螺旋式堿渣廢液除砂機的研發與應用

王秀忠 王健(唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305)

螺旋式堿渣廢液除砂機的研發與應用

王秀忠 王健(唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305)

堿渣廢液治理是制約氨堿法純堿生產的世界性難題。傳統堿渣廢液處理存在設備多、投資大、占用空間大、處理效果不佳的缺點。本文借鑒污水處理設備的理念并加以提高，闡述了一種螺旋式堿渣廢液除砂機的研發理念及其構造，將其應用于純堿廢液系統，可成功解決廢液治理的難題，為純堿行業的發展開拓了新的空間。

堿渣廢液；煙道氣脫硫劑；螺旋式；固液分離

在氨堿法純堿生產過程中，會伴隨產生大量的堿渣廢液，堿渣廢液的處理一直是制約純堿企業生存與發展的世界性難題。傳統上對堿渣廢液一般采用堿渣場堆存處理，在占用大量空間的同時需投入巨大的維護資金與人員成本，且堿渣廢液泄露風險極高，同行業因堿渣泄漏引發的環保事件已經造成了嚴重的經濟損失及不良社會影響。鑒于此，我公司利用堿渣廢液中的有效成分替代傳統的脫硫劑，成功開發出堿渣液體煙道氣脫硫劑，為堿渣廢液的治理提供了新的工藝方向，一定程度上解決了廢液儲存問題[1]。因堿渣廢液中直徑大于0.2mm的固體顆粒不能用于脫硫，需將其從堿渣廢液中全部分離，同時保證漿料有效成分不流失。分離出的固體經洗滌、脫氯，達到建筑行業氯離子指標后可做為工程建設原料使用。

目前國內傳統的工業化堿渣廢液固相分離、洗滌、脫氯的方法是澄清桶、洗泥(砂)桶、沉淀池、濃縮池、回轉篩等設備聯合使用，這些設備占地面積大，總體投資高、處理能力低、設備功能單一且故障率高，設備檢修及維護費用高，為此，探索研發新型配套堿渣廢液分離處理設備對我公司極具現實意義。

1 設備設計

1.1 設計理念

堿渣廢液的主要成分為水、碳酸鈣、碳酸鎂、氯化鈣、氯化鎂、硫酸鈣、硫酸鎂、二氧化硅及少量酸不溶物，其中固體顆粒物為碳酸鈣、二氧化硅、酸不溶物。為有效處理堿渣廢液，公司聯合大連孚德機械制造有限公司進行了轉篩篩分試驗，但試驗結果顯示，裝置通入介質后短時間內即堵死篩網孔，無法實現固液分離。經分析原因，主要是由于堿渣廢液黏性較大，而需要分離的顆粒較小，一般篩分方法無法實現有效分離[2]。經過分析研究和出外考察，借鑒污水處理的撈砂機原理，確定在沉降分離原理的基礎上采用螺旋輸送形式進行固液分離[3]。具體結構如圖1：

1.2 設備設計思路

1.2.1 出料螺旋

圖1 堿渣廢液撈砂機結構示意圖

出料螺旋是實現無效固體顆粒分離的主體部件，安裝于U型導料殼體之中，采用變頻驅動減速機連接驅動。由于既要分離無效砂粒又要保證有效成分不流失，該部件成一定角度傾斜安裝，下半部分浸入沉降箱體內的廢液之中，為了避免軸與軸套的磨損腐蝕，其結構采用帶狀螺旋葉片結構，尾部自由狀態，不設計定位軸承。上半部分為固體分離物晾曬洗滌部分，高出液面部分必須留有足夠的長度，以使分離物得到充分的洗滌和干燥，降低其中的氯離子和水分。

1.2.2 沉降箱體

沉降箱體是實現固液分離的主體，液體進入其中后，大顆粒在重力作用下實現沉降分離，落入出料螺旋殼體之中。為了實現充分的固液分離，沉降箱體必須有足夠的容積和截面積。而其下部需與出料螺旋實現密封連接，限定了其結構尺寸，所以將其設計為倒棱臺的結構型式。堿渣廢液介質中的固體成分極易產生搭橋沉積，使其出現“死區”，降低沉降能力，有效成分出液采用周邊環圍式溢流堰結構，以增加流動性。棱臺高度受絞龍長度及角度限制，同時還要增大容積，其側壁角度需要增大，但是由于沉降砂粒的黏性大，流動性差，角度過大時在側壁板上會產生沉積，經過試驗，其角度保持在60°以上最佳，同時側壁板外部設計增加防沉積激振器，采用自動控制進行定時震打。

1.2.3 擴容彌散

進液管直接進液時，液體沖擊容易導致分布不均，并影響大顆粒的沉降效果。為解決這一問題，研究設計在沉降箱體內部進料口處增加擴容彌散裝置，其結構為錐臺體，上部安裝調整機構，合理調整其下部與沉降箱體的間隙，使得進液均勻由擴容彌散裝置四周流出，達到引導液體流向的作用，增大沉降面積。

1.2.4 霧化洗滌

分離出來的大顆粒砂粒攜帶大量的氯離子，對其再利用有致命的影響，必須經過洗滌，使其達到一定的標準才可以進行應用。為此，在出料絞龍的上端合理部位設計安裝了洗滌裝置，該裝置洗滌效果至關重要，洗滌水量過大，會降低有效成分的濃度，過少又不能充分洗滌砂粒中的氯離子。為了達到預期目的，研究設計了利用霧化噴頭洗滌的裝置。采用一根總管上合理布置噴頭，根據指標要求合理調整噴頭使用數量以及噴頭沖洗角度，既保證洗滌效果又可以在霧化狀態下充分節省水資源。

2 效果檢驗

2014年，我公司利用閑置設備改裝制作了小試樣機，安裝于堿渣廢液系統中進行試驗。出料絞龍長度8m，直徑360mm，利用變頻減速機驅動；沉降箱體容積15m3，為了保證沉降容積，箱體側板角度較小，水平角度45°左右。投入運行后，相關操作數據和指標如表1。

表1 堿渣廢液撈砂機操作數據及指標

由于側壁板角度較小，且未安裝震蕩裝置，在試驗過程中有物料沉積現象，但總體試驗效果達到了預期的目的。

3 結語

堿渣廢液經過除砂機處理后，固體物大顆粒作為建筑行業材料得以應用，有效成分作為脫硫劑用于煙道氣脫硫，成為環保新亮點。使得廢液排放、堿渣儲存問題得到圓滿解決，同時又是新的經濟效益增長點。而且，該設備體積小，功能多，處理能力高，在純堿行業有著極高的推廣應用價值。

[1]王秉鈞,耿縣如,劉忠華等.堿渣綜合利用制備液體脫硫劑技術研究[J].純堿工業,2015，(6):12-15.

[2]楊豐,張錦國.旋流分離技術在污水處理中的應用[J].石油化工環境保護,2006,29(4):18-20.

[3]張慧,孫世鋼.螺旋式固液分離設備的分類及應用[J].大連大學學報,2004,25(4):41-45.

王秀忠(1965 - )，男，河北唐山人，學士，高級工程師，唐山三友化工股份有限公司純堿分公司研發部部長，華北理工大學碩士研究生導師，主要從事化工設備的研發與應用工作。