飞灰是指在垃圾焚烧发电厂烟气净化系统收集而得的残余物，含有二噁英、呋喃等有机污染物和Pb、Cr等可溶性重金属，对环境和人体健康危害大，必须进行安全有效处置。根据飞灰成分特性，作为烧结水泥原料是一种有效处置飞灰的方法，但是飞灰中氯离子含量高，直接作为水泥原料会产生结皮和堵塞，影响水泥窑的正常运行，因此需要对飞灰进行预处理，诸多研究表明，飞灰水洗是一种有效的预处理方法。

飞灰水洗是指先将飞灰与水混合并搅拌均匀，然后对飞灰水洗料浆进行固液分离。目前，飞灰水洗料浆固液分离方式主要为采用真空过滤机进行过滤，但固液分离效果较差，分离后泥饼含水率和滤液含渣率较高。另外，过滤中滤布容易出现堵塞，影响真空过滤机正常运行。

近年来，随着科学技术的进步，出现了一种新的固液分离设备——卧螺离心机，因其具有适应性强、分离效率高、生产成本低等特点，在环保、化工、食品及矿产品等行业中得到广泛应用。本文根据飞灰颗粒细且粒径分布范围广的特点，采用两级串联卧螺离心机对飞灰水洗料浆进行固液分离，取得了较好的效果，同时避免了真空过滤机中存在的滤布堵塞问题。

1 试验部分

1.1 飞灰及水洗料浆性质

飞灰来自背景某垃圾焚烧有限公司，主要化学成分中，CaO、SiO₂、Cl平均含量分别为38.6%、25.1%、13.7%，平均粒径为12.5μm（其中≤5μm的颗粒含21.3%）；经试验研究，水洗液固比为3:1时不仅能有效去除飞灰中的Cl，而且节约洗灰水用水量，且飞灰水洗料浆中含渣率为19.2%，密度为1.18×10³kg/m³。

1.2 固液分离工艺

卧螺离心机一般适合于分离颗粒粒径＞5μm的物质，由于飞灰水洗料浆中粒径小于5μm的颗粒较多，因此飞灰水洗料浆经过一级卧螺离心机分离后，1次滤液中仍含有较高浓度的颗粒物。本研究通过在1次滤液中加入絮凝剂PAM（投加量为料浆中干渣的3‰～4‰），经过二级卧螺离心机分离后，滤液含渣量大幅减少，明显减轻了后续水处理的难度。

1.3 离心机技术参数

试验所用一级和二级卧螺离心机由浙江某离心机厂家生产，型号为LW580ED，转鼓直径580mm，转鼓长度2378mm，长径比4.1，转鼓转速3000r/min（变频无级可调），分离因数2918，差转速2～32r/min（变频无级可调），差速器额定扭矩3.6kNm，主电机功率110kW，副电机功率45kW，振动额定值12mm/s。

2 飞灰水洗料浆固液分离现场试验

2.1 操作参数的选择

在进料量基本稳定的情况下，卧螺离心机分离效果受多种操作参数影响，如转鼓转速、差转速及溢流半径等，为此控制一级和二级卧螺离心机进料量分别为（20±1），（19±1）m³/h，对影响飞灰水洗料浆固液分离效果的操作参数进行选择优化，试验结果及分析如下。

2.1.1 转鼓转速的影响

卧螺离心机工作原理是依靠转鼓高速旋转产生强大离心力，使物料中固相粒子迅速积聚在转鼓内壁上实现固液两相分层，因此转鼓转速对固液分离效果有着重要的影响，一般情况下转鼓转速越大，物料受到的离心力越大，分离效果也越好，但是转鼓转速过高，离心机震动强烈，易引起跳停故障，因此在分离过程中要选择合适的转鼓转速，试验中设定一级和二级卧螺离心机差转速分别为10，14r/min，溢流半径分别为225，210mm，考察了转鼓转速与离心后泥饼含水率和滤液含渣率的关系，同时记录了不同转鼓转速离心机振动范围值，如下所示：

随着卧螺离心机转鼓转速的增加，一次和二次泥饼含水率、一次和二次滤液含渣率均降低；当一级卧螺离心机转鼓转速大于2100r/min时，一次泥饼含水率和一次滤液含渣率降低缓慢，对于分离效果而言，选择一级卧螺离心机转鼓转速为2100r/min为宜。但是一级卧螺离心机在该转鼓转速下的震动已达到额定值，引起离心机跳停，影响离心机正常运转，因此综合考虑，确定一级卧螺离心机的转鼓转速为1800r/min；同样考虑分离效果和震动影响，确定二级卧螺离心机的转鼓转速为2100r/min。

