快开压滤机一、目的和宗旨蒽德造气炉装置排放的除尘灰水流量很大，每小时2000m3，浓度只有3-5克/升，必须经过处理才能将粉煤灰从灰水中分离出来，才能使灰水净化而返回系统循环使用。然而现有的灰水处理方式存在诸多弊端。灰水缓慢流经平流沉降池，使灰颗粒通过自然沉降逐渐沉积池底，积到一定厚度再挖出，堆存沥水。这样对湿排粉煤灰来讲，脱水时间长，脱水效果差，湿灰含水率高且不均衡，波动较大，以其为原料进入下一道工序，操作难度很大；同时占用大量堆存场地，表层干后飞扬污染严重；尤其是在冬季，刚抓出的膏状粉灰还未及沥水，即被冻结，不到开春解冻就很难移动，赖住沉降池周围大片场地，最终导致正常的生产难以维系，因此，要从根本上解决上述难题，必须寻求更合适的处理方法，筹建新的脱水装置。二、技术要求灰水处理过程，是要达到两个目的：①\n粉煤灰脱水，达到贮运及使用要求。若要能直接装车外运不至流淌，灰中含水必须控制在45%以下；而要能和其他物料掺混均化，进一步利用，水分应该是越小越好，就用于水泥生料或制砖原料的技术要求来讲，必须<35%，甚至更低。所以此次改造，粉灰脱水的工艺要求是含水率控制在35%以下。②使灰水澄清，降低水中悬浮物含量，从而满足其返回系统循环使用的要求，当循环水含尘量大于200ppm，洗涤塔等设备内部就易挂壁，糊填料，导致系统阻力增大，同时煤气加压机转子挂料，振值过大，很难维持长周期稳定运行，因此该灰水处理系统要求澄清水含尘量<200ppm。三、工艺方案的确定一般机械化连续脱水都要经过两道工序，先浓缩再脱水。因为无论任何脱水设备，都很难将浓度这么低，流量这么大的灰水直接进行固液分离，并达到脱水要求。一般脱水设备对入料浓度都有要求，因为只有保证足够的入料浓度，才能保证工作效率和脱水效果。所以在脱水之前，必须要进行浓缩，就是将浓度很低的灰水进行增浓，变成有相当浓度且能在管道中流动的浓悬浮液。㈠浓缩工艺的选择灰水浓缩有两种工艺可供选择，一是水力旋流器，二是耙式浓缩机。1、水力旋流器\n水力旋流器是利用离心力使灰水进行初步分离，它的结构同旋风分离器相仿，上部是直段圆筒，下部是圆锥。灰水以很高的流速从上部沿切线方向射入，在离心力作用下，灰颗粒在灰水中产生相对运动，向外沿沉降，并沿锥壁向下，并从底部流出成为浓悬浮液；大部分水及部分尚未沉降出来的过小的颗粒基本还留在溢流水中。一般情况，溢流水中固体含量在2.2%-3.1%之间，比我厂原始灰水的浓度还高。所以这种方式只适合浓度略高颗粒偏大一点的悬浮液，而对我厂蒽德炉灰水则根本起不到浓缩的作用。2、耙式浓缩机耙式浓缩机是利用悬浮颗粒在介质中自然沉降的原理使灰水初步分离的，这种浓缩装置的主体是一个有一定弧度的圆锥形池（锅形），底部有一个缓慢转动的耙子。原料灰水由池面中心加入，悬浮颗粒靠重力自然沉降，附于池壁，由耙子不断收集到池底，浓度不断加大，最后由管道自流引出或用泵抽走进入下一道工序。池表的水由于灰颗粒的沉降而不断澄清，并通过溢流偃不断溢流出去。这样对底流灰水是一个连续浓缩的过程，对溢流水则是一个不断澄清的过程。从这个角度讲，该种方式应该更适合我厂即控制底流浓度又要控制水中悬浮物含量的要求。为增大沉降及捕集面积，在池内设置层流斜板，从而大幅度提高沉降效率，提高处理能力，同时对微细颗粒起到絮凝作用，这就称之为高效浓缩机。各电厂煤粉炉湿排灰水浓缩大多选择高效浓缩机，而且运行良好。所以相比之下，灰水浓缩我们还是选择高效浓缩机更为妥当。㈡脱水工艺的选择按理说粉灰脱水可以有很多种方法，包括离心过滤、离心沉降、真空过滤、加压过滤脱水等，但由于蒽德炉粉灰中超细颗粒含量过多，<0.045mm的物料占48%，比表面积大，水分在其表面吸附的能力比较强，因此一般的机械方法都很难达理想的脱水效果。1、离心过滤脱水，是利用滚筒旋转产生的离心力促使粉状物料过滤脱水，其适合的粒度范围是0.5mm-13mm\n，并不适应过细的物料。