板框压滤机在气化煤灰脱水上的应用

项目

水煤浆气化炉是目前煤化工主流的气化方 式,代表性的炉型有 GE 炉、清华炉、多原料浆炉、 四喷嘴气化炉等,它们以低灰分的水煤浆为原料, 在气化剂的夹带作用下通过喷嘴高速喷入气化炉 内进行短时燃烧,该类型气化炉采用液态排渣的 形式,生成的高温高压煤气在激冷室和煤气洗涤 系统的作用下,大量的灰分和未燃尽的炭粒进入 水洗系统,产生的高温高压黑水通过多级闪蒸回 收热量后成为含固质量分数为 1% ~ 3% 的灰水, 灰水通过在澄清槽里进行絮凝和沉淀,得以净化 从而循环使用。 澄清槽底部排出的含固质量分数 为 8% ~ 10% 浆液往往通过带式压滤机或离心机 等机械脱水后,形成含水质量分数为 60% ~ 75% 的气化细渣滤饼,场地堆存外售或掺入流化床锅 炉消耗。 但随着环保形势的日益严峻,气化煤灰 含水质量分数大、发热量低、环保管控困难,已经 出现滞销,影响到企业的正常生产经营。 为了解决该问题,限公司引进了高效隔膜压滤机,装置投运后,气 化滤饼含水质量分数可降至 40% ~ 43% 。

常用的气化滤饼脱水方式

化工行业内常用的脱水设备为真空带式压滤 机、卧式螺旋卸料离心机(简称卧螺离心机)、陶 瓷过滤机、复合式过滤机,以及煤泥烘干装置等, 但都存在滤饼含水质量分数高、设备故障率高和 运行成本高等缺点。 随着隔膜式板框压滤机近几 年来技术的升级,将隔膜压滤机用于气化细渣脱 水上,制得含水质量分数为 40% ~ 45% 的滤饼满 足下游工段使用需求。

 真空带式压滤机

真空带式压滤机以滤布为过滤介质,采用整 体的环形橡胶带作为真空室。 料浆由布料器均匀 地布在滤布上,当真空室接通真空系统时,在胶带 上形成真空抽滤区,固体颗料被截留在滤布上形 成滤饼。 进入真空室的液体经汽水分离器(排液 罐底部封门处)排出,随着橡胶带的移动,滤饼依 次进入滤饼洗涤区和吸干区,最后滤布与胶带分 开,在卸料辊处由刮刀将滤饼卸出。 真空 带式压滤机运行速度一般控制在 300 ~ 600 r/ min, 该类型压滤机故障率低,但滤饼含水质量分数在 65% ~ 75% 。

离心式压滤机

卧螺离心机主要由高速旋转的转鼓、螺旋 (与转鼓转向相同且转速略低) 和差速器等部件 组成(见图 2)。 当物料进入卧螺离心机转鼓腔 后,高速旋转的转鼓产生强大的离心力,固体颗粒 由于密度大,离心力也大,因此被甩贴在转鼓内壁 上,形成固环层[1] ,而水的密度较小,离心力也 小,只能在固环层内侧形成液环层。 由于螺旋和 转鼓的转速不同,二者存在相对运动 ( 即差转 速),把沉积在转鼓内壁的物料推向转鼓小端出 口处排出,分离出的水从转鼓的另一端排出。 该 设备故障率低,但一次性投资高,且产出滤饼含水1. 3 陶瓷过滤机 陶瓷过滤机是一种脱水设备,主要由陶瓷过 滤板、辊筒系统、搅拌系统、给排矿系统、真空系 统、滤液排放系统、刮料系统、反冲洗系统、联合清 洗系统、全自动控制系统、槽体、机架等组成。

陶瓷过滤机

广泛应用于矿山脱水,安徽某公司在气化滤饼上使用过一台,运行效果一般,主 要是利用陶瓷板的空隙实现物料和水的分离。 陶瓷滤板在吸附气化煤灰等粒度较细的颗粒时,容 易堵塞陶瓷孔,故障率高,同时产生的滤饼含水质 量分数偏高(60% ~ 70% )。

烘干设备处理气化细渣

烘干设备主要是采用蒸汽管回转干燥机对气 化滤饼进行脱水干燥,干燥系统热源为低压饱和 蒸汽,一套蒸汽回转干燥系统一般包括:带式压滤系统、带式输送、蒸汽回转干燥机、布袋除尘器、旋 转卸料器、空气加热器等。 该装置可以 将气化细渣脱水至 10% ~ 30% (含水质量分数), 但缺点是处理成本高达 80 ~ 120 元/ t,且设备磨 损高,泄漏严重。2

