引言

隨著我國工業化進程的推進和改革開放的深入，煤化工在國民經濟發展中占有舉足輕重的地位，特別是現代煤化工的發展，與人們的生活息息相關。在“富煤，貧油，少氣”的資源大背景下，大型現代煤化工裝置在國內如雨后春筍，拔地而起，涵蓋化肥、化工、新材料、新能源領域，引領著世界煤化工的發展。作為煤化工發展的關鍵裝置——煤氣化裝置得到了廣泛的推廣和應用。目前國內的煤氣化裝置工藝主要有氣流床加壓氣化和移動床加壓氣化兩大類型，得到廣泛應用的為氣流床加壓氣化技術。粉煤加壓氣化、水煤漿加壓氣化均屬于氣流床范疇，均為水激冷流程，合成氣經過降溫洗滌后送往后工段，激冷洗滌后的高溫高壓灰水經多級閃蒸及絮凝沉淀凈化后循環使用，絮凝沉淀后產生的淤漿經渣漿泵輸送至真空帶式過濾機脫水后外運，脫水后的濾餅水含量約60%左右。因含水量大，濕灰處理難度較大，直接威脅著環保生產。為此，在淤漿處理系統中選擇一套技術成熟、固液分離效果較好的設備迫在眉睫。本文介紹了板框式隔膜壓濾機、帶式脫水機、離心脫水機、真空陶瓷過濾機、真空帶式過濾機等設備的結構和工作原理，并比較了其優缺點，從而尋找出理想設備——板框隔膜壓濾機。同時，介紹了板框隔膜壓濾機在《50萬噸/年二甲醚項目》上的應用經驗和效果。固液分離設備的類型及優缺點固液分離設備在選礦、污水處理、醫藥、化工等行業得到了廣泛的應用，主要類型為板框壓濾機、帶式脫水機、離心脫水機、真空陶瓷過濾機、真空帶式過濾機等設備。

(1)板框式隔膜壓濾機板框式隔膜壓濾機與普通板框式壓濾機的主要區別是兩濾板間增加一層隔膜濾板，濾板材質為增強聚丙烯+TPE彈性體。在加壓入料過濾結束時，將高壓流體介質注入隔膜腔體內，這時整塊隔膜就會脹起擠壓濾餅，實現濾餅的進一步脫水，即壓榨過濾。首先進行加壓進料脫水，一定數量的濾板在高壓油缸壓力的作用下被壓緊，相鄰濾板面之間形成濾室，料漿在進料泵的輸送下進入濾室，料漿中的固體部分被濾布截留形成濾餅，液體透過濾布沿濾板液體通道排出濾室，從而達到固液分離的目的。隨著正壓壓力的增大，固液分離就更徹底。進入漿料正壓脫水之后，向隔膜濾板隔膜腔體內送入高壓流 體（如氣、水），使隔膜脹起擠壓濾餅進一步脫水，叫擠壓脫水。在擠壓脫水之后，壓縮空氣進入濾室濾餅的一側透過濾餅，攜帶水份從濾餅的另一側透過濾布排出濾室而脫水，叫吹風脫水。若濾室兩側面都敷有濾布，則液體部分可透過濾室兩側面的濾布排出濾室，為濾室雙面脫水。脫水結束，解除濾板的壓緊力，逐塊拉開濾板，打開濾室排卸濾為一個工作循環結束。根據過濾物料特性不同，壓濾機可分別設置進料脫水、擠壓脫水、風吹脫水，目的就是最大限度地降低濾餅水份。該裝置采用給料低壓過濾，高壓壓榨，可以減少過濾周期。采用TPET彈性體，最大壓榨壓力將達到2.5MPA，從而使濾餅含水率大大降低。在過濾后期，流量小，壓力高，隔膜功能提高濾餅干度，降低濾餅含水量，隔膜壓榨對給料過濾完成后的濾餅進行二次加壓，使濾餅的密實度增大，提高了干度。 該裝置結構簡單，操作簡便，運行可靠，故障率低，維護保養容易，設備使用壽命長，過濾壓力大，濾餅含水量低。過濾范圍廣，且單位過濾面積占地較少。但該設備不能連續運行，處理量小，濾布消耗大，易堵塞，難以實現連續自動運行。

