1 引言
2006年10月，滄州煉油廠供排水車間根據(jù)工藝需要，對(duì)煉廠的污水處理系統(tǒng)進(jìn)行了改造，對(duì)原有的工業(yè)污水進(jìn)行處理，以增加工業(yè)廢水的綜合利用率，為此車間新上一套LW400-1800臥式螺旋推料沉降離心機(jī)，對(duì)工藝生產(chǎn)中產(chǎn)生的污泥進(jìn)行處理。
污泥脫水處理系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備是污泥脫水主機(jī)，即臥式螺旋推料沉降離心機(jī)(簡(jiǎn)稱臥螺離心機(jī))，是利用離心沉降原理分離懸浮液的設(shè)備，即當(dāng)裝有混合液的容器圍繞自己的軸線旋轉(zhuǎn)時(shí),由于組成懸浮液的比重不同,所以它們受到的離心力也不同.懸浮液中的重相受到最大的離心力將向外沉到容器內(nèi)壁,輕相則附在重相的表面.當(dāng)容器中設(shè)有進(jìn)料、出料等裝置時(shí),即形成了連續(xù)工作式的臥螺離心機(jī)的某種分界面。分層的速度受到組成懸浮液輕重相密度差和離心力大小的影響,密度差越大,離心力越大，分層的速度越快。對(duì)固相顆粒當(dāng)量直徑≥0.005～2mm、重量濃度比≤10% 或體積濃度比≤70%、液固密度差≥0.05g/cm3的各種懸浮液均適合采用該類離心機(jī)進(jìn)行液固分離。
2 系統(tǒng)組成和工作原理
2.1 離心機(jī)的結(jié)構(gòu)
圖1 臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
圖1所示的臥式螺旋卸料離心機(jī)主要由轉(zhuǎn)鼓、螺旋和差速器組成，轉(zhuǎn)鼓由主電機(jī)拖動(dòng)，螺旋由副電機(jī)通過差速器來拖動(dòng)，主電機(jī)和副電機(jī)都通過變頻器采用共母線的方式來控制，不僅能實(shí)現(xiàn)能量共享，而且能夠有效、及時(shí)的調(diào)整差轉(zhuǎn)速，來保證離心機(jī)穩(wěn)定的分離效果。高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有輸料螺旋，其旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)鼓相同，但兩者之間由差速器產(chǎn)生一定的速度差，懸浮液從進(jìn)料管進(jìn)入機(jī)內(nèi)，在離心力的作用下，懸浮液固相被沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，由推料螺旋推送到轉(zhuǎn)鼓小端，從沉渣口排出，澄清后的液相從轉(zhuǎn)鼓大端溢流口流出。轉(zhuǎn)鼓與螺旋卸料器的差轉(zhuǎn)速取決于差速器的傳動(dòng)比及其轉(zhuǎn)速。
2.2 系統(tǒng)的工作過程
污泥脫水系統(tǒng)的構(gòu)成如圖2所示:
圖2 污泥脫水系統(tǒng)流程圖
轉(zhuǎn)鼓、螺旋輸送器同向高速運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸料器在差速器的作用下形成10-35r/min的差轉(zhuǎn)速，分離原液經(jīng)進(jìn)料管進(jìn)入高速轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，在離心力的作用下液體中比重大的懸浮物迅速向筒壁積聚，分離的濾液由液管進(jìn)入水室分離排出，沉渣由螺旋輸送器推到轉(zhuǎn)筒的圓錐端經(jīng)出渣口排出。
3 系統(tǒng)的電氣控制
該離心機(jī)在傳動(dòng)上采用雙變頻共母線的控制方式，變頻器采用三墾力達(dá)電氣有限公司生產(chǎn)的SAMCO－VM05變頻器，系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)螺旋的力矩，通過改變副電機(jī)的頻率來調(diào)整差轉(zhuǎn)速進(jìn)行恒力矩控制，最終實(shí)現(xiàn)分離物料的恒力矩控制。如圖3所示:
[NextPage]
1-主變頻器;2-主電機(jī);3-離心機(jī);4-差速器;5-副電機(jī);6-副變頻器
圖3 雙變頻共母線結(jié)構(gòu)示意圖
3.1 臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)背驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)載性質(zhì)
安裝在臥螺離心機(jī)差速器小軸端的調(diào)速裝置稱為背驅(qū)動(dòng)裝置。在螺旋滯后于轉(zhuǎn)鼓時(shí)，這些裝置都是以消耗離心機(jī)動(dòng)能為代價(jià)，對(duì)小軸作用制動(dòng)力矩，借以達(dá)到調(diào)節(jié)差轉(zhuǎn)速的目的。對(duì)小軸而言，背驅(qū)動(dòng)裝置是一種負(fù)負(fù)載。
