Jätevesilietteen vedenpoistoratkaisu
30.10.2024
Pinottavan ruuvivedenpoistokoneen käyttö voimalaitoksen lietteenkäsittelyssä
Hiilivoimalaitosten tuotantoprosessissa raakaveden esikäsittelyssä ja rikinpoistossa syntyvä jäteveden liete käsitellään yleensä kuivaamalla ja kuljettamalla. Tämä yritys on yksi harvoista voimalaitoksista, jotka käyttävät tätä laitteistoa tällä hetkellä, ja sillä on kertynyt jonkin verran sovelluskokemusta sen käytöstä. Tämän artikkelin tarkoituksena on laajentaa laitteiden valinnan käsitystä vedenkäsittelyprosessissa keskustelemalla tämän laitejärjestelmän periaatteesta ja käyttövaikutuksesta.
Ruuvityyppisen vedenpoistokoneen toimintaperiaate
Voimalaitoksen raakaveden esikäsittelyjärjestelmän mudanpoistoprosessia käytetään yleisimmin levy- ja runkorakenteisissa vedenpoistokoneissa sekä keskipakoisissa vedenpoistokoneissa, ja ruuvivedenpoistokoneiden käyttö voimalaitoksissa on alkanut viime vuosina. Ruuvivedenpoistokone on rakenteeltaan samanlainen kuin laminaattisuodatin. Ruuviakseli pyörii ontelossa, joka koostuu vuorotellen järjestetyistä pyöreistä dynaamisista ja staattisista laminaateista. Liikkuvan renkaan sisähalkaisija on hieman pienempi kuin kiinteän renkaan, ja liikkuva rengas liikkuu kiinteän renkaan suhteen ruuviakselin sekoittaessa sitä. Konsentroinnin jälkeen mudaa työnnetään eteenpäin keskimmäisen ruuviakselin avulla, mikä tiivistyy edelleen mudaksi. Pinoryhmän ja ruuviakselin päässä mudasta puristetaan ja kuivataan ruuviakselin tuottaman työntövoiman avulla, ja lopulta se saavuttaa mudan ulostulon. Kuivatut mudalohkot putoavat mudankeräyssuppiloon, kerätään ja kuljetetaan ulos.
Kaskadiruuvivedenpoistokoneen ruuviakselia käyttää taajuusmuunnosmoottori. Moottorin nopeutta säätämällä voidaan säätää lietettä ja sen käsittelykapasiteettia. Taajuusmuunnoslietepumpun virtausnopeutta säätämällä voidaan ohjata laitteen jatkuvaa toimintaa eri tehotasoilla. Kun liete on tullut ruuvivedenpoistokoneen flokkaussäiliöön, lisätään sopiva määrä koagulanttia (PAM), jotta liete muodostaa suuren massan, josta liete ja vesi on helppo erottaa.
Ruuviakselin nopeutta säädetään taajuusmuunnosmoottorilla 5–20 kierrokseen minuutissa. Nopeus on hidas ja toiminta tasaista ja hiljaista. Keskipakoiskuivaimeen verrattuna melutaso on huomattavasti pienempi, ja dynaamisten ja staattisten osien välinen kuluminen on myös vähäisempää. Ruuvikuivain toimii jatkuvasti levy- ja runkokuivuriin verrattuna. Kun käyttäjä on säätänyt liejun virtausnopeutta, ruuviakselin nopeutta ja koagulanttiaineen annostusta, ruuvikuivain toimii jatkuvasti ja tasaisesti ilman muita toimintoja. Ajoneuvon saa kuljettaa pois vasta, kun liejuämpäri on täynnä, jotta toiminta on valvomatonta.
Kaskadiruuvivedenpoistokoneen käyttö voimalaitoksessa
Pinoamisruuvivedenpoistokonetta käytetään laajalti kaupunkien jätevesien käsittelyssä, mutta sitä käytetään harvoin voimalaitosten vedenkäsittelyprosesseissa. Se soveltuu raakaveden esikäsittelyyn ja rikinpoistojätevesijärjestelmän lietekuivaukseen. Tällä hetkellä yritys on asentanut pinoamisruuvivedenpoistokoneen rikinpoistojäteveden käsittelyjärjestelmään ja kaksi pinoamisruuvivedenpoistokonetta raakaveden esikäsittelyjärjestelmään. Käyttöönoton jälkeen toiminta on ollut vakaata ja valvomatonta.
