板框厢式隔膜压滤机
引言
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,河南心连心化肥有限公司(简称心连心化肥)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300~600r/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。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,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
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(见图3)。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(见图4)。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。
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2.5MPa;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[3],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1900kg/m3。
(2)总的过滤面积为:S=V/0.5h(2)式中:h为滤饼厚度,m,取0.03m。
(3)单次循环的过滤面积为[4]:s=kS/n(3)式中:k为选型系数,取1.1;n为压滤机循环
(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55m3,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1h(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282.7m2,选取单台压滤机压滤面积为300m2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。
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