隔膜式板框压滤机

用于滤饼脱水隔膜式板框压滤机是由交替排列的滤板和隔 膜滤板组成,是一种间歇性的加压过滤设备,广泛 用于各种悬浮液的固液分离,在强机械力的作用 下紧密地排成一列,然后在进料泵的加压作用下, 完成浆液过滤,之后压榨泵将水注入隔膜腔进 一步使滤饼脱水,最后完成自动卸料过程。 操作 步骤一般为:压紧、进料、压榨、反洗、卸料。 隔膜 式板框压滤机的特点为: 过滤物料压滤的压力最 高在 2. 5 MPa;滤饼含水质量分数更低(比厢式压 滤机降低 5% ~ 10% ); 由于隔膜腔的泄压滤饼 更好脱落。

隔膜式板框压滤机结构和工艺性能

隔膜式板框压滤机整台机器由洗布系统、液 压系统、控制系统、机架、液压翻板系统、压榨系 统、物料储存系统组成。 隔膜板由超强聚丙烯一 次注塑成型,可以最高耐 100 ℃ 料温。 心连心化 肥在进行了多次的市场调研和压滤试验后,决定 使用隔膜式板框压滤机替代现有真空带式压 滤机。水煤浆气化滤饼改造后的工艺流程为:料浆 缓冲槽 →入料泵 →压滤机注入料浆 →腔室 充满 →隔膜压榨 →压榨排水 →吹风 →翻 板打开 →滤板拉开 →卸料 →泥斗。 料浆质量分数为 8% ~ 10% ,处理后滤饼含 水质量分数≤40% 。

 隔膜式板框压滤机技术参数及压滤面积

选择隔膜式板框压滤系统不同于真空带式压滤系 统,其工作方式为间歇式,因此在系统本体需要设 置进料缓冲罐和滤液缓冲罐。 隔膜式板框压滤机 的进料速度与料浆浓度相关,整个进料不是一个 匀速过程:进料初期流量大,基本可以达到料浆泵 的最大流量;末期随着滤室的充满,进料阻力增 大,进料流速趋近零。

 隔膜式板框压滤机压滤面积的确定

压滤面积的确定是整个压滤系统的核心和关 键,原则是必须满足气化灰水最大含固质量分数的 脱水要求 ,思路是通过产生滤饼的含固质量分数 和倒推出质量,依靠进料的含固质量分数计算。

(1) 滤饼体V积=为(:qvρM/ S) / ρ1 (1) 式中:V 为整个滤饼体积,m3 ;qv 为单个周期进料 体积流量,m3 / h;M 为进料含固质量分数,% ;ρ 为 澄清槽底料的密度,kg / m3 ;S 为总过滤面积,m2 ; ρ1 为 压 滤 后 滤 饼 的 常 规 密 度, kg / m3 , 取1 900 kg / m3 。

(2) 总的过滤面积为: S = V / 0. 5h 次数。

(4) 单台压滤机的过滤面积为: sY = s/ m (4) 式中:m 为要求的压滤机数量。 例如单个进料周期的进料量为 55 m3 ,进料 含固质量分数为 8% ,产生的滤饼含水质量分数 为 40% ,压滤周期为 1 h(即 n = 1),则通过上述 公式 计 算, 可 得 需 要 压 滤 机 的 过 滤 面 积 为 282. 7 m2 ,选取单台压滤机压滤面积为 300 m2 的 标准机型。

进料缓冲罐体积的确定

进料缓冲罐体积的选择主要是考虑水平衡, 原则是要满足单个周期进料量,同时需要匹配澄 清槽底料泵和料浆泵的最大流量,确保澄清槽底 料泵可以连续出料,在进料结束压榨和卸料的过 程中,料浆罐不至于出现漫料现象。

压滤厂房位置的选址

为了便于滤饼的利用,可以将厂房选址定于 渣棚或煤场处,但是若公司气化装置远离渣棚和 煤场,则会存在料浆管线吹扫困难,滤液管线结 垢,冲洗费用高的问题。 可以考虑将装置放置在 气化渣水现场,但存在现场卫生管控困难的问题, 具体企业可以根据自身情况进行选择。

隔膜式板框压滤系统配套设备 一套完整的气化滤饼隔膜式板框压滤系统需 要配备的设备,具体可以根据自己的控制需求配置。

结语

1 套气化隔膜式板框压滤系统的建设期为 4个月左右,包括设计选型、材料采购、安装和调试 投运。 隔膜式板框压滤装置在心连心化肥气化系 统成功投运后,将气化细渣成功脱水至含水质量分 数为42% ~45% ,产出的滤饼可以直接与燃料煤掺 烧,也可以直接售卖,大大减轻了公司的环保压力。