Verrattuna levy- ja kehikkopohjaiseen vedenpoistokoneeseen ja keskipakopohjaiseen vedenpoistokoneeseen, energiateollisuudella on suhteellisen vähän ymmärrystä tästä mallista, ja sillä ei ole riittävästi asiaankuuluvaa tietoa ja käyttökokemusta. Koska pieni määrä voimalaitoksia on alkanut käyttää tätä lietekuivatusprosessia, sen erinomaista suorituskykyä ja vähäistä huoltotyömäärää, yhä useammat kemian ammattilaiset ovat alkaneet kiinnittää huomiota tähän malliin. Erilaisille jätevesilietteille tarvitaan erilaisia materiaaleja laitteiden valinnassa. Yleisen raakaveden esikäsittelyjärjestelmän ja kaupunkiveden tuottaman lietteen osalta tavallinen ruostumaton teräs voi täyttää tarpeet. Rikinpoistojätevedelle, jossa on paljon kloridi- ja sulfaatti-ioneja, on kuitenkin valittava korroosionkestävämpää terästä tukiputkistoineen ja lisävarusteineen. Myös vastaavan laatuinen korroosionkestävä materiaali tulisi valita.
Ruuvilietteen vedenpoistojärjestelmän koostumus
Ruuvipinoamiskoneen vedenpoistojärjestelmä koostuu taajuusmuunnoslietepumpusta, flokkaussäiliöstä, ruuvipinoamiskomponentista, koagulanttiapuaineen valmistus- ja annostelujärjestelmästä sekä ruiskutusvesijärjestelmästä. Raakaveden esikäsittelyjärjestelmän purkama liete johdetaan taajuusmuunnoslietepumpulla flokkaussäiliöön, sekoitetaan koagulanttiapuaineen kanssa, sekoitetaan tasaisesti, tiivistetään suureksi kuonalohkoksi ja johdetaan ruuvin vedenpoistomoduuliin kuivatuksen loppuun saattamiseksi. Järjestelmä on varustettu huuhtelujärjestelmällä, joka pesee ajoittain pienen määrän ruuvityynyn raoista pursutettua lietettä ja kuonaa laitteiston pitämiseksi puhtaana.
Automaattinen annostelujärjestelmä (automaattinen vaahdotuskone). Pinoamisruuvikuivauskoneen on jatkuvasti lisättävä koagulanttia, joten koagulanttia on paljon ja nestemäisen koagulanttia hankinnan taloudellisuus on heikko. Järjestelmä on yleensä varustettu koagulanttiapuaineen automaattisella valmistuslaitteistolla. Laite koostuu kuivajauhesuppilosta, valmistussäiliöstä, kovetussäiliöstä ja varastosäiliöstä. Polyakryyliamidikuivajauhe syötetään tarkasti ja tasaisesti taajuusmuunnosmoottorin käyttämän syöttöruuvin avulla vedenjakelulaitteeseen. Jatkuvan ja tasaisen sekoittamisen jälkeen jauhe putoaa valmistussäiliöön, jossa se liukenee ja sekoittuu tasaisesti sekoittimen vaikutuksesta. Sekoitettu neste virtaa kovetussäiliöön, jossa sitä sekoitetaan ja kovetetaan edelleen, ja lopulta se virtaa varastosäiliöön käyttöä varten. Varastosäiliön nestepinnan kytkimen avulla automaattinen annostelulaite voidaan käynnistää automaattisesti. Varastosäiliön nestepinnan mukaan nesteen valmistus voidaan käynnistää automaattisesti. Valmistettua koagulanttinestettä voidaan ohjata koagulanttiaineen annostelulaatikon sähköventtiilillä, ja koagulanttiaine voidaan lisätä annostelulaatikkoon automaattisesti.
Käytössä ilmenneet ongelmat
1. Lietteen ja saostusaineen annostuksen yhteensovittamisongelma
Säädä koagulanttiapuaineen määrää vastaamaan mudan virtausnopeutta mudan vesipitoisuuden hallitsemiseksi. Kun koagulanttia on paljon, mudan vettä ei ole helppo suodattaa pois kerrosraosta koagulanttipitoisuuden vuoksi, veden viskositeetti kasvaa ja siitä johtuva tihkuminen ja pursotusvaikutus pahenee, mikä johtaa huonoon mutaan. Kun koagulanttiapuaineen määrä on pieni, kiinteiden hiukkasten ja veden erotusvaikutus mudassa on heikko ja mutahiukkaset tukkivat kerrosraon, jolloin veden tihkuminen estyy ja mudan kosteuspitoisuus kasvaa. Käytössä koagulanttiapuaineen kohtuullinen annosalue voidaan määrittää sylinterin säätötestillä tyydyttävän nestehukan saavuttamiseksi.