(2)帶式脫水機帶式脫水機是由上下兩條張緊的濾帶夾帶著污泥層，從有規律排列的輥壓筒中呈S形經過，依靠濾帶本身的張力形成對污泥層的擠壓和剪切，把污泥層中的水份擠壓出來，從而實現污泥脫水。 帶式脫水機由濾帶、輾壓筒、濾帶張緊系統、濾帶調偏系統、濾帶驅動系統和濾帶沖洗系統組成。淤漿注入到輥壓筒之間連續轉動的上下兩塊帶狀濾布上后，濾布的張緊力和軋輥的壓力及剪切力依次作用于夾在兩塊濾布之間的污泥上而進行加壓脫水。脫水后的濾餅由刮泥板剝離，剝離了濾餅后的濾布立即用水清洗，以防止濾布孔眼堵塞，影響過濾速度。利用濾布的張緊力和壓輥的壓力在濾布上對淤漿施加壓力使其脫水，不需要真空或加壓設備，動力消耗少，操作管理方便，可以連續操作，得到了廣泛應用。同時帶式脫水機受污泥負荷波動的影響小，還具有濾料含水率較低，動力消耗低，操作連續性強，操控管理簡單等優點。但濾布易堵塞，需要大量的水清洗，造成二次污染。

(3)離心式脫水機離心脫水機主要由轉筒和帶空心轉軸的螺旋輸送器組成，污泥由空心轉軸送入轉筒后在高速旋轉產生的離心力作用下，立即被甩入轉腔內。污泥顆粒比重較大，因而產生的離心力也較大，被甩貼在轉轂內壁上，形成固體層；水密度小，離心力也小，只在固體層內側產生液體層。固體層的污泥在螺旋輸送器的緩慢推動下，被輸送到轉載的錐端，經轉載周圍的出口連續排出，液體則由堰四溢流排至轉載外，匯集后排出脫水機。離心脫水機單機處理量較大，可達50m3/h以上，處理負荷達1500kg/h，是帶式脫水機的數倍，較適用于大型污水處理廠。離心機占地小，自動化程度高，一般為全封閉型式，利于改善作業環境。

(4)真空陶瓷過濾機真空陶瓷過濾機工作基于毛細微孔的作用原理，采用微孔陶瓷為過濾介質，利用微孔陶瓷的毛細作用原理設計的，在負壓工作狀態下的盤式過濾機。微孔陶瓷板其獨特透水不透氣性能，將陶瓷板內腔抽成真空，與外部形成壓差，使得料槽內漿料在負壓的作用下吸附在陶瓷板上，固體物料被截留在陶瓷板表面，而液體在真空壓差的作用下經陶瓷板微孔順利通過，進入氣液分配裝置外排或循環利用，從而達到了固液分離的目的。真空陶瓷過濾機的特殊陶瓷膜結構決定了它的優勢，強度好、耐磨損、耐腐蝕、使用壽命長。同時，因為其強度好，微孔無變形，技術指標穩定無波動。此外其微孔小，毛細作用強，節約能耗，運行成本低，濾餅水分低，濾液清澈可回用。陶瓷過濾機在工作過程中，微小顆粒易于堵塞陶瓷微孔，運行5-6小時需要進行酸洗浸泡，氣體反沖，清除微孔顆粒，隨著過濾阻力的增加，需要更換濾板。通過對各類不同類型的固液分離設備的性能特點比較分析得出，企業在進行固液分離設備研究選擇時應針對不同的物料特性、操控的難易程度、人員的配備、運行的成本、濾餅的含水率要求、裝置的投入等方面綜合考慮，作出適應本企業發展要求的選擇。為降低氣化濾餅中的含水量，板框式隔膜壓濾機在各類型固液分離設備中具有明顯優勢，過濾后的濾餅比其他過濾方式水含量低，在35%-45%。氣化灰水淤漿是經過高溫灼燒之后激冷所得，內含有灰、渣、煤細顆粒，經過高溫灼燒后的高溫渣在顯微鏡下觀察，會發現為多空玻璃體結構，水份占據了孔隙通道，難以通過壓濾脫水達到繼續脫水的目的，在經過擠壓過濾后進行空氣吹掃，利用干空氣帶走孔隙中的水份，使濾餅中的含水量得到進一步降低，達到轉運參燒的目的。

3.板框隔膜壓濾機在《50萬噸/年二甲醚金項》上的應用2016年8月，安徽昊源化工集團有限公司在阜陽煤基新材料產業園區開展了《50萬噸/年二甲醚項目》。該項目氣頭采用航天爐粉煤加壓氣化技術，兩套?3800氣化爐，單爐有效氣產量為110000Nm3/h。為了處理煤氣化黑水淤漿，經過對各類型的固液分離設備性能及效果評價，我們選用板框隔膜式壓濾機進行淤漿固液分離。

(1)壓濾機的選型計算根據煤氣化工藝物料衡算分析，氣化灰水中粉煤灰每小時干灰量約16t。濾餅比重（約1500kg/m3），濾餅含水率約40%。每天濾餅總量約16X24÷0.6=640t，濾餅總體積約640÷1.5=426m3。

①壓濾機有效使用率：100%；

②壓濾機運行周期：40min/次（估算）一天按24X60/40=36個運行周期核算；

③濾餅厚度：按35mm；

④每個運行周期生產濾餅量：426÷36=11.90m3，即所需壓濾機總處理體積：11.9m3；

⑤所需壓濾機總理論過濾