泥浆离心机在建筑泥浆处理应用分析

    1前言

    泥浆水是一种水中含有一定量的微细泥颗粒的悬浮液体.泥浆的特性取决于它的成分，和当地的地质条件有关，一般有如下特性：外观：土黄色，均匀有粘性，长时间静止不分层，比重：1.20～1.46；(其中黄沙比重1.6);含泥量20%～30%，PH值：6～7。这些泥浆来源于建筑打桩、砂场、隧道山洞、矿山尾矿等。

    建筑泥浆处理不当会污染环境、造成大量水土流失、淤塞河道、影响水质、破坏市政设施。

    早期处理泥浆的方法有填埋、自然干燥等，这些较原始的方法费用高效率低，远远不能满足日益增长的泥浆处理需要，成了困扰工程正常施工的难题。因此，近年推出在泥浆脱水干化处理的基础上，进行真空吸滤、压滤和离心分离的新工艺。

    有关人员对上述三种方法进行了对比试验[1]，发现：

    （1）真空吸滤法效果较差，原因是泥浆沉降在下层，抽真空时，泥层变得较密实，水难于吸出。

    （2）压滤法效果尚可，但考虑如果用于现场需要配置压滤机，但这种泥浆水含泥量很高，不适于用压滤机，所以也很难用于施工现场。

    （3）离心脱水干化法的处理效果比上述两种方法好得多，离心机密闭自动连续运行，不需要絮凝设备，适合于现场施工环境，可以从根本上取代目前原始落后的处理方式，提高处理效率，降低处理费用，保护城市环境，做到现场文明施工。

    本文从泥浆处理对离心机的要求入手，详细分析了泥浆离心机的结构特点，并以应用实例进行说明。

    2泥浆处理对离心机的要求

    2．1单机处理量大

    泥浆的产生有3个特点：

    ①产泥量大：施工机械一旦开机，在短时间内即可产生大量的泥浆；

    ②存储困难：现场没有大容积的泥浆池，直接排放会污染环境，汽车运输成本很高，就地处理是最佳方案；

    这就要求离心机的单机处理量大，有足够的“肚量”将泥浆吃进肚子及时“消化”掉。

    ③容易分离：泥浆的固相和液相比重差较大，容易分离，因此设计泥浆离心机时应取较小的长径比,而运行时应保持较大的差转速；

    2．2适应于恶劣现场

    泥浆离心机往往安装在建筑工地现场，恶劣的环境要求离心机5个不怕：

    ①不怕风吹日晒：现场环境温度变化大，空气中存在大量的灰尘；

    ②不怕过载冲击：泥浆成分的变化，进料流量的波动，要求离心机要有足够的功率余量，有完善的保护措施；

    ③不怕泥砂磨损：转鼓内的固相颗粒（泥砂）象砂轮机一样在磨损着各个接触部位，要求这些部位具有足够高的抵抗磨损的能力；

    ④不怕电气干扰：现场大功率设备频繁起/停，各种电器设备运行时产生的电弧，致使电源电压大幅度波动，谐波干扰可能使仪器仪表失灵；

    ⑤不怕错误操作：建筑工人文化水平不高，离心机电气操作件要少，操作要简单，控制程序设计要容错；

    3泥浆离心机的设计要点

    3．1高耐磨

    根据不同情况，关键部位采用硬质合金和转鼓防磨技术设计：

    （1）碳化钨镍基合金粉喷焊(含碳化钨35%)；

    （2）碳化钨焊条堆焊（含碳化钨60%）；

    （3）硬质合金镶块、合金瓦、镶套（含碳化钨100%）；

    （4）陶瓷镶块：其抗磨性能和硬质合金镶块基本相同；

    实际应用证明推力面硬质合金镶块可使螺旋输送器的寿命提高五倍以上（普通碳钢的硬度为HB<241，碳化钨合金的硬度为HRa≥90）。

    由于碳化钨合金价格昂贵，表面看来，离心机的初次投资高于普通材质离心机，但从长远角度看，设备寿命延长，维修费用降低，停机时间减少…，这些实惠带来的经济效益远高于首次投资的差额。

    3．2大差速

    3．2．1卧螺离心机的处理量模型

    在“柱塞”流假设的条件下，卧式螺旋卸料沉降离心机的处理量计算式为[2，3]

    Q=εV0Σ(1)

    式中Q----处理量，m3/h

    V0----重力场中固相粒子的自由沉降速度，m/s

    Σ----离心机生产能力指数，㎡

    ε----修正系数，ε=0.25

    重力场中固相粒子的自由沉降速度（Stokes定律）计算式：

    (2)

    Δρ=ρ2-ρ1(3)

    式中d----粒子的当量直径，m

    μ----液体的动力粘度，kg/ms

    Δρ----固液两相的比重差，kg/m3

    g----重力加速度，m/s2

    对于如图4所示柱锥形转鼓，其生产能力指数式为：

    式中F----离心机的分离因数

    L----沉降区长度m

    L1----圆柱长短m

    D----离心机转鼓的公称直径m

    λ----液层深度系数,即厚度与转鼓半径之比λ=(r2-r1)/r2

    图4计算离心机处理量用图

    F=rω2/g(5)

    式中F----离心机的分离因数

    r----转鼓内半径，m

    ω----转鼓回转角速度，弧度/S

    3．2．2离心机的处理能力

    在工程应用中，离心机处理能力是指离心机的干固体负荷和水力负荷。

    干固体负荷是指每小时处理的不挥发固体重量，以ＫｇＤＳ（干污泥）／ｈ表示；水力负荷指进入离心机的污泥流量，以ｍ３／ｈ表示，它与离心机进泥浓度（ＭＬＳＳ，ｇ／Ｌ）的乘积即为干固体负荷。