倘若物料粒度过细，就会导致筛面阻力加大，脱水效果急剧变差，并且物料流失严重。2、离心沉降脱水，是利用离心力使灰水中的固体浓缩并沉降在筒壁上，并进一步利用螺旋挤压脱水。这种脱水方式适用范围要好一些，一般专供粒度<0.5mm以下的物料脱水，但入料粒度组成、对脱水效果还是有很大影响，超细颗粒含量过多也不行。比如当粒度小于0.044mm的物料达到20%时，就会有10%的物料随离心液跑掉；当粒度小于0.044mm的物料达40%时，固体回收率就只有60%，有40%的物料随离心液跑掉。而蒽德炉湿排灰中粒度<0.044mm的物料占50%左右，所以根本不适合用这种方式脱水。3、真空过滤脱水，是通过抽真空而与外界气压形成压差为推动力进行过滤的一种脱水方式。由于推动力较小，不足0.1MPa，物料含水率很高。又由于物料细，透水性不好，阻力大，就更保证不了脱水效果，同时滤液浓度也会很高。浩良河尿素厂造气炉湿排灰，与我厂物料相近，用这种方式脱水后物料含水达66%，更满足不了要求。4、加压过滤机，是在圆盘真空过滤机的基础上改进而来，只是推动力由原来的负压抽吸改为压缩空气正压吹滤，一般工作压力可以达到0.4Mpa左右，因而脱水效果要好很多。但相对于我厂物料来讲，推动力还是偏小，而且工艺复杂，不耐用，维修量大，很难持续长周期运行，所以也不足取。5、压滤脱水，这种脱水方式是借助泵或压缩空气，将矿浆在压力差的作用下，通过过滤介质（滤布）而实现固液分离的。压滤机使用的滤布大都较细，且较细物料在压滤过程中自然行形成更致密的过滤层，因此超细物料不存在流失。滤液中的固体含量很低，一般在0.01-0.1g\n/l之间，基本是清水，不经处理就可以返回使用。压滤机靠正压工作，只要机器允许，其压力可达到1MPa，甚至更高。在压滤之后还可以二次隔膜压榨，及压缩空气吹扫，脱水效果非常理想。一般的较细物料脱水后滤饼含水在20%-26%之间，所以压滤机是处理细、粘物料最有效的设备。我厂湿排灰经在七台河天隆洗煤厂实验表明，在6kg/cm2压力的情况下，只是压滤脱水，水分就降到40%以下，若再经二次压榨及吹扫，达到30%是没有问题的。因此，经过反复比较，我们选择压滤机为脱水设备。那么我厂灰水处理的工艺方案确定为先高效浓缩，再压滤机压滤脱水。四、设备方案的确定（一）、改进型高效浓缩机蒽德炉灰水浓缩除了选择高效浓缩机也没有更好的办法，高效浓缩机也确实可以达到底流浓缩和溢流水澄清的目的。但考虑到利用这种方法处理蒽德灰水在国内我们是第一家，没有成功的经验。而且与其它物料（包括电厂灰水）有很大区别，很难简单类比。因而浓缩机的设计与选型必须充分考虑到蒽德炉灰水的特殊性，即浓度低，只有3-5g/l；流量大，2000m3/h；物料颗粒超细，筛余法粒度分析的结果为：0.08mm筛余8%，0.045mm筛余52%；沉降速度慢，量筒法测定为0.128mm/s，只有煤粉炉灰水沉降速度的1/4。况且我们的技术要求很高，即要求底流灰水达到浓度，又要控制溢流水的悬浮物含量，同时还要考虑尽量避免使用絮凝剂，控制运行成本。因此究竟如何选型，选几台，如何配置成为最大难题。\n为此，我们先后联系了有关科研院所及十余家浓缩机生产厂，针对该种灰水的特殊性及技术要求进行深入的咨询和探讨。这些厂家的业务范围分别适用于两个不同的领域，有的侧重选煤厂洗精煤及尾煤灰水的处理，有的侧重电厂锅炉湿排灰水的处理。经过再三推敲和斟酌，我们选择电力口浓缩机制造企业进行重点接触。因为相比较而言，电厂灰水与我厂的蒽德炉灰水在性质上还是更接近一些。①浓度相近，都是千分之几g/l；②物料粒度分布较为接近，都是微米级，大多数物料都在120um以内；③理化性质相近，都是煤经过燃烧的产物，严格意义来讲都是粉煤灰，因而可供借鉴的地方更多一些。