卧螺离心机在煤气化水处理中的试验研究

刘振峰，李 磊

（河南龙宇煤化工有限公司，河南永城 476600）

实验研究

卧螺离心机在煤气化水处理中的试验研究

刘振峰，李 磊

（河南龙宇煤化工有限公司，河南永城 476600）

本文介绍了煤气化副产物灰浆水溶液的粒径特点，并对卧螺离心机［1］和水平带式真空过滤机［2］处理灰浆水溶液效果进行了比较。通过实验的方式，详细说明了卧螺离心机在煤气化水处理中的参数设定、使用方法及使用效果，实验结果表明：其具有处理量大、自动化操作、脱水效果好、适用范围广等特点，从而开创了卧螺离心机在煤化工领域使用的先例。

卧螺离心机；煤气化；灰浆水溶液；固液分离

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.04.002

河南龙宇煤化工有限公司二期项目采用两台WHG气化炉，该气化炉采用干煤粉进料、蒸汽/激冷水、湿法除灰的处理工艺。干煤粉与氧气和蒸汽通过煤烧嘴进入气化炉的反应空间，在约4.0MPa（a）的压力下和1 400～1 650℃的温度范围内进行部分氧化反应，在高温条件下产生的合成气，在激冷室内通过水/汽喷嘴喷入的雾状水将合成气激冷至900℃以下，然后携带大量飞灰的合成气经过输气管和气体返回室后进入激冷罐，进行冷却并洗涤携带的飞灰。激冷罐洗涤下来的灰水经过减压闪蒸降温和除去酸性气体后进入到澄清工序，絮凝沉降后变成含灰量10%～12%的灰浆。由于灰浆中所含灰的粒度较细且具有一定的黏性，如何有效、稳定、连续地分离灰浆中的飞灰，成了一个技术难题。由于WHG气化炉正处于建设阶段，且和Shell粉煤加压气化工艺较接近，产生飞灰的粒度也接近，所以我们选用Shell气化炉干法除灰技术产生的飞灰作为实验原料，配置成灰浆进行分离试验。

在Shell粉煤加压气化工艺生产过程中，会产生大量的干灰，粒径范围见图1。

图1　干灰粒径范围

经过大量的技术分析和借鉴相关行业处理工艺，我们最终选定水平带式真空过滤机和卧螺离心机进行分离试验比较。水平带式真空过滤机由于其具备水平过滤面、卸料方便等特点，是近年来发展很快的一种真空过滤设备。

1　水平带式真空过滤机

1.1工作原理

水平带式真空过滤机是一种自动化程度较高的固液分离设备，主要利用物料重力和真空吸力实现固液分离，其他干煤粉气化技术，一般选用水平带式真空过滤机来分离渣水系统产生的黑水（见图2）。

1.2处理过程

水平带式真空过滤机以滤布为过滤介质，采用整体的环形橡胶带为真空室。滤布铺设在胶带上与之同步运行，当真空室接通真空系统时，在胶带上形成真空抽滤区，滤液穿过滤布经胶带上的横沟槽汇总并由小孔进入真空室，固体颗粒被截留在滤布上形成滤饼。进入真空室的液体经气水分离器排出，随着胶带的移动，已形成的滤饼依次进入滤饼洗涤区和吸干区，最后滤布与胶带分开。滤饼在卸料辊处被刮刀装置刮离卸除，卸除滤饼的滤布经清洗后获得再生，再经过一组支撑辊和纠偏装置后重新进入过滤区，开始新一轮的周期。滤布孔隙范围可在2.5～150μm之间选择。

图2　水平式真空过滤机过滤工艺流程

1.3试验及结果评价

用配制成的含灰量10%～12%的灰浆在真空带式过滤机上做过滤分离试验，开始效果较好，随着过滤的连续进行，过滤分离效果逐渐变差，过滤物料含水量增加。该处理方式在灰浆颗粒粒径较大且水溶性差时可以起到很好的处理效果，但从图1中可以看出粒径在2.0μm以下的颗粒占比很大，这些颗粒极易堵塞滤布孔隙或进入到滤液中，导致滤布堵塞造成过滤效果不好。

2　卧螺离心机

2.1工作原理

卧螺离心机是一种卧式螺旋卸料、连续操作的沉降设备，其过滤工艺流程见图3。本类离心机工作原理为：转鼓与螺旋以一定差速同向高速旋转，物料由进料管连续引入输料螺旋内筒，加速后进入转鼓，在离心力场作用下，较重的固相物沉积在转鼓壁上形成沉渣层。输料螺旋将沉积的固相物连续不断地推至转鼓锥端，经排渣口排出机外。较轻的液相物则形成内层液环，由转鼓大端溢流口连续溢出转鼓，经排液口排出机外。本机能在全速运转下，连续进料、分离、洗涤和卸料。具有结构紧凑、连续操作、运转平稳、适应性与生产能力强、维修方便等特点。

图3　卧螺离心机过滤工艺流程

2.2 试验方法和试验效果

2.2.1试验前的准备

试验物料为壳牌煤气化装置干法处理副产的干灰，共计50袋，每袋约30 kg左右。粒径范围见图1，试验机型：LW355×1460-N（主电机22 kW，辅电机7.5 kW）；调试物料：灰浆水溶液（物料含固量约12%，进料温度60～70℃）。