在通用變頻器調(diào)速系統(tǒng)中，和差速器小軸相連的電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于再生狀態(tài)，運(yùn)行于第4象限，從離心機(jī)接受機(jī)械能，將再生制動(dòng)的能量反饋到變頻器的直流母線上，再通過制動(dòng)電阻將其消耗掉。
3.2 共直流母線交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)
圖3中，離心機(jī)3由主電機(jī)2驅(qū)動(dòng)，差速器小軸由副電機(jī)5驅(qū)動(dòng)。主、副電機(jī)的轉(zhuǎn)速由變頻器1、6控制，二者的直流母線并連，三相電源輸入主變頻器1。
系統(tǒng)具有如下特點(diǎn):
(1)優(yōu)良的節(jié)能性能:在螺旋滯后時(shí)，再生的能量送到副變頻器的直流母線上，由于主、副變頻器的直流母線共用，該能量就經(jīng)過主變頻器被主電機(jī)利用。
為簡(jiǎn)單起見，設(shè)穩(wěn)態(tài)時(shí)離心機(jī)以恒轉(zhuǎn)矩和恒差速運(yùn)行(不計(jì)及調(diào)速時(shí)加速轉(zhuǎn)矩和減速轉(zhuǎn)矩的影響)，則回收的能量為:
P=0.8Mn/9550
式中:P-功率(kW) M-小軸力矩(N.m) n-小軸轉(zhuǎn)速(r/min)
M前的0.8倍是由于再生制動(dòng)時(shí)，即使不加放電的制動(dòng)電阻，電動(dòng)機(jī)內(nèi)部也有20%的銅損被轉(zhuǎn)換為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
(2)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快:有些PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)往往有超調(diào)現(xiàn)象，過渡過程時(shí)間較長(zhǎng)，例如電渦流制動(dòng)器調(diào)速系統(tǒng)，穩(wěn)定周期有時(shí)長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘。而采用變頻調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間僅150－200ms,動(dòng)態(tài)特性明顯改善。
(3)容易處理突發(fā)事件造成的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料的堆積:副電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)行于第Ⅰ象限(電動(dòng)機(jī)狀態(tài))，這時(shí)差速很大:Δn=(n1+n)/i，(n1－轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速r/min;i－差速器速比)，由于變頻器具有2倍額定力矩的靜態(tài)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩,使堆積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的物料容易排出。
(4)有利于實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩控制:沉泥具有可壓縮性，含固率時(shí)時(shí)刻刻在變化，使螺旋推料力矩隨著進(jìn)料流量和含固率的波動(dòng)而變化，要求電氣系統(tǒng)根據(jù)力矩變化及時(shí)控制進(jìn)料量或差轉(zhuǎn)速，否則，很容易堵料。
恒力矩控制的關(guān)鍵是實(shí)時(shí)連續(xù)測(cè)量螺旋推料力矩,必須合理選擇力矩傳感元件。在液力馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng)中，使用液油壓力變送器;在電渦流制動(dòng)器調(diào)速系統(tǒng)中，使用電阻應(yīng)變式力矩傳感器;在本文介紹的變頻器調(diào)速系統(tǒng)中，則可直接利用變頻器輸出的力矩電流模擬量,不必單獨(dú)安裝傳感器。
SAMCO－VM05變頻器具有轉(zhuǎn)矩控制和轉(zhuǎn)速控制兩種工作方式:當(dāng)選擇轉(zhuǎn)矩控制方式時(shí)，變頻器輸出頻率將根據(jù)輸出力矩信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)螺旋推料力矩變大時(shí)，降低輸出頻率，增加差速，將沉泥快速推出轉(zhuǎn)鼓;反之，增加輸出頻率，減小差速，使力矩增加，最終使螺旋推料力矩穩(wěn)定在設(shè)定值附近。