2.1.2 差转速的影响

差转速是转鼓转速与螺旋推料器转速之差，一般差转速减小，将增大物料在转鼓内的停留时间，使得离心后泥饼含水率和滤液含渣率减小，但是差转速太小，会使差速器扭矩明显增大，离心机易发生堵塞。为此试验中设定一级和二级卧螺离心机转鼓转速分别为1800，2100r/min，溢流半径分别为225，210mm，考察了差转速与离心后泥饼含水率和滤液含渣率的关系，同时记录了不同差转速离心机的扭矩值，如下表所示：

当差转速＜10r/min时，随着差转速的减小，一次泥饼含水率和一次滤液含渣率降低幅度明显减小，而一级卧螺离心机差速器扭矩明显增大，并且接近于额定扭矩，离心机发生堵塞几率高，由此确定一级卧螺离心机的差转速为10r/min；同时发现，二次泥饼含水率和二次滤液含渣率受差转速影响较小，仅当差转速＞18r/min时，二次泥饼含水率显著增大，因此对于分离效果而言，差转速只要≤18r/min即可。但当差转速＜10r/min时，二级卧螺离心机差速器扭矩随差转速的减小而显著增大，因此考虑到扭矩显著变化影响，确定二级卧螺离心机的差转速为10～18r/min。

2.1.3 溢流半径的影响

对于型号确定的卧螺离心机，溢流半径大小影响有效沉降容积和干燥区长度。溢流半径增加，沉降面积减小，滤液在沉降区停留时间缩短，滤液含渣率升高，但同时使得干燥区长度增大，泥饼在干燥区停留时间延长，泥饼含水率减小，因此应选择合适的溢流半径，使得泥饼含水率与滤液含渣率达到 组合。为此试验中设定一级和二级卧螺离心机转鼓转速分别为1800，2100r/min，差转速分别为10，14r/min，考察了溢流半径与离心后泥饼含水率和滤液含渣率的关系。

随着溢流半径的增加，一次泥饼含水率和一次滤液含渣率分别逐渐降低和增加，为有利于后续烘干操作，一次泥饼含水率宜越低越好，但为节省絮凝剂PAM用量，一次滤液含渣率不能太高，综合考虑选择一级卧螺离心机的溢流半径为225mm；同时，二次泥饼含水率随溢流半径的变化规律与一次泥饼含水率基本相同，但二次滤液含渣率随溢流半径的变化规律与一次滤液不尽相同，当溢流半径＜210mm时，随着溢流半径的增加，二次滤液含渣率缓慢增加，而当溢流半径＞210mm时，二次滤液含渣率随着溢流半径的增加显著增大，由此选择二级卧螺离心机的溢流半径为210mm。

2.2 卧螺离心机连续运行试验

通过对卧螺离心机分离效果和工况的考察，选择并确定了合适的操作参数。为评价两家串联卧螺离心机代替真空过滤机的可行性，本研究又进行了长时间连续运行试验，一级和二级卧螺离心机转鼓转速分别设定为1800，2100r/min，差转速分别设置为10，14r/min，溢流半径分别为225，210mm，而进料量仍分别维持在（20±1），（19±1）m³/h。

通过运行结果可知：一、二次泥饼含水率，二次滤液含渣率和总固相回收率平均值分别为39.8%、0.6%和98.1%，而相同飞灰水洗料浆经真空过滤机固液分离后，平均泥饼含水率为45.0%，平均滤液含渣率为3.0%，平均固相回收率为89.7%，表明两级串联卧螺离心机的固液分离效果明显优于真空过滤机，另外试验过程中，卧螺离心机一直运行平稳，未出现异常，表明两级串联卧螺离心机可完全代替真空过滤机。

另外一级卧螺离心机的固相回收率并不高，平均值为66.0%，而两级串联卧螺离心机的平均总固相回收率高达98.1%，其主要原因是二级卧螺离心机进料加入了絮凝剂PAM，使得飞灰水洗料浆中的细颗粒聚结成较粗大的粒子或絮团，沉降性能得以显著改善所致。

3 结论

（1）采用卧螺离心机对飞灰水洗料浆进行固液分离，转鼓转速、差转速和溢流半径是影响分离效果的重要操作参数。

（2）飞灰水洗料浆经过两级串联卧螺离心机固液分离后，平均泥饼含水率为39.8%，平均滤液含渣率为0.6%，平均固相回收率达98.1%，分离效果显著优于真空过滤机，另外卧螺离心机一直运行平稳，未出现异常，说明两级串联卧螺离心机可完全代替真空过滤机。

（3）二级卧螺离心机进料投加絮凝剂PAM，是两级串联卧螺离心机平均总固相回收率高的主要原因。