前言
隨著人們環保意識的不斷加強和我國環保政策和法規的不斷完善,各行各業污水處理項目和工程急劇增多,各種各樣的固液分離設備也隨之不斷地應用于工程實踐。科學技術的不斷進步,新產品、新技術、新材料不斷涌現,以及工程項目對服務設備的經濟技術、投資成本指標等要求的不斷提高,各個工程項目中所有設備的開機率和連續工作時間也都大幅度的提高,這就給在污泥脫水領域中的臥螺離心機提出了新的更高的要求。
我國自20世紀80年代末開始引進應用、消化吸收國外的技術,同時開發擁有自主技術的同類設備。臥螺離心機作為污泥脫水工藝過程中新興的主導設備,其對具體工藝條件的適應性和本身工作的可靠性是否能夠達到預期的設計指標、滿足工藝要求,受到了實實在在的考核與驗證,就此情況對臥螺離心機的結構進行簡單分析。
1·臥螺離心機的結構及工作原理
臥螺離心機是依靠固液兩相的密度差,在離心力的作用下,加快固相顆粒的沉降速度來實現固液分離的。圖1所示為臥螺離心機結構簡圖。
轉鼓前方設計有一個錐段,根據物料性質的不同,按照設定的速度高速旋轉,物料在轉鼓內壁以設計速度旋轉,沿著轉鼓殼體形成一同心液層,稱為液環層。物料內所含的固體在離心力的作用下沉積到轉鼓壁上,再通過螺旋的運轉將干物料推出轉鼓。轉鼓的運轉速度直接決定分離因數,而螺旋的速差則直接影響被輸送到轉鼓外的固體含水率。它對處理量、停留時間和固體排出都有直接影響。
2·機械參數對處理量的影響
2.1轉筒直徑。臥螺離心機的直徑為180～920mm,這就意味著在徑長比相同的情況下,理論上的體積分離范圍為1∶130。
臥螺離心機的直徑不可能無限制地增加,因為隨著直徑的增加可允許的大速度會由于材料堅固性的降低而降低,從而離心力也相應降低。從經濟的角度講,不能通過增加臥螺離心機的直徑來增加其流量。
2.2轉筒直徑和長度之比。過去徑長比一直保持在1∶2,而現在已經可以達到1∶3或1∶4（甚至更高）。徑長比對物料在澄清區的停留時間有影響,它確定了離心機的體積流量。徑長比對固體流量沒有很大的影響,但是它對泥餅的含濕量有影響。
2.3轉筒圓錐角度。圓錐角度對固體流量的性能具有重要影響,由于離心力的作用,當顆粒到達轉筒內壁并被螺旋向前輸送的同時也具有向后流動的趨勢,而向后流動的速度與螺旋斜角有關,后體現在錐角上。兩者對固體顆粒的輸送性能產生直接的影響,即隨著回流速度的增加則固體輸送速度下降。
2.4機器制造材料。材料的堅固性體現在離心機的轉速上,它也直接對體積流量和質量流量產生影響,此外離心機的腐蝕也與其材料結構有關。
2.5BD擋板結構或壓榨式螺旋設計,見圖2,即在離心機錐段的螺旋出料端設置一個特殊擋板,即BD擋板,或增大錐段螺旋設計（內錐體）,可使離心機處于超深液池狀態,使池中液面處于高于固體排放面狀態下運行,并在錐段減小污泥空間體積,增加對泥餅的壓力,并且只輸送下部沉渣,而將上部含水率高的污泥截留在壓榨錐段外側,實現壓榨脫水（類似于螺旋壓榨脫水機）,使出泥更干。螺旋輸送器的螺旋葉片設計成螺距漸變的形式,螺距從轉鼓大端至小端逐漸減小,使沉渣在輸送時出受到徑向的離心力壓實外,還受到軸向的雙向擠壓作用,沿軸向產生擠壓力。于是沉渣的毛細孔隙減小,所含的水分向外排放,從而使沉渣的含水量降低。另一種是在螺旋筒體上設置橫截面為阿基米德螺線形的壓榨板,見圖3。當沉渣從螺旋圓柱段推向錐段時,螺線形壓榨板將沉渣逐漸壓縮。由于壓榨板與轉鼓筒體形成楔形通道壓渣壓力逐漸升高,在出口處達到大,并將濾液沿楔形間隙的切線方向從較寬的方向排出。
3·輔助設備對處理量的影響
3.1混合驅動系統。采用有變頻器的驅動系統可使轉筒速度在運行中無級調節,而螺旋差速也隨著轉筒速度而相應變化。在機器停機的時候,還可以通過調換不同的皮帶輪組來獲得不同的速度。
采用液壓驅動系統來驅動螺旋可使差速在運行中無級調節,而液壓油直接與螺旋驅動的力矩相對應,即它與轉筒內部所沉降的物料成正比。
這種互連系統是一種閉路控制系統,可以根據轉筒內沉降的固體輸送的要求而獨立地控制螺旋差速。如果力矩增加則螺旋的差速也成正比地增加,而轉筒速度可以保持不變（從而使排出轉筒的固體干度保持恒定）。
可變泵式葉輪技術可在機器運行的情況下調節機內液層厚度以使臥螺離心機無需停機即可進行快速調節以達到佳的分離效果。
3.2新型獨立驅動系統。新型的獨立驅動系統的結構特點為轉筒和螺旋的驅動分別由兩臺獨立的變頻電機來驅動。
采用新型齒輪箱連接轉筒和螺旋,這種齒輪箱除了能承受高扭矩外,還能夠在轉筒不轉動的情況下獨立轉動螺旋。
該驅動系統除了能保持液壓系統承受大扭矩外,還能使差速達到更加精確的程度并能大限度地降低甚至消除啟動電流峰值和震動。具體表現在:在離心機啟動時首先啟動螺旋,這樣可以排除上次運行中可能留下的殘余物質從而避免了轉筒啟動時可能發生的由于殘留物分布不均勻而造成的啟動震動大的情況;同時,在關閉機器時首先將轉筒速度降低,然后由螺旋繼續將殘余物質排出機外。
這種轉筒和螺旋分開獨立驅動的系統還可以在機器堵塞時單獨啟動螺旋,在低速的情況下排出停留在機內的殘余物質,從而簡化了保養和維修的過程。
4·結論
通過以上討論和分析不難看出,結構設計對臥螺離心機處理能力的影響主要體現在機械參數和相應的輔助設備的選擇與設計等方面。如果將每一個問題都考慮的即全面具體,又能夠有機地協調好各方面的相互配合和制約關系,就能夠更好地使臥螺離心機很好的服務于我國各行業的固液分離領域。