3.3 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
(1)變頻器選型:對(duì)主變頻器沒有特別要求，副變頻器要求能屏蔽輸入缺相保護(hù)。如果離心機(jī)需要恒力矩控制，應(yīng)選用矢量控制變頻器。
(2)主、副變頻器功率匹配:不是任意功率的變頻器都可以如圖3連接，選取主變頻器功率時(shí)必須考慮到當(dāng)副電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí)，副變頻器從主變頻器吸取功率的能力。
(3)副電機(jī)選型:副電機(jī)額定輸出力矩應(yīng)能滿足螺旋推料力矩的需求。由于差速器小軸傳遞力矩M是螺旋推料力矩M2的i分之一，因此副電機(jī)的額定力矩應(yīng)大于M2/i;具體計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮差轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍,電機(jī)連接方式等因素。選用普通三相異步電機(jī)，轉(zhuǎn)速控制精度為0.5%-0.1%,選用帶編碼器的變頻電機(jī),變頻器運(yùn)行在帶PG矢量控制方式下，轉(zhuǎn)速控制精度可達(dá)到0.1%－0.05%。
[NextPage]
本系統(tǒng)中主、副變頻器分別選用SPF－22K和SPF－7.5K變頻器,主電機(jī)型號(hào)規(guī)格為:YB2－180L－2，22kW，副電機(jī)型號(hào)規(guī)格為:YB2－132M－4，7.5kW。本系統(tǒng)離心機(jī)型號(hào)為L(zhǎng)W400－1800，為無錫市中達(dá)離心機(jī)械有限公司生產(chǎn)，運(yùn)行轉(zhuǎn)速n1=2300r/min;差速器額定輸出力矩為4000－5000 ,速比i=93;差速調(diào)節(jié)范圍Δn=2－20r/min(正常運(yùn)行6～12r/min);副電機(jī)和差速器小軸連接(如圖3)，差速按Δn=(外轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速-差速器輸入軸轉(zhuǎn)速)/差速器速比=(n1-n)/i計(jì)算，本系統(tǒng)的計(jì)算值為(2300-1650)/93=6.98，通過計(jì)算，完全可以滿足工藝要求。
4 電氣控制系統(tǒng)
圖4 離心機(jī)系統(tǒng)電氣控制簡(jiǎn)圖
圖5(a) 控制回路原理圖
圖5(b) 控制回路顯示和報(bào)警指示
圖4是離心機(jī)系統(tǒng)電氣控制簡(jiǎn)圖,圖5是電氣控制回路原理圖。主變頻器K1用于驅(qū)動(dòng)離心機(jī)，使離心機(jī)轉(zhuǎn)速0～3200r/min無級(jí)可調(diào)，變頻器的輸入控制頻率由端子DI1和DI2設(shè)定。系統(tǒng)操作時(shí)，先啟動(dòng)副電機(jī)，再啟動(dòng)主電機(jī)，主電機(jī)到達(dá)設(shè)定轉(zhuǎn)速后，進(jìn)清水清洗3min，關(guān)閉清洗閥，先后開啟輸送機(jī)、切割機(jī)、加藥泵，延時(shí)10s后，開進(jìn)料泵進(jìn)料工作。離心機(jī)的污泥脫水分離頻率出廠時(shí)設(shè)置為45Hz(轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速3150r/min),沖洗頻率出廠時(shí)設(shè)置為5Hz(轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速350r/min),如果需要改變運(yùn)行頻率，可以對(duì)變頻器參數(shù)CD631進(jìn)行設(shè)定。
K2是副變頻器，用于調(diào)節(jié)離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓和螺旋速度之差，即差轉(zhuǎn)速，改變差轉(zhuǎn)速的大小可以改變離心機(jī)的推泥速度，也會(huì)影響離心機(jī)每小時(shí)污泥處理量。本機(jī)主副變頻器直流母線直接并連，具有優(yōu)良的節(jié)能效果。
5 結(jié)束語
三墾變頻器在LW400-1800臥式螺旋推料沉降離心機(jī)上的應(yīng)用，一是滿足了工藝上的要求，進(jìn)一步減少了煉油廠的污水外排量，二是共直流母線交流變頻調(diào)速系統(tǒng)較好地解決了臥式螺旋推料沉降離心機(jī)背驅(qū)動(dòng)電機(jī)再生能量的回收問題，它給用戶帶來了很大的實(shí)惠。經(jīng)過近兩個(gè)月的應(yīng)用，系統(tǒng)運(yùn)行良好，收到了較好的效益。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
|
|
|
|
|
|
|
|