火力发电厂污泥脱水系统设计及优化

郭思奇

摘要：火力发电厂作为我国主要电力供应来源，具有很庞大的数量。每一个发电厂的各种处理系统都有排泥要求，污泥不能储存，势必需要配备相应的污泥脱水处理系统以便节省体积后外运。国内污泥脱水系统设计仍有不足，无法真正适应实际应用的要求。本文将围绕离心脱水机对常规火力发电厂污泥脱水系统设计进行分析，对实际应用中存在的一些问题提出优化建议。

关键词：离心脱水机；污泥脱水系统；优化方案；控制逻辑

引言

我国是世界火力发电装机容量最大的国家，火力发电作为我国主要电力供应来源，具有非常庞大的数量。随着电力行业污染排放要求的越来越高，电厂污泥作为污染排放源之一，必须受到越来越严格的控制。而国内设计院对电厂污泥脱水系统运行理解不深，导致现有的设计会遇到各种各样实际应用问题。污泥脱水系统作为电厂辅助系统，也并不受到重视，运行人员水平低，许多电厂的污泥脱水系统无法得到充分使用，对污泥的最终处置造成影响和不便。如果电厂的污泥脱水系统能够真正的达到高效、低消耗、自动连续生产运行的话，对减轻电厂负担和环境保护具有很大的帮助。

1 电厂主要污泥源

火力发电厂主要污泥来源有三类：一是河水（水库水）预处理或者海水淡化处理系统排泥。排泥源自水中的悬浮物和细小颗粒杂质，还有重金属离子的沉淀，在处理流程中，由澄清池沉淀或者过滤器清洗排出。污泥中主要含有机物，泥沙等物质。该类泥水含固率受水源水质影响很大；二是工业废水处理系统排泥。工业废水来源很杂，收集了全厂大部分的工业排水，主要源自炉水排水、冲灰废水、含煤废水、化学废水和其他工业排水。污泥主要成分为铁、铜、硅、有机物、少量重金属等，这类泥水的含固率比其他污水要低；三是脱硫废水处理排泥。常规使用的湿法脱硫工艺会排放大量的废水，泥水含固率较高，包含悬浮物、硫酸盐、亚硫酸盐、重金属等，含有许多废水排放标准重点控制的成分。

2 电厂污泥脱水常规设计

污泥脱水设备的选型通常有三类，带式压滤机、板框式压滤机、离心脱水机。

从设备投资角度分析，虽然单个设备是离心脱水机最高，但考虑设备占地面积小，配套设施少（压滤机还需额外配置空压机，高压冲洗泵等），可以节省其他投资，采用离心脱水机在综合投资成本上并不比其他两种高。

再从运行成本来看，离心脱水机原理为依靠固液两种物质的不同密度，转毂旋转产生离心力迫使固液分离，在泥水固液密度差比较大的情况下，不需投加太多的脱水剂也能取得比较好的脱水效果。而带式压滤机和板框式压滤机是依靠滤带/滤布进行挤压，液体通过细小网眼流出，泥饼留在滤布上。想要获得比较好的脱水效果就要多投加脱水剂，多投加脱水剂却容易导致滤布堵塞，需要经常冲洗，冲洗排水回收后又需要重新进行脱水，运行成本很高。

最后从运行人员使用角度看，带式压滤机和板框式压滤机为开放式机械，经常会溅出泥水，异味大，环境差；离心脱水机为封闭式机械，自动化程度高，可以连续作业，启动和停机最多需两人，工作区域环境好。因此，电厂污泥脱水设备基本选用离心脱水机，淘汰了带式和板框式压滤机。

以电厂原水预处理污泥脱水系统为例，常规设计如图四所示，泥水先经污泥池沉淀，池中泥水含固率大约1-2%，再经污泥浓缩池浓缩，此时含固率大约2-4%。泥水从浓缩池底部经过污泥输送泵，在脱水机入口和脱水剂混合后，进入脱水机。清水从液相出口排出，回流至污泥池。干泥从固相出口排出，含水率大约为75%，于脱水机下部的泥斗中储存，待合适的时间由污泥车运至厂外处理。工业废水处理排泥和原水预处理排泥脱水工艺类似，有条件的电厂可将工业废水和原水预处理的污泥脱水系统合并。脱硫废水处理排泥的脱水工艺略有不同，需将浓缩池前的污泥池改为中和池、反应池、絮凝池，后续部分也比较类似。

3 常见设计问题

在污泥脱水系统的常规设计中，会有一些非常隐蔽而易于忽略的设计缺陷，导致离心式污泥脱水系统不易使用，被运行人员抵触。个别电厂还因为系统问题或其他问题，面临高额离心脱水机维修费用，而弃用现有设备，采取人工清泥的原始方法，污泥脱水系统沦为摆设。如果能够改善设计，使该系统能稳定、简单、有效运行的话，想必对电厂污泥填埋、干泥运输、后期深度脱水处理等是大有裨益的。下面是几个比较常见的设计问题：

