Bản tóm tắt
Trong các nhà máy xử lý nước thải đô thị và các cơ sở lên men sinh học, việc xử lý bùn đặc và cặn lên men là một trong những nhiệm vụ vật liệu khối đầy thách thức nhất. Những vật liệu này không phải là vật liệu Newton, có độ nhớt cao và thường chứa các sợi vướng víu, sạn và chất rắn khó tiêu. Hai công nghệ thường được đánh giá để di chuyển các vật liệu này từ bể phân hủy hoặc máy ép lọc đến khử nước hoặc xử lý ở hạ lưu: van quay dạng bột thích ứng với dịch vụ xử lý bùn và bơm khoang lũy tiến. Mặc dù cả hai đều là thiết bị dịch chuyển tích cực, nhưng cơ học bên trong, xu hướng tắc nghẽn và độ ổn định vận hành của chúng khác nhau đáng kể. Máy cấp liệu khóa khí quay sử dụng các cánh quay để đẩy vật liệu qua một vỏ cố định, trong khi máy bơm khoang tiến bộ sử dụng rôto xoắn ốc quay bên trong stato để tạo ra các khoang chuyển động đẩy bùn. Hướng dẫn này so sánh hai công nghệ về rủi ro tắc nghẽn, độ ổn định khi vận hành và các yêu cầu bảo trì để giúp các kỹ sư lựa chọn thiết bị chính xác để chuyển bùn dày.
một là gìVan quayvà một máy bơm khoang tiến bộ trong dịch vụ xử lý bùn
MỘT
van quay bộtthích hợp cho bùn dày là máy cấp liệu có khóa gió quay công suất lớn với đường kính rôto lớn và các túi sâu. Vỏ thường được chế tạo từ gang hoặc thép không gỉ với đầu vào đầy đủ khớp với lỗ phễu để tránh tắc nghẽn. Rôto được dẫn động bởi một động cơ truyền động có mô-men xoắn cao, thường có bộ truyền động thủy lực trực tiếp để bảo vệ quá tải. Không giống như dịch vụ bột khô, khe hở đầu được mở rộng đến 0,5–1,0 mm để phù hợp với tính chất dính, dẻo của bùn và để tránh ép vật liệu, điều này sẽ làm tăng mô-men xoắn theo cấp số nhân. Các túi rôto được đánh bóng hoặc phủ bằng vật liệu chống dính như PTFE để giảm độ bám dính. Phốt trục là phốt cơ khí kép có chất lỏng chặn hoặc các đệm được đóng gói bằng chất làm nguội bằng dầu mỡ để ngăn chặn bùn tích tụ tiếp cận các ổ trục.
Máy bơm khoang tiến bộ bao gồm một rôto xoắn ốc đơn (trước đây là “khoang”) quay lệch tâm bên trong một stato xoắn ốc kép được làm bằng chất đàn hồi như cao su tự nhiên, nitrile hoặc EPDM. Khi rôto quay, một loạt các khoang kín được hình thành và tiến dần từ đầu hút đến đầu xả, mang theo bùn theo chúng. Máy bơm được dẫn động bởi một động cơ giảm tốc được nối với rôto thông qua trục truyền động chung. Máy bơm khoang tiến bộ nổi tiếng với khả năng xử lý chất lỏng có hàm lượng chất rắn cao, độ nhớt cao và môi trường nhạy cảm với nhịp đập thấp. Họ có thể bơm bùn với tới 15 % chất rắn khô và độ nhớt vượt quá 100 000 cP, nhưng họ dựa vào sự khớp chặt giữa rôto và stato, điều này chắc chắn sẽ bị mòn.
Về mặt vật lý, van quay là một thiết bị nhỏ gọn, nội tuyến với một bộ phận quay quét vật liệu qua một đường bao cố định. Máy bơm khoang tiến bộ là một thiết bị dài hơn, được gắn trên đường trượt với bộ phận lệch tâm quay cần có hộp đệm và cụm khớp nối. Van quay cung cấp đầu ra thể tích gần như không đổi tỷ lệ thuận với tốc độ. Bơm khoang lũy tiến mang lại dòng chảy trơn tru, không có xung nhưng đầu ra của nó có thể bị lệch khi chất đàn hồi của stato mòn và phồng lên. Những khác biệt này quyết định cách hoạt động của từng thiết bị khi đối mặt với tính chất dạng sợi và sạn của lớp bùn dày.
Tại sao sự lựa chọn giữa van quay và bơm khoang tiến bộ lại quan trọng
Việc lựa chọn sai công nghệ để chuyển bùn dày sẽ gây ra sự gián đoạn trong vận hành và có thể khiến toàn bộ dây chuyền xử lý phải ngừng hoạt động. Hậu quả thể hiện ở ba lĩnh vực quan trọng.
