脫水離心機節(jié)能裝置的研究與改造
技術(shù)支持
1 前言
目前，青島市區(qū)各污水處理廠所用的濃縮機和脫水機廣泛采用臥螺式離心機，該類機器的功率在50～90kW，且一般均為24h連續(xù)運行，電耗較高。各廠離心機都已采用雙電動機，變頻控制，因此在電氣控制節(jié)能方面已無較大的潛力可挖掘。如何以較少的能源消耗取得較大的環(huán)境效益，降低污水的處理費用，是發(fā)展低碳經(jīng)濟、建設(shè)資源節(jié)約型社會的熱點問題，更是實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展的必然要求。
因此，通過離心機自身設(shè)備結(jié)構(gòu)改進，開發(fā)節(jié)能裝置，成為節(jié)能降耗的新思路。離心機堰板的結(jié)構(gòu)改造成功后，將新型裝置在青島水務(wù)環(huán)境有限公司屬各污水處理項目進行推廣，達到節(jié)能降耗、降低運行成本的目的。
2 原理分析及存在問題
2.1 原理分析
臥螺離心機主要由高轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)鼓，與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)向相同且轉(zhuǎn)速略低的帶空心轉(zhuǎn)軸的螺旋輸送器和差速器等部件組成。離心機將泵入待處理物通過中心進料管送入轉(zhuǎn)筒后，在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，立即被甩入轉(zhuǎn)鼓腔內(nèi)。由于液相的密度和固相的密度不同，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動工作時，固相在離心力的作用下附在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，液相在離心力的作用下附在固相和遠離轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁的一側(cè)。液相和固相在高速運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓空腔中產(chǎn)生分層點。
由于螺旋和轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速不同，二者存在有相對運動（即轉(zhuǎn)速差），利用螺旋和轉(zhuǎn)鼓的相對運動把固環(huán)層的污泥緩慢地推動到轉(zhuǎn)鼓的錐端，并經(jīng)過干燥區(qū)后，由轉(zhuǎn)鼓圓周分布的出口連續(xù)排出。
為了釋放轉(zhuǎn)鼓空腔中的液相，在轉(zhuǎn)鼓液相端蓋上通常設(shè)置有多個堰板，堰板的用途是將轉(zhuǎn)鼓空腔中的固相阻擋在轉(zhuǎn)鼓空腔內(nèi)部，堰板將轉(zhuǎn)鼓空腔中的液相釋放至轉(zhuǎn)鼓空腔外部。通過調(diào)節(jié)堰板能夠預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)鼓空腔中液相的高度，也稱作液位高度。
2.2 存在問題
（1）當離心機在高速運轉(zhuǎn)的過程中，轉(zhuǎn)鼓空腔內(nèi)部的液相在離心力的作用下高速通過堰板，攜帶很多水力動能與筒壁發(fā)生碰撞，液相在液相出料口流出時對轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生阻力，阻力的產(chǎn)生造成轉(zhuǎn)鼓動力損耗。
（2）轉(zhuǎn)鼓空腔內(nèi)部的液相在離心力的作用下從液相出料端四散而出，在液相出料口流出的液相灑在堰板以及液相端蓋上，造成用于固定堰板的螺栓被液相腐蝕，螺栓的被腐蝕及松動，導致堰板存在脫落等安全隱患。
3 改造方案及改造措施
3.1 改造方案
在不改變堰板溢流功能的情況下，改變堰板的形狀結(jié)構(gòu)，在液相端蓋上設(shè)置特殊結(jié)構(gòu)的導流管型堰板。導流管的橫切面的形狀為半圓弧形，將轉(zhuǎn)鼓空腔內(nèi)部的液相導流至堰板的一側(cè)，使得轉(zhuǎn)鼓空腔內(nèi)部的液相沿著與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動方向相反的方向排出，在導流管流出時對轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生助推，減小液相在出料口流出時對轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生阻力，降低轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動力損耗，節(jié)約能源。
