在氨碱法纯碱生产过程中, 会伴随产生大量的碱渣废液, 碱渣废液的处理一直是制约纯碱企业生存与发展的世界性难题。传统上对碱渣废液一般采用碱渣场堆存处理, 在占用大量空间的同时需投入巨大的维护资金与人员成本, 且碱渣废液泄露风险极高, 同行业因碱渣泄漏引发的环保事件已经造成了严重的经济损失及不良社会影响。鉴于此, 我公司利用碱渣废液中的有效成分替代传统的脱硫剂, 成功开发出碱渣液体烟道气脱硫剂, 为碱渣废液的治理提供了新的工艺方向, 一定程度上解决了废液储存问题[1]。因碱渣废液中直径大于0.2mm的固体颗粒不能用于脱硫, 需将其从碱渣废液中全部分离, 同时保证浆料有效成分不流失。分离出的固体经洗涤、脱氯, 达到建筑行业氯离子指标后可做为工程建设原料使用。
目前国内传统的工业化碱渣废液固相分离、洗涤、脱氯的方法是澄清桶、洗泥 (砂) 桶、沉淀池、浓缩池、回转筛等设备联合使用, 这些图9设备占地面积大, 总体投资高、处理能力低、设备功能单一且故障率高, 设备检修及维护费用高, 为此, 探索研发新型配套碱渣废液分离处理设备对我公司极具现实意义。
碱渣废液的主要成分为水、碳酸钙、碳酸镁、氯化钙、氯化镁、硫酸钙、硫酸镁、二氧化硅及少量酸不溶物, 其中固体颗粒物为碳酸钙、二氧化硅、酸不溶物。为有效处理碱渣废液, 公司联合大连孚德机械制造有限公司进行了转筛筛分试验, 但试验结果显示, 装置通入介质后短时间内即堵死筛网孔, 无法实现固液分离。经分析原因, 主要是由于碱渣废液黏性较大, 而需要分离的颗粒较小, 一般筛分方法无法实现有效分离[2]。经过分析研究和出外考察, 借鉴污水处理的捞砂机原理, 确定在沉降分离原理的基础上采用螺旋输送形式进行固液分离[3]。具体结构如图1:
出料螺旋是实现无效固体颗粒分离的主体部件, 安装于U型导料壳体之中, 采用变频驱动减速机连接驱动。由于既要分离无效砂粒又要保证有效成分不流失, 该部件成一定角度倾斜安装, 下半部分浸入沉降箱体内的废液之中, 为了避免轴与轴套的磨损腐蚀, 其结构采用带状螺旋叶片结构, 尾部自由状态, 不设计定位轴承。上半部分为固体分离物晾晒洗涤部分, 高出液面部分必须留有足够的长度, 以使分离物得到充分的洗涤和干燥, 降低其中的氯离子和水分。
1.变频驱动单元2.间隙调整单元3.雾化洗涤单元4.排料螺旋单元5.导料壳体单元6.重力沉降箱体单元7.扩容弥散单元8.震荡除垢单元9.有效成分溢流单元
沉降箱体是实现固液分离的主体, 液体进入其中后, 大颗粒在重力作用下实现沉降分离, 落入出料螺旋壳体之中。为了实现充分的固液分离, 沉降箱体必须有足够的容积和截面积。而其下部需与出料螺旋实现密封连接, 限定了其结构尺寸, 所以将其设计为倒棱台的结构型式。碱渣废液介质中的固体成分极易产生搭桥沉积, 使其出现“死区”, 降低沉降能力, 有效成分出液采用周边环围式溢流堰结构, 以增加流动性。棱台高度受绞龙长度及角度限制, 同时还要增大容积, 其侧壁角度需要增大, 但是由于沉降砂粒的黏性大, 流动性差, 角度过大时在侧壁板上会产生沉积, 经过试验, 其角度保持在60°以上最佳, 同时侧壁板外部设计增加防沉积激振器, 采用自动控制进行定时震打。
进液管直接进液时, 液体冲击容易导致分布不均, 并影响大颗粒的沉降效果。为解决这一问题, 研究设计在沉降箱体内部进料口处增加扩容弥散装置, 其结构为锥台体, 上部安装调整机构, 合理调整其下部与沉降箱体的间隙, 使得进液均匀由扩容弥散装置四周流出, 达到引导液体流向的作用, 增大沉降面积。
分离出来的大颗粒砂粒携带大量的氯离子, 对其再利用有致命的影响, 必须经过洗涤, 使其达到一定的标准才可以进行应用。为此, 在出料绞龙的上端合理部位设计安装了洗涤装置, 该装置洗涤效果至关重要, 洗涤水量过大, 会降低有效成分的浓度, 过少又不能充分洗涤砂粒中的氯离子。为了达到预期目的, 研究设计了利用雾化喷头洗涤的装置。采用一根总管上合理布置喷头, 根据指标要求合理调整喷头使用数量以及喷头冲洗角度, 既保证洗涤效果又可以在雾化状态下充分节省水资源。
2014年, 我公司利用闲置设备改装制作了小试样机, 安装于碱渣废液系统中进行试验。出料绞龙长度8m, 直径360mm, 利用变频减速机驱动;沉降箱体容积15m3, 为了保证沉降容积, 箱体侧板角度较小, 水平角度45°左右。投入运行后, 相关操作数据和指标如表1。
由于侧壁板角度较小, 且未安装震荡装置, 在试验过程中有物料沉积现象, 但总体试验效果达到了预期的目的。
碱渣废液经过除砂机处理后, 固体物大颗粒作为建筑行业材料得以应用, 有效成分作为脱硫剂用于烟道气脱硫, 成为环保新亮点。使得废液排放、碱渣储存问题得到圆满解决, 同时又是新的经济效益增长点。而且, 该设备体积小, 功能多, 处理能力高, 在纯碱行业有着极高的推广应用价值。
摘要：碱渣废液治理是制约氨碱法纯碱生产的世界性难题。传统碱渣废液处理存在设备多、投资大、占用空间大、处理效果不佳的缺点。本文借鉴污水处理设备的理念并加以提高, 阐述了一种螺旋式碱渣废液除砂机的研发理念及其构造, 将其应用于纯碱废液系统, 可成功解决废液治理的难题, 为纯碱行业的发展开拓了新的空间。
关键词：碱渣废液,烟道气脱硫剂,螺旋式,固液分离
[1] 王秉钧, 耿县如, 刘忠华等.碱渣综合利用制备液体脱硫剂技术研究[J].纯碱工业, 2015, (6) :12-15.
[2] 杨丰, 张锦国.旋流分离技术在污水处理中的应用[J].石油化工环境保护, 2006, 29 (4) :18-20.
[3] 张慧, 孙世钢.螺旋式固液分离设备的分类及应用[J].大连大学学报, 2004, 25 (4) :41-45.
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