针对我厂灰水的实际情况和技术要求，各厂家包括一些较大的浓缩机生产厂及科研院所都表示物料的颗粒这样细，沉降速度这样慢，没做过，不太容易实现，没有把握。建议寻求更专业的科研单位，对物料的特性进行进行系统的分析，并进行实验和研究，才可以拿出真正可行的方案。经多方考察和论证，在众多厂家当中，我们选择与郑州华电电站装备工程公司合作，该公司是一家从事电站辅机研究设计并生产供货的科技型企业，隶属中国华电集团，前身是电力部郑州机械设计研究所，是我国电力行业机械设计研究的龙头单位之一，技术实力雄厚，聚集了一大批非标设计和相关技术研究的专家，也是唯一一家真正拿出方案的厂家。郑州华电对该项目非常重视，作一个新课题来进行研究，组织专题会，成立专门的项目组，认真研究实验及设计方案。积极索取灰样，由专门的技术人员进行系统的实验研究。①首先对灰样的物理性质进行分析，测定比重、容重及粒度分布；②配制不同浓度灰浆，研究其沉降特性，确定为离析沉降而非等速沉降，确定沉降速度为0.21mm/s；③对比煤粉炉灰水实验，研究特性差异，寻求设计依据；④根据技术要求模拟样机实验，取得基础经验数据；⑤\n联合郑州大学进行进一步模拟实验，验证有关数据的可行性；⑥同一家污水研究中心探讨沉降面积的选取及计算方法。最终经过大量研究和反复推算并实验验证，确定沉降面积为4500m2，选择3台ф20m的高效浓缩机，并对其内部结构进行改进。①加密层流斜板，增大沉降及捕集面积；②加长浓缩机直段高度，延长灰水停留时间；③底层环流入料，减少扰动，并延长沉降过程；④底部设置集泥斗，提高底流灰水浓度。（二）、快开压滤机压滤机脱水可以达到一个比较理想的效果，尤其是隔膜压滤机，可以将水分控制在30%以内。但通过我们对各压滤机生产厂家及用户的咨询和了解，及我们自己实验的经验，各种型号压滤机不论手动或所谓的全自动，效率都不是很高，对于超细物料来讲一个周期要60分钟，甚至更长。按我们现场的灰量，即使500m3的压滤机也要3台才可以，这样投资大，占地大，附属设备多，工艺复杂，操作人员多，运行成本也高，并不很理想。相比之下，河南省汤阴机械制造有限公司新近开发并与去年才投放市场的专利产品KMG系列快开压滤机却给我们带来转机，该机型多端入料，明暗流同时排液，入料快，过滤速度快；最主要的是全自动分组拉板卸料，大大缩短卸料时间；一次性快速合拢，效率高，周期短，一般情况下10分钟就完成一个循环。这样我们只选择一台250m2的快开压滤机就可以满足生产要求。小时产量达24.3吨（折干），相对我厂10t/h（折干）的灰量，还有足够的检修维护时间，不需备用。因而简化了工艺，减少了占地，也减少投资及运行成本。因此压滤脱水选择一台汤阴机械制造公司生产的KMG250/1600快开压滤机。五、工艺流程设计\n1、流程叙述恩德炉排出的原始灰水，由灰水泵打入高效浓缩机内，利用自然沉降和层流沉降的原理使灰颗粒向下沉积逐渐增浓，最终在浓缩机底部形成浓度为300g/l以上的浓浆，由管道引出，进入浓浆中间池；澄清水则由浓缩机上部溢流出去，再进入溢流水澄清池进一步处理，使含尘量控制在200ppm以下，再返回恩德炉系统循环使用。而浓灰浆则由压滤机专用泵打入快开压滤机，先依靠泵压压滤脱水，再利用压缩空气高压吹扫，最后隔膜压榨，形成含水小于35%的压实灰饼，经卸料斗落入自卸汽车，直接运输出厂。2、工艺流程示意图灰水泵原始灰水高效浓缩机溢流水干流沉降池快开压滤机压缩空气浓浆中间池压滤泵螺杆空压机灰饼卸料灰斗自卸汽车\n六、方案特点及预期效果该脱水装置连续作业，自动化程度高；湿灰从灰水中直接提取出来，过程短效率高；工艺简单，投资少，占地小，运行成本低；灰饼可直接运走，不扬尘不流淌，没有污染；脱水效果好，灰饼含水稳定，物料均衡，便于以其为原料进行制砖和水泥生产。因而该方案有效解决了污染问题及系统运行存在的诸多难题。