此外，堰板上特殊結(jié)構(gòu)的導流裝置對轉(zhuǎn)鼓空腔內(nèi)部液相的流出方向進行導流，使得轉(zhuǎn)鼓空腔內(nèi)部的液相沿著指定方向流出，防止轉(zhuǎn)鼓空腔內(nèi)部的液相在離心力的作用下從液相出料端四散而出，防止在液相出料口流出的液相灑在堰板、用于固定堰板的螺栓以及液相端蓋上，防止了螺栓被液相腐蝕，提高了堰板的安全性能。
3.2 改造措施
技術(shù)人員以福樂偉C5E離心濃縮機為研究對象，經(jīng)過測量設(shè)計構(gòu)圖，確定出全新結(jié)構(gòu)的堰板，在海泊河污水處理廠4#福樂偉C5E離心濃縮機上進行安裝試驗，使得轉(zhuǎn)鼓空腔內(nèi)部的液相在堰板流出時對轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生助推力，降低轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動力損耗，從而達到節(jié)能的目的。
轉(zhuǎn)鼓的中心設(shè)有貫穿液相端蓋的轉(zhuǎn)軸，堰板環(huán)繞設(shè)置在轉(zhuǎn)軸周圍。新型堰板的一端設(shè)置在液相端蓋上，堰板的另一端靠近轉(zhuǎn)軸位置處設(shè)置有導流管，導流管的橫切面的形狀為半圓弧形，使轉(zhuǎn)鼓空腔內(nèi)部的液相沿著與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動方向相反的方向排出。
4 運行數(shù)據(jù)分析
未安裝節(jié)能器前，4#福樂偉離心濃縮機運行穩(wěn)定，研究人員采集了2月1日～4月30日的運行數(shù)據(jù)；5月3日在海泊河污水處理廠4#福樂偉離心濃縮機成功進行了安裝試驗，在穩(wěn)定運行1個月后，抽取6月1日～8月31日的運行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)匯總?cè)缦拢?/span>
脫水機改造前后情況對比 | |||||
改造前 | 改造后 | ||||
日期 | 污泥處理量（m3） | 電能消耗（kW·h） | 日期 | 污泥處理量（m3） | 電能消耗（kW·h） |
2.1～2.29 | 26284 | 9088 | 6.1～6.30 | 26731 | 7376 |
3.1～3.31 | 25071 | 9232 | 7.1～7.31 | 33367 | 9104 |
4.1～4.30 | 16593 | 6560 | 8.1～8.31 | 32536 | 9584 |
脫水機改造前后能耗對比 | |||
累計污泥處理量（m3） | 累計電能消耗（kW·h） | 單耗（kW·h/m3） | |
改造前 | 67948 | 24880 | 0.3662 |
改造后 | 92634 | 26064 | 0.2814 |
從上述表格的數(shù)據(jù)中可以看出：改造前4#福樂偉離心濃縮機處理污泥平均單耗為0.3662kW·h/t污泥，改造后平均單耗為0.2814kW·h/t污泥，同比降低電能23.16%，節(jié)能效果明顯。
5 結(jié)論
從上述能耗分析可得知，通過更換全新節(jié)能堰板后，不僅能保證污泥處理效果，還能降低離心機轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動力的損耗，達到節(jié)能降耗的效果。以常見的5系列的離心機為例，裝機功率通常為：（55+15）kW，按節(jié)能20%計，運行時間：20h/天，一年運行：300天，平均電價電費：0.7元/kW·h。一年節(jié)約電費：（55+15）×20%×20×300×0.7=58800元。一臺離心機一年節(jié)約電費超5.8萬元，節(jié)電效果比較理想。該裝置還能防止螺栓被液相腐蝕，消除了堰板脫落的安全隱患，減少了設(shè)備維護量，降低了維護成本。
4#福樂偉離心濃縮機試驗成功后，技術(shù)人員又將新型節(jié)能堰板安裝在3#濃縮機上進行試驗，經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，取得了22.6%的節(jié)電效果。新型堰板裝置的研發(fā)為離心脫水機節(jié)能改造提供了成功經(jīng)驗，對降低污水處理的運行成本具有重大意義，具有很好的推廣價值。