Nguy cơ tắc nghẽn và bản chất của bùn dày
Bùn đô thị sau khi ly tâm thường chứa 18-25% chất rắn khô và có tính chất giống như đất sét cứng. Dư lượng lên men sinh học, chẳng hạn như ngũ cốc chưng cất hoặc sợi nấm kháng sinh, chứa các sợi dài đan xen vào nhau. Trong van quay, thiết kế dạng túi mở cho phép các sợi này được giữ lại bằng các cánh quay và đưa về phía trước. Tuy nhiên, nếu bùn quá khô hoặc đã hình thành lớp vỏ, nó có thể bắc qua cửa vào, làm cạn kiệt các túi. Khi một cây cầu hình thành, rôto sẽ quay trống và cách duy nhất để làm sạch nó là phá cầu bằng tay hoặc bằng máy khoan hỗ trợ. Ngược lại, máy bơm khoang tiến bộ hút bùn qua họng hút. Đoạn thu hẹp và rôto quay có thể hoạt động giống như một máy chà nhám, lấy các sợi và quấn chúng quanh trục truyền động. Lớp bọc này cuối cùng sẽ làm kẹt rôto vào stato, khiến các khớp nối chung bị hỏng. Trong thực tế, cả hai thiết bị đều không tránh khỏi tình trạng tắc nghẽn, nhưng van quay dễ dàng làm sạch hơn vì vỏ có thể mở được và rôto được làm sạch mà không cần ngắt kết nối đường ống. Máy bơm khoang tiến bộ thường yêu cầu tháo rời hoàn toàn để loại bỏ các sợi được bọc khỏi trục truyền động và cửa hút stato.
Ổn định hoạt động dưới tải chất rắn thay đổi
Bùn dày không đồng đều. Một mẻ từ máy ép lọc có thể có 30 % chất rắn, trong khi mẻ tiếp theo là 15 %. Nhu cầu mô-men xoắn của van quay tăng mạnh khi bùn trở nên cứng hơn, nhưng bộ truyền động thủy lực có thể cảm nhận được điều này và giảm tốc độ hoặc dừng lại một cách duyên dáng mà không bị hư hại. Khi tải giảm bớt, van sẽ tiếp tục quay. Máy bơm khoang tiến bộ ít ổn định hơn. Nếu hàm lượng chất rắn tăng vọt, stato có thể bị nén quá mức, làm tăng ma sát giữa rôto và stato đến mức động cơ truyền động bị quá tải và bị ngắt. Việc vấp nhiều lần có thể làm hỏng bộ giảm tốc. Hơn nữa, stato đàn hồi rất nhạy cảm với sự tấn công hóa học từ bùn; nếu có sự thay đổi độ pH hoặc dung môi, stato có thể phồng lên, làm thay đổi độ hở bên trong và gây ra sự mất áp suất đột ngột. Van quay, với các bề mặt tiếp xúc giữa kim loại với kim loại (hoặc được phủ gốm), phần lớn không phụ thuộc vào độ pH và dung môi, mang lại độ ổn định cao hơn qua các biến thể của lô.
Độ phức tạp của việc bảo trì và tính kinh tế của bộ phận hao mòn
Máy bơm khoang tiến bộ có tuổi thọ stator hữu hạn. Trong bùn mài mòn có chứa sạn hoặc cát, stato có thể cần được thay thế sau mỗi 2 000–4 000 giờ. Rôto, thường là thành phần bằng thép cứng hoặc thép không gỉ, có thể hoạt động từ 4.000–8.000 giờ nhưng phải được thay thế khi lớp mạ crom bị mòn. Việc thay thế stato bao gồm việc ngắt kết nối máy bơm, tháo vỏ và ép chất đàn hồi cũ ra—một công việc tốn nhiều công sức có thể mất cả ngày. Mặt khác, van quay bị mòn chủ yếu ở đầu rôto và lỗ khoan vỏ. Với lỗ khoan được làm cứng hoặc lót bằng gốm và các đầu có thể điều chỉnh được, van quay có thể hoạt động trong 12–24 tháng trong dịch vụ xử lý bùn trước khi tiến hành đại tu. Điều chỉnh đầu là vấn đề nới lỏng các vít định vị và đẩy các đầu, một công việc có thể được thực hiện tại chỗ trong thời gian bảo trì ngắn. Đối với các nhà máy có đội ngũ bảo trì hạn chế, việc quản lý hao mòn đơn giản hơn của van quay là một lợi thế mang tính quyết định.
Cách chọn giữa van quay và bơm khoang tiến bộ
Việc lựa chọn phụ thuộc vào tính chất cụ thể của bùn, áp suất xả cần thiết và nguyên tắc bảo trì của nhà máy. Các tình huống sau đây minh họa ứng dụng chính xác của từng công nghệ.