2. Ruuvikokoonpanon mutaisen vastapainelevyn välyksen säätö
Ruuvikokoonpanon mutaisen vastapainelevyn raon koko vaikuttaa mutaisen osan kosteuspitoisuuteen. Pieni vastapainelevyn rako vaatii suuren käyttövoiman, kun muta puristuu ulos raosta. Samalla vedenpoisto-osan mutaontelossa oleva paine kasvaa ja ruuvin puristusvaikutus kasvaa. Mudan kuivuessa kovettuu ja ruuvin puristusmomentti kasvaa, mikä voi helposti aiheuttaa ruuvin murtumisvaurioita.
3. Koagulanttivalmisteen väkevöinti
Kun koagulantin apuaineen automaattinen valmistuslaitteisto toimii, asetettu pitoisuus on liian korkea ja kuivajauheen syöttöruuvin lähettämän kuivajauheen määrä on suuri, eikä sitä voida jakaa ajoissa ja tasaisesti vedenjakajassa olevaan veteen, mikä voi helposti aiheuttaa paakkuuntumista ja tukoksia valmistussäiliössä ja huonoa juoksevuutta. Koagulantin apuaineen pitoisuutta on tarpeen säätää kohtuullisesti ja kuivajauheruuvin nopeutta on säädettävä sopivaksi testin aikana, jotta valmistussäiliö ei paakkuunnu valmistusprosessin aikana. Kovetetulla koagulanttinesteellä on asianmukainen juoksevuus, ja koagulantin valmistuslaitteiston automaattinen toiminta voidaan toteuttaa annostarpeita vastaavasti. Yleensä koagulantin pitoisuutta voidaan säätää 0,4–0,5 ppm.
Lisäksi koagulanttiaineen viskositeetin vuoksi on otettava täysin huomioon putkiston vastus säiliöstä annostelulaatikkoon. Suunnittelussa voidaan käyttää suurihalkaisijaisia putkia ja venttiilejä, jotta vältetään heikko ulosvirtaus ja pienempi ulostulovirtaus kuin valmistuslaitteen tulovirtaus, jolloin säiliön nestetaso nousee ja laskee toistuvasti, mikä laukaisee säiliössä olevan nestetason kytkimen ja käynnistää ja pysäyttää usein koko koagulanttiaineen valmistuslaitteen.
4. Pitkäaikaiset sähkökatkokset
Ruuviakseli juuttuu helposti, kun pinottu ruuvilimaa poistava laite käynnistetään pitkän seisokin jälkeen. Tärkein syy tähän on se, että ruuvikokoonpanon jäännösliete kuivuu vähitellen ja kuiva ja kova lietelohko tukkeutuu lieteaukolla käynnistyksen jälkeen, mikä johtaa paineen nousuun koko limaa poistavassa yksikössä ja sitten takaosan lietejäännös kuivuu ja kovettuu liikaa. Koko ruuviakselin pyörimisvastus kasvaa kovan lietelohkon ja suuren vastuksen vuoksi, ja hälytys pysähtyy, kun ruuviakselin moottorin maksimivääntömomentti ylittää. Tämä voi johtua myös ruuviakselin hitsausvaurion aiheuttamasta liiallisesta vääntömomentista. Siksi pinotun ruuvilimaa poistavan koneen jokaisen sammutuksen yhteydessä sen tulisi ensin lopettaa lietesyöttö pinottuun ruuvikomponenttiin ja jatkaa toimintaansa 10 minuuttia, jotta liete ja kuona poistuvat kokonaan ruuviakselista, tai käyttää matalataajuista jatkuvaa käyttötilaa pitkän seisokin vaikutusten vähentämiseksi. Sitä voidaan käyttää myös lieteaukon läppäventtiilin löysäämiseen, jotta lietejäännös poistuu kokonaan ruuvikokoonpanosta pitkäaikaista käyttöä varten.
