卧螺离心机在烧结法粗液分离中的应用研究

0 　前言 　　粗液分离是氧化铝生产过程中的关键工艺,粗液分离效果的好坏,直接影响氧化铝回收率的高低。加快粗液分离速度,是减少溶出过程中的二次反应、提高氧化铝净溶最直接的办法。 　　强化烧结法生产氧化铝过程中,如果能够较好地解决高浓度铝酸钠溶液与赤泥快速分离问题,则可以大幅度降低强化烧结法生产氧化铝的汽耗,大大提高熟料的氧化铝净溶,进一步降低生产成本,提高企业的市场竞争力。 　　 　　为了加快分离速度,减少二次反应,在氧化铝行业曾先后用于分离的设备包括: 沉降槽、过滤沉降槽、板框压滤机、带式和转盘真空过滤机等。现保留使用的设备仅为沉降槽,而其它设备均因存在工人劳动强度大、分离不均匀、洗涤不充分和滤布消耗量大等问题,而限制了这类设备产能的提高,从经济的角度来看,不适应氧化铝生产的不断扩大。在合成高效絮凝剂等添加剂出现后,沉降槽的产能有了较大提高,但我公司在使用强化烧结法生产工艺后,熟料中的A/ S 有了很大提高,赤泥的细度也相应减小,对粗液分离提出了更高的要求。为了适应强化烧结法生产工艺的要求,须寻求一种更为先进的分离设备。 　　1 　设备选型 　　 　　卧螺离心机是现今在水处理行业应用最为有效的设备之一。经过调研和分析,我们选用上海离心机研究所生产的LW530 ×2270N Y型离心机作为分离设备,进行高浓度下的快速分离试验。 　　1.1 　设备结构 　　 　　LW530 ×2270N Y型卧式螺旋卸料离心机由转鼓、螺旋、液压差速器、液压泵站、液固相收集腔、电机传动装置和变频器等构成(见图1) 。 　1.2 　工作原理 　　 　　启动液压电机,使转鼓与螺旋产生差速,通过主机变频器逐步升速到额定转速,在液压差速器的作用下,使螺旋产生一个超前转鼓的稳定差转速,以实现螺旋的卸料功能。 　　 　　机器转速稳定后,悬浮液由进料管进入离心机,在强大的离心力场作用下,比重大的固体粒子被甩在沉降壁面上,并很快沉积在转鼓的内壁上,在螺旋的推动下,沉渣不断被推向转鼓的小端,从出渣口排出。清液经分离叶片进一步澄清后,由转鼓溢流孔排出。在整个分离过程中,悬浮液不断地输入,澄清的液相不断排出,从而实现了连续自动分离。 　　1.3 　设备性能参数 　　 　　卧式螺旋卸料离心机适用于分离固相含量<10 %( W) 、液固体积浓度< 50 %( W) 、液固重度差> 0.05 g/ cm3 、固相粒子直径> 5μm 的悬浮液。当液固重度差较大时,固相粒子直径> 2μm 的悬浮液也可以分离。 　　 　　粗液的比重一般为1.2～1.25 g/ cm3 ,赤泥的比重为2.79 g/ cm3 ,重度差为1.57 g/ cm3 ,赤泥的粒度分布- 5μm 是19.9 % , - 2μm 是10.79 %。因此在离心分离机的适用范围内,可以进行离心分离。 　　2 　试验过程及结果 　　2.1 　试验目的 　　 　　检验离心分离机应用在烧结法粗液、赤泥快速分离上的可行性,包括离心机连续稳定运行的周期、结疤对设备的影响情况、设备的产能以及设备的可靠性等。 　　2.2 　试验流程 2.3 　试验结果 　　 　　将溶出浆液直接送入离心分离机进行分离,以分析其稳定运行的作业条件和产能大小。从2002年12 月9 日11 :00 开始投料运行,至2003 年1 月30 日11 :30 ,共运行591 h ,期间共停车15 次,经过两次大修。 　　2.3.1 　结疤情况 　　 　　试验机内的转鼓分三段,清液区、进料区和排渣区。其中清液区的结疤形状为:转鼓内结疤8～10mm ,螺旋结疤3～5 mm ,呈深蓝色;进料区:转鼓内结疤8～10 mm ,螺旋结疤3～5 mm ,呈褐色。 　　 　　进管亦存在一定程度的结疤,但在试验中,并未发现离心机的振动加剧。因此可以认为:采用卧螺离心机进行粗液分离,结疤对设备运转的影响可以忽略。 　　2.3.2 　可维修性 　　 　　在试验中,曾由于操作不当造成离心机堵塞,进行过两次解体大修,对其中的积料和结疤进行了彻底清理。再次安装后,设备运行平稳,未出现因检修而致设备停运的情况。 　　 　　因此,可以认为,检修工作只要按照设计和检修规程执行,该设备仍具有一定的可维修性。 　　2.3.3 　工艺指标 　　 　　试验机的设计产能为30 m3/ h 。当离心机的进料量稳定在13.5～17 m3/ h 、平均为14 m3/ h 时,溢流浮游物平均为0.66 g/ l ,底流水份平均为39 %。离心机试验底流赤泥氧化铝溶出率平均为94.44 % ,与同期沉降槽底流氧化铝溶出率93.47 %相比,提高0.97 %;当离心机的进料量稳定在25～35 m3/ h 平均为30 m3/ h 时, 溢流浮游物平均为1.44 g/ l ,底流水份平均为40 %。