Kịch bản 1 Xả bùn đô thị đã được khử nước từ máy ly tâm
Máy ly tâm xả bùn ở mức 22% chất rắn khô vào phễu cấp liệu cho xe tải. Chất liệu dày dặn nhưng chắc chắn. Một máy cấp liệu khóa khí quay có khe hở đầu 0,8 mm và bộ truyền động thủy lực cung cấp dòng chảy ổn định, được đo cho xe tải mà không bị rung. Các túi mở giúp ngăn ngừa hiện tượng bắc cầu và khoảng hở rộng giúp tránh mô-men xoắn quá mức. Máy bơm khoang tiến bộ cũng có thể xử lý nhiệm vụ này nhưng sẽ tạo ra xung động có thể gây ra hiện tượng bắn tung tóe trong quá trình tải xe tải. Van quay là lựa chọn ưu tiên vì khả năng xả nhẹ nhàng, liên tục.
Kịch bản 2 Dư lượng lên men sinh học với sợi dài
Lò phản ứng sinh học tạo ra cặn chứa 12% chất rắn và sợi nấm dài. Vật liệu có xu hướng quấn quanh bất kỳ trục quay nào. Một máy bơm khoang tiến bộ có đầu vào nghiền và một rôto cứng có thể cắt sợi và bơm bùn một cách hiệu quả. Van quay sẽ nhanh chóng bị quấn, cần phải vệ sinh thường xuyên. Đối với cặn dạng sợi này, bơm khoang tiến bộ là lựa chọn tốt hơn, miễn là nhà máy có thể quản lý việc thay thế stato.
Kịch bản 3 Bùn có hàm lượng chất rắn cao có sạn
Một nhà máy của thành phố xử lý bùn từ hệ thống thoát nước kết hợp có chứa cát và sạn. Grit có tính mài mòn cao. Van quay có lỗ lót bằng gốm và đầu cacbua vonfram xử lý mài mòn tốt. Các đầu có thể được điều chỉnh khi chúng mòn và lỗ khoan bằng gốm bảo vệ vỏ. Máy bơm khoang tiến bộ sẽ bị mài mòn stato nhanh chóng do cát sạn, dẫn đến việc thay stato thường xuyên và tốn kém. Van quay là thiết bị chiến thắng rõ ràng trong dịch vụ xử lý bùn cặn.
Kịch bản 4 Vận chuyển bùn đường dài
Khi bùn phải được bơm qua khoảng cách 200 mét qua đường ống, áp suất xả yêu cầu có thể vượt quá 6 bar. Máy bơm khoang tiến bộ được thiết kế cho các nhiệm vụ áp suất cao như vậy và có thể duy trì dòng chảy trước áp suất ngược đáng kể. Van quay không phải là máy bơm; nó chỉ có thể xả bằng trọng lực hoặc vào băng tải áp suất thấp. Để vận chuyển khoảng cách xa, bắt buộc phải có bơm khoang lũy tiến, thường được đặt trước van quay hoặc bộ cấp liệu kiểu vít để cung cấp nguồn cấp ổn định.
Tình huống 5 Vùng chống cháy nổ hoặc ATEX
Ở những nhà máy mà quá trình thoát khí từ bùn tạo ra bầu không khí dễ cháy, thiết bị phải được chứng nhận ATEX. Máy bơm khoang tiến bộ có nhiều điểm bịt kín và khớp nối vạn năng có thể tạo ra tia lửa nếu không được bảo vệ đúng cách. Van quay có thể được thiết kế với các khe hở chống cháy và các bộ phận được nối đất, giúp chúng dễ dàng được chứng nhận hơn cho Vùng 21/22. Đối với các khu vực nguy hiểm, van quay mang đến giải pháp tuân thủ đơn giản hơn.
Ví dụ ứng dụng
Một nhà máy xử lý nước thải đô thị lớn ở Hà Lan đã vận hành máy bơm khoang tiến bộ để chuyển bùn đặc từ các silo lưu trữ sang máy sấy tầng sôi. Bùn chứa 28% chất rắn khô và nồng độ sợi giấy cao từ chất thải công nghiệp. Trong vòng sáu tháng, các stator của máy bơm cứ sau 1.500 giờ lại bị mòn do sợi bị mài mòn và các trục truyền động thường xuyên bị kẹt. Thời gian ngừng hoạt động để thay thế stato trung bình là 14 giờ cho mỗi sự cố, khiến nhà máy thiệt hại hơn 120.000 Euro hàng năm do mất công suất sấy. Doebritz đã thay thế máy bơm khoang tiến bộ bằng máy cấp liệu khóa khí quay công suất lớn có khe hở đầu 0,7 mm, rôto được phủ PTFE và bộ truyền động thủy lực có bộ hạn chế mô-men xoắn. Các van quay được lắp đặt bên dưới silo, xả trực tiếp lên băng tải cấp liệu cho máy sấy. Thiết kế dạng túi mở giúp loại bỏ lớp bọc bằng sợi và vỏ bọc bằng gốm không cho thấy độ mòn nào có thể đo được sau 18 tháng. Chi phí bảo trì giảm 68% và nhà máy vận hành máy sấy không bị gián đoạn, tăng lượng bùn thải lên 11%.