1）脱水剂加药混合点位置不合适 离心脱水机正下方为电动泥斗，因此离心脱水机一般布置在建筑的二楼，脱水剂采用袋装固体粉末加水配制，为便于配制药剂，加药装置一般布置在一楼。而国内设计院通常对小口径管道只编制系统图，施工单位施工时容易将加药点设置在一楼，导致距离脱水机入口过远，运行人员至少需要两人才能观察出泥干度和控制加药量，操作不便，药剂浓度配制高时堵管发生可能性更高。

2）脱水机冲洗水管与进泥泵冲洗水管不能合并 有些设计人员认为进泥泵冲洗水和脱水机冲洗水功能类似，可以合并设置，节约材料。但事实上，进泥泵和离心脱水机的冲洗频率完全不同，进泥泵在长期停用后进行冲洗，防止污泥在泵体内板结，可能好几个月才会冲洗一次；离心脱水机在每次启机和停机都应进行冲洗，防止泥粘在转毂上，每天都会冲洗，且应当自动控制。这个问题也与下面第三条所述的问题相关，该两路冲洗水无法合并。

3）脱水机冲洗水阀不应为手动阀 电厂大部分其他系统的冲洗水阀通常为手动阀，因思维惯性，离心脱水机前的冲洗水阀也常设计为手动阀。离心脱水机入口泥水含固率一般不应超过5%，如果含固率过高，进泥量大于出泥量，造成固体淤积在轉毂内。而冲洗水阀又是手动阀，运行人员不可能长期值守在脱水机旁，不能及时调节冲洗水，后果轻则振动过大，脱水机报警停机，重则发生堵机现象（见图五），需高额维修费用。

5）离心脱水机出口缺少固液切换装置 离心脱水机出口分为固相和液相，但因为运行特点，在水冲洗阶段（冲洗时难免有水从固相出口流出）和脱水机启机阶段（固相出口要求出水后才允许进泥），如果本来泥斗中存有干泥，干泥会重新掺水，前功尽弃。

6）污泥池/浓缩池溢流水回收不当 污泥池在水处理系统中的作用有汇集各设备的排污水、使泥水初步分离。污泥池中的泥水是经过加药处理的，仍然含有少量药剂。一般来说，污泥池的上层清液仍有利用价值，通过溢流可以回流至母系统入口或回收他用，一方面可以减小后续脱水机的出力，节省投资，另一方面，可以节约水源和药剂。但如果污泥池的溢流水仍然浑浊，将污泥一同带入系统入口，可能会起到反效果。

4 优化建议

对于上面的问题，可以用一些比较成熟的办法来解决：

1）离心脱水机相比板框/带式压滤机有个优点，脱水剂可以在设备内部与泥水充分混合，节省设备入口处的药剂混合过程。脱水剂的加药点应设置在离心脱水机入口1米范围内，冲洗水点应设置在加药点之前，均设置在脱水机同一房间，并设置阀门控制。此时仅需一个运行人员进行操作，可以在同一楼层进行启机、冲洗、加药调节等工作。

2）冲洗水阀的正确设计方式应该是和进料泵冲洗水分开独立设置，脱水机冲洗水主路由电磁阀控制，同时设有手动阀旁路，以备主路电磁阀故障仍可进行冲洗，可以同时解决上面第2&3条问题。控制方式上，进泥泵采取变频控制，电磁阀和进泥泵根据脱水机状态进行连锁：启机和停机时，自动开启冲洗电磁阀，冲洗完毕后自动开启进泥泵，反之亦然；正常运行时，依据转毂扭矩和差速进行控制，当扭矩超过报警值时，说明进泥量超过排泥量，粘泥在转毂内堆积，应减小进泥泵工作频率，自动打开冲洗水阀，待扭矩恢复正常时关闭。这种设计将会节省很多人力，减少运行人员操作失误或不及时的可能性，尤其对于脱硫废水这种含固率较高的情况效果更佳。

3）离心脱水机的固液两相出口应设计专用刀闸阀以短路固相至液相出口。刀闸阀内部为一块可移动的闸板，上端接脱水机固液相出口，下端固相出口接电动泥斗，液相出口接排水管。当某些固相出液的情况发生时，内部闸板可以挡住向电动泥斗的通道，导流液体至排水管。当固相出口正常排泥时，钢板将打开通道，使干泥直接落至电动泥斗中。一般刀闸阀还具备固液相的取樣口，方便运行人员观察出泥出水情况，及时调节脱水机参数。

4）要提高污泥池的上层清液的品质，设计上需考虑几个方面，一是根据系统的排泥量大小，选择合适的水池容积。容积大小最好是每小时排泥量的3倍以上，设备排泥和污泥提升泵交替运行，使排泥有时间进行沉淀。二是污泥池的形状设计成长方体，汇入口和溢流口最好相对布置，距离越大越好，汇入口尽量靠近污泥提升泵，防止发生溢流时泥水从汇入口出来直接进入溢流口。三是污泥池/浓缩池底应有一定坡度，坡向污泥泵吸入口，加快淤泥排出，使溢流水更加清澈。

综上所述，一个比较成熟设计应该如下图：

5 结语

本文对离心机污泥脱水系统做了简要的分析，对系统运行的各方面提出了优化建议。希望广大电力行业建设者能够早日融会贯通离心机污泥脱水工艺，使电厂污泥脱水处理水平提升一个台阶。

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（作者单位：上海电气电站工程公司）