5. Huolto ja peruskorjaus pitkäaikaisen käytön jälkeen
Kahden vuoden käytön jälkeen ruuviakseliin juuttui mutalohko, ja ongelma toistui purkamisen ja puhdistuksen jälkeen. Mittaamalla spiraaliakselin ja liikkuvan renkaan välisen raon havaittiin, että spiraalilevyn ja spiraaliakselin liikkuvan renkaan välinen rako oli keskimäärin 5–6 mm. Liikkuva rengas leikkasi spiraalilevyn ulkoreunaan tasaisia uria spiraalilevyn liikkuvan renkaan vinon poikkileikkauksen vuoksi. Huoltohenkilöstö hioi uran näkyvän osan pois edellisen purkamisen ja huollon yhteydessä, mikä pienensi spiraalilevyn ulkohalkaisijaa ja kasvatti spiraaliakselin ja liikkuvan renkaan välistä vastaavaa rakoa. Kun mutakuonaa puristetaan, se virtaa takaisin spiraaliakselin takapuolelle suhteellisen alhaisella paineella, mikä johtaa liialliseen kiertävän kuonan kuivumiseen ja kovettumiseen spiraaliakselissa, mikä vaikuttaa virtaukseen mutanpoistoaukkoon ja johtaa tukoksiin. Kahden vuoden käytön jälkeen kuluminen on alle 0,1 mm, ja suurin osa kulumisesta on spiraalilevyn ulkoreunaa. Spiraalilevyn ulkoreunan korjauksen jälkeen spiraalilevyn ja liikkuvan renkaan välinen keskimääräinen rako on 1–1,5 mm. Uudelleenasennuksen jälkeen korjattua spiraaliakselia verrataan uuteen varaspiraaliakseliin, ja korjatun spiraaliakselin lietepurkausolosuhteet ovat samat kuin uuden spiraaliakselin. Laitteen alkuperäinen suorituskyky on palautettu, eikä lietetukoksia ole ilmennyt kolmen kuukauden käytön jälkeen.
Ruuvilietteen vedenpoistolaitteiden edut
1) Alhainen nopeus ja alhainen melu. Käytössä olevalla pyörivällä laitteella on alhainen pyörimisnopeus, alhainen virrankulutus ja vakaa toiminta ilman tärinää ja lievää melua, mikä auttaa vähentämään kulumista ja pidentämään laitteen käyttöikää.
2) Kauko-ohjaus on helppo ottaa käyttöön. Käytössä oleva laite tarkistaa mudan tilan säännöllisten tarkastusten aikana ja säätää koagulanttiapuaineen annostusta ja ruuviakselin nopeutta etäohjatun DCS-järjestelmän kautta mudan tuotannon vaikutuksen hallitsemiseksi.
3) Vähäinen käyttö- ja huoltotarve. Laite toimii sujuvasti, liikkuvien osien kuluminen on vähäistä, mikä kestää pitkäaikaista jatkuvaa käyttöä eikä vaadi usein tapahtuvaa huoltoa.
4) Tilansäästö. Ruuvikuivauslaite on kooltaan pieni ja vie vähän tilaa, mikä auttaa säästämään tilaa.
5) Joustava tehon säätö. Säätämällä lietepumpun taajuutta lietemäärän säätämiseksi ja säätämällä ruuvikokoonpanon ruuviakselin nopeutta, laitteen tehoa voidaan säätää tasaisesti lietemäärän mukaan ja raakaveden käsittelyjärjestelmän sujuva toiminta voidaan ylläpitää.
6) Laaja lietepitoisuuden ja käsittelyn sopeutumisalue. Sopiva lietepitoisuus on 10 kg/m3, joka vastaa raakaveden esikäsittelyjärjestelmän lietepitoisuutta. Sitä voidaan käyttää kuivatuskäsittelyyn ilman väkevöintiprosessia. Lietepitoisuuden muutoksella on vain vähän vaikutusta ruuvityyppisen vedenpoistokoneen toimintaan, ja lietepitoisuuden kosteuspitoisuus on periaatteessa vakio.