Câu hỏi thường gặp
Van quay có thể bơm bùn đi quãng đường dài không
Không. Van quay là máy cấp liệu, không phải máy bơm. Nó chỉ có thể xả bùn bằng trọng lực hoặc vào hệ thống áp suất thấp. Để vận chuyển khoảng cách xa, cần có bơm khoang tiến bộ hoặc bơm piston.
Thiết bị nào xử lý hàm lượng chất rắn cao hơn
Máy bơm khoang tiến bộ có thể xử lý tới 15% chất rắn khô khi bơm liên tục, trong khi van quay có thể xử lý tới 40% chất rắn khô theo kiểu dòng chảy cắm, nhưng nhu cầu mô-men xoắn trở nên cực kỳ trên 30%. Đối với chất rắn rất cao, máy ép trục vít hoặc máy đùn thường được sử dụng phía trước van.
Tần suất thay thế stato trong dịch vụ bùn
Trong bùn đô thị điển hình có 20 % chất rắn, tuổi thọ của stato dao động từ 2 000 đến 5 000 giờ. Hạt mài mòn hoặc dung môi có thể rút ngắn thời gian này xuống dưới 1 000 giờ. Thông thường cần điều chỉnh đầu van quay sau mỗi 3.000–6.000 giờ, với việc xây dựng lại toàn bộ rôto sau mỗi 2–3 năm.
Máy bơm khoang tiến bộ có thể chạy khô không
Có thể chạy khô trong thời gian ngắn (vài phút) nhưng không khuyến khích. Chạy khô kéo dài tạo ra nhiệt có thể làm nóng chảy stato đàn hồi. Van quay có thể chịu đựng được thời gian khô ngắn nếu đầu rôto là gốm, nhưng việc chạy khô kéo dài sẽ gây ra sự tiếp xúc giữa kim loại với kim loại và mài mòn nhanh chóng.
Doebritz có sản xuất máy bơm khoang tiến bộ không
Doebritz chuyên về van quay bột và máy cấp liệu khóa khí quay. Chúng tôi không sản xuất máy bơm khoang tiến bộ. Đối với các ứng dụng xử lý bùn mà máy bơm khoang lũy tiến là lựa chọn chính xác, chúng tôi có thể đề xuất các nhà cung cấp đủ tiêu chuẩn và giúp chỉ định vật liệu rôto và stato thích hợp cho đặc tính bùn của bạn.
Phần kết luận
Sự lựa chọn giữa van quay bột và máy bơm khoang tiến bộ để chuyển bùn dày không phải là vấn đề tốt hơn về mặt phổ biến; vấn đề là phải kết hợp công nghệ với đặc tính bùn cụ thể và những hạn chế của nhà máy. Máy bơm khoang tiến bộ vượt trội trong việc bơm bùn dạng sợi, độ ẩm cao trên khoảng cách xa với dòng chảy êm ái, không có xung, nhưng chúng yêu cầu bảo dưỡng stator thận trọng và dễ bị quấn và mài mòn. Máy cấp liệu có khóa khí quay mang lại khả năng chống tắc nghẽn vượt trội đối với bùn dính, có hàm lượng chất rắn cao, bảo trì tại chỗ đơn giản hơn và khả năng chịu đựng sạn và biến đổi hóa học cao hơn nhưng chúng không thể cung cấp áp suất cần thiết để vận chuyển đường ống. Đối với nhiều nhà máy, giải pháp tối ưu là phương pháp kết hợp: một van quay cung cấp nguyên liệu đồng nhất, được định lượng từ phễu hoặc silo, sau đó là bơm khoang tiến bộ để vận chuyển qua đường ống. Hiểu được rủi ro tắc nghẽn, độ ổn định khi vận hành và tính kinh tế của việc bảo trì của từng thiết bị sẽ đảm bảo hệ thống xử lý bùn đáng tin cậy.
Tự tin thiết kế hệ thống xử lý bùn của bạn. Hãy liên hệ với Doebritz Shanghai Co., Ltd. ngay hôm nay để thảo luận về đặc tính bùn của bạn, yêu cầu thông số kỹ thuật van quay dành cho bùn dày hoặc nhận báo giá cho máy cấp liệu khóa khí quay hạng nặng được thiết kế cho dịch vụ cặn sinh hóa hoặc đô thị.