离心机试验底流赤泥氧化铝溶出率平均为95.37 % ,与同期沉降槽底流氧化铝溶出率93.04 %相比,提高2.33 %。 2.3.4 　絮凝剂对工艺指标的影响 　　 　　为提高产能加入适量的絮凝剂后,离心机的进料量可由35 m3/ h 提高至45 m3/ h ,平均为39.6 m3/h 。絮凝剂的加入量最低为160～200 ml ,为干赤泥量的0.05 ‰; 最高为350～500 ml ,为干赤泥量的0.18 ‰。溢流浮游物平均为1.92 g/ l ,底流水份平均为37.12 %。底流赤泥氧化铝溶出率平均为95.81 % ,与同期沉降槽底流氧化铝溶出率92.20 %相比提高了3.61 %。 　　3 　试验机存在的问题 　　 　　从试验过程来看,工艺指标达到了预期的目标,离心分离后,粗液浮游物平均为1.61 g/ l ,氧化铝溶出率平均为95.29 % ,与同期沉降槽底流赤泥相比,氧化铝溶出率提高2.33 %;但设备本身仍然存在诸多问题。 　　3.1 　轴向密封效果差,轴承损坏 　　 　　试验中因轴承损坏,曾造成两次停机检修。现有的设备结构并未考虑轴向密封问题,只是在壳体的两端采用了毛毡密封,这对易结硬的物料基本上不起作用;同时,这种结构也不利于对物料的密封。 　　3.2 　出渣口易堵塞,不利于出料 　　 　　由于氧化铝赤泥的粘度大,易结硬,因此,排出的渣应迅速脱离设备。试验中,经常因出渣排出不及造成堵塞。 　　3.3 　保护罩上未设置出气筒,护罩内的废气难以排出 　　 　　流程中的物料温度在80 ℃左右,其产生的废气无法排出,依靠密封亦难以完全封死,造成传动系统污染,易出故障。 　　3.4 　进料口易磨损 　　 　　由于进料部位的结构为垂直出料,造成物料反射,使进料口磨损严重,因此会降低设备的使用寿命。 　　3.5 　未设溢流装置 　　 　　试验中进料量波动,进入分离机的物料有时大于设定的产能,形成进料口倒料。试验机对物料波动特别是进料量大于设计产能时的情况,没有应对措施,造成环境污染。 　　3.6 　部件拆卸不便 　　 　　转鼓的连接发兰因位置小,不易拆检;差速器与螺旋轴的连接销轴亦不易拆除,拆检困难。 　　4 　改进措施 　　 　　尽管卧螺离心机能够获得较好的工艺指标,但其自身结构存在问题,需进行相应的改进。从试验过程可以看出,排渣口堵塞是造成设备停机最多、且最不易处理的故障。 　　为了能在生产中使用该设备,从烧结法物料的特性出发,结合该设备本身的结构特点,提出了以下改进措施。 　　4.1 　改进密封结构 　　 　　在两端的出料位置各设置一个挡料环,以加强轴向密封效果(见图3) 。 4.2 　设计专门的挡料圈 　　 　　在出渣口处设计专门的挡料圈,并在保护罩上设计洗液冲洗口,使泥渣能够及时排出,避免泥渣堵塞。 　　4.3 　改造保护罩 　　 　　将保护罩的下半部分改为斜斗形,并加冲洗管,以便及时冲洗里面的积泥;同时加上拔气筒,以排出保护罩内的热气;将保护罩上的加强筋板设置在外壁(原设计在内壁) ;清液出口加集料装置,结构类似出渣口,以减少物料外溢。 　　4.4 　进料出口加防磨层 　　 　　在螺旋中心的进料出口加防磨层,即在出口位置镶嵌耐磨材料或对出口形状再做改进,以延长使用寿命。 　　4.5 　设置溢流装置 　　 　　为了应对由于进料量的波动、造成进入分离机的物料有时大于其设定的产能、出现进料口倒料的情况,设置溢流装置,在保证机器产能的前提下,可以自动分流。 　　4.6 　加大连接发兰尺寸 　　 　　转鼓的分体连接发兰适当加大,考虑螺栓连接或其他有利于拆卸的连接方式,至少在半径上增加30 mm ,可预留扳手转动空间,保证检修拆卸方便、可靠。 　　5 　试验结论 　　①采用卧式螺旋离心分离机进行铝酸钠溶液与赤泥的快速分离,基本上可以达到快速分离的目的。 　　②离心分离后粗液浮游物平均为1.61 g/ l ,氧化铝溶出率平均为95.29 % ,与同期沉降槽底流赤泥相比,氧化铝溶出率提高2.33 %。 　　③在离心分离机相同的转速下,添加絮凝剂可以提高离心机的产能。该离心分离机的额定产能为30 m3/ h ,添加絮凝剂时可以达到39.6 m3/ h ,并且粗液浮游物平均为1.92 g/ l , 氧化铝溶出率平均为95.81 % ,与同期沉降槽底流赤泥相比,氧化铝溶出率提高3.61 %。 　　④离心分离机在额定流量和较低转速下运行比较稳定,但是,转速低导致浮游物升高。 　　⑤烧结法赤泥容易结硬,在如何解决排渣口结硬导致设备停机问题上,还需对排渣口做进一步的改进。 信息来源：中国工业设备网