Ruuvilietteen kuivauslaitteen mahdollinen käyttökohde
Sähköenergiateollisuuden jatkuvan kehityksen myötä automaatioaste nousee yhä korkeammalle, ja manuaalinen käyttö korvautuu vähitellen automaattisella ohjauksella. Laitteiden toiminnan luotettavuus ja vakaus ovat keskeisiä tekijöitä, jotka vaikuttavat automaattiseen toimintaan. Yritykset vähentävät henkilöstön käyttöä, ja kunkin työntekijän ohjaamien laitteiden määrä kasvaa huomattavasti, mikä asettaa korkeammat vaatimukset valvomattomille laitteille. Tällä hetkellä levy- ja runkokuivaimia sekä keskipakokuivaimia käytetään laajalti energiayhtiöiden raakaveden käsittelyprosesseissa. Levy- ja runkokuivaimet kuuluvat jaksottaisesti toimiviin laitteisiin, ja puristuskankaan välikerrokseen juuttunutta mutaa on vaikea puhdistaa käytön aikana, joten sitä on valvottava ja puhdistettava manuaalisesti paikan päällä. Puristuskankaan käyttöikä on rajallinen, ja se on vaihdettava säännöllisesti. Keskipakoisvedenpoistokoneella on kuitenkin suuri nopeus, korkeat tarkkuusvaatimukset laakereille ja muille pyöriville osille, suuri huoltotyömäärä, korkeat tarkkuusosien kustannukset ja korkea melutaso käytössä ovat suhteellisen yleisiä ongelmia. Virheenkorjauksen jälkeen kaskadiruuvivedenpoistolaite voi saavuttaa jatkuvan ja vakaan toiminnan, alhaisen ruuvinopeuden ja alhaisen melun, säätää sopivan liejuisen kosteuspitoisuuden, vähentää laitteiden kulumista ja pienentää huoltotyömäärää. Työntekijät tarkastavat laitteen säännöllisesti ja hienosäätävät koagulanttiaineen annostusta liejuisen tilanteen mukaan pitääkseen liejuisen kosteuspitoisuuden tietyllä alueella. Liejupumpun syöttövirtauksella on laaja säätöalue, ja tehoa voidaan säätää portaattomasti pienen virtauksen ja nimellisvirtauksen välillä. Koagulanttiaineen annostusta säätämällä voidaan säätää myös tehotasoa. RUUVIVEDEPOISTOKONE ON varustettu kaukosäätimen käynnistyksellä ja pysäytyksellä, ja siinä on automaattinen koagulanttiaineen annostelulaite. DCS-ohjelmaohjausjärjestelmä täyttää etäkäytön ja automaattisen ohjauksen vaatimukset.
Sähköntuotannossa vedensäästövaatimukset kasvavat jatkuvasti, ja kunnallisen veden käyttö on asettanut tiukempia vaatimuksia raakaveden esikäsittelylle voimalaitoksissa. Vedessä olevien sienten ja orgaanisen aineksen määrät ovat lisääntyneet huomattavasti, ja lietteen tuotanto on vastaavasti lisääntynyt. Liete on tahmeaa, ja kun lietettä kuivataan levymäisellä vedenpoistokoneella, liete tarttuu helposti levymäisen vedenpoistokoneen suodatinkankaaseen työprosessissa. Biologisen lietteen osuus on suhteellisen pieni, mikä aiheuttaa myös vaikeuksia keskipakoisvedenpoistokoneen vedenpoistoprosessissa. Ruuvivedenpoistokoneella voidaan säätää lietelevyn välystä lietteen luonteen mukaan ja säätää lietettä koagulanttiannoksen kohtuullisen säädön avulla, jotta voidaan vastata erityyppisten lietteiden vedenpoistotarpeisiin.
Voimalaitosten jäteveden rikinpoistokäsittelyssä on valittava pinottu ruuvivedenpoistokone, joka soveltuu rikinpoistojärjestelmään korkean sulfaatti- ja kloridipitoisuuden omaavien materiaalien kanssa, jotta vältetään tavallisen ruostumattoman teräksen nopea korroosio ja vaurioituminen ankarissa olosuhteissa. Rikinpoistojätteen sementtikuona on suhteellisen viskositeettinen, ja levymäisen vedenpoistokoneen käytössä usein esiintyvä tarttumisongelma voidaan ratkaista paremmin ruuvivedenpoistokoneella.
Pinottua ruuvivedenpoistolaitetta voidaan käyttää laajalti myös hiukkasten seulontaan ja keräämiseen vedestä. Esimerkiksi sinileväepidemian aikana vesistöalueella sitä käytetään sinileväesiintymien keräämiseen vedestä. Suuren määrän sinileviä sisältävää sekoitettua vettä ruiskutetaan jatkuvasti pinottuun ruuvivedenpoistolaitteeseen, ja kuivatut sinilevät pussataan ja kerätään jatkuvasti, mikä takaa korkean keräystehokkuuden ja helpon käytön.
Muissa sovellusalueissa, kuten raakaveden kalkkikiven pehmennyskäsittelyssä, kunnallisten vesijohtoveden käsittelylaitteiden mudan kuivatuskäsittelyssä, muiden teollisuudenalojen hiukkasten erottelussa syntyvän suuren lietteen käsittelyssä jne., pinoamisruuvien vedenpoistokone on myös ihanteellinen valinta yhdistettynä automaattisen ohjausjärjestelmän soveltamiseen, mikä parantaa yleistä automaattista ohjaustasoa erittäin hyödyllisesti.