2.2.2试验1：灰浆水溶液不加絮凝剂过滤

灰浆水溶液不加絮凝剂过滤结果见表1，试验1后得到的液相见图4。

表1　灰浆水溶液不加絮凝剂过滤结果

图4　试验1后得到的液相

试验1结果表明：①液相目测浑浊且透明度差（见图4a），有少量悬浮物，固相出干料目测含水偏高，进料15min；②液相目测透明度较图4a无明显改善（见图4b），仍有少量悬浮物，固相出干料目测含水与进料阶段①无较大差别，进料需15min；③液相目测透明度较图4a更浑浊（见图4c），悬浮物量有所增加，固相出干料目测含水较进料阶段①无较大差别，进料15min；④液相目测透明度较图4c更浑浊（见图4d），悬浮物量有所增加，固相出干料目测含水较进料阶段①无较大差别，进料15min。

将上述清液放入试管离心机中二次分离（转速3 000 r/min，分离时间1min，分离因数1 310G），仍有少量沉淀产生（见图4e）。

2.2.3试验2：灰浆水溶液不加絮凝剂过滤后数据

灰浆水溶液不加絮凝剂过滤后固相含水检测数据见表2。

表2　灰浆水溶液不加絮凝剂过滤后固相含水检测数据

2.2.3试验3：灰浆水溶液加絮凝剂［3］过滤

灰浆水溶液加絮凝剂过滤结果见表3，试验3后得到的液相见图5。

表3　灰浆水溶液加絮凝剂过滤结果

图5　试验3后得到的液相

试验3结果表明：①液相目测清澈且透明度较好（见图5a），悬浮物小于0.5%，固相出干料目测含水比不加絮凝剂效果显著改善，进料15min；②液相目测清澈且透明度较好（见图 5b），悬浮物0.5%，固相出干料目测含水比不加絮凝剂效果显著改善，进料15min；③液相目测清澈且透明度较好（见图5c），悬浮物0.5%，固相出干料目测含水比不加絮凝剂效果显著改善，进料15min；④液相目测清澈且透明度较好（见图5d），悬浮物0.5%，固相出干料目测含水比不加絮凝剂效果显著改善，进料15min。

2.2.4试验4：灰浆水溶液加絮凝剂过滤后数据

灰浆水溶液加絮凝剂过滤后固相含水检测数据见表4。

表4　灰浆水溶液加絮凝剂过滤后固相含水检测数据

将上述清液放入试管离心机中二次分离（转速3 000 r/min，分离时间1min，分离因数1 310 G），无沉淀产生。

2.2.5试验5：对其他物料的处理

试验物料来自煤化工热电脱硫石膏灰浆，其固含量高，黏度大，通过设定适当的转速、差速、进料量以及絮凝剂添加量，卧螺机运行50 h，共处理灰浆量约1000m3。分离后的滤饼含水量约40%（w），滤液中SS在100mg/L左右，处理结果满足灰水循环利用要求。

2.2.6实验结论

通过对比试验分析，得出以下结论。

（1）在使用卧螺离心机分离灰浆水溶液时，絮凝剂的使用对分离效果有重要影响。加入絮凝剂后卧螺离心机分离灰浆水溶液的效果更加明显，分离后的液相清澈透明，固相含水量低。

（2）卧螺离心机在分离固体颗粒较小和具有黏性的废水方面相比于水平带式真空过滤机具有优势。卧螺离心机具有自动化程度高、操作简便、处理量大、环境效果好的优点，能够满足WHG气化炉灰浆水溶液分离的要求。

3　结语

通过对比试验及分析可以看出，卧螺离心机在分离固体颗粒较小和具有黏性的废水方面相比于水平带式真空过滤机能实现连续的长周期运行，针对粉煤加压气化工艺生产过程中的副产物灰浆水溶液，卧螺离心机能起到很好的固液分离效果，并且处理能力可以满足生产需要，在日常维护和经济运行方面都有一定优势。卧螺沉降离心机具有处理量大、自动化操作、脱水效果好、使用范围广等特点，开创了卧螺离心机在煤化工领域使用的先例，拓展了卧螺离心机的应用领域，对其他煤化工装置废水处理具有示范作用，对工业和民用污水处理也有较大的借鉴意义。

［1］颜春敏，戴洁.新型卧式螺旋卸料沉降离心机［J］.绿洲技术，1996（2）：20-22.

［2］王锡初，许凌.带式水平真空过滤机脱水试验［J］.有色矿山，2002，31（4）：38-40.

［3］杨正福.卧螺机污泥脱水中几种聚丙烯酰胺的筛选研究［J］.工业水处理，2000，20（9）：25-26，29.

修改稿日期：2016-06-30

Experimental Study on the W ater Treatment of Coal Gasification w ith Horizontal Screw Centrifuge

LIU Zhen-feng，LILei
（Henan Longyu Coal Chemical Co.，Ltd.，Yongcheng Henan 476600 China）

This paper introduces the particle diameter characteristicsof themortarwater solution which is the by-productof coal gasification aswellas compares the treatment effect of themortarwater solution between the horizontal screw centrifuge and the horizontal belt vacuum filter.Through the experiment，a detailed description is given about the parameters setting，usingmethods and effectof the horizontal screw centrifuge in thewater treatmentof gasification.The experimental results show that ithas the characteristics of great processing capacity，good automatic operation and dewatering effects，and wide applicable range，etc.thus，setting a precedent for the use of the horizontal screw centrifuge in the field of coal chemical industry.

horizontal screw centrifuge；coal gasification；mortarwater solution；solid-liquid separation

10.3969/j.issn.1004-8901.2016.04.002

TQ051.8

A

1004-8901（2016）04-0005-03

刘振峰（1981年-），男，河南周口人，2005年毕业于河南大学化学工程与工艺专业，工程师，河南龙宇煤化工有限公司气化二厂厂长，现主要从事煤气化技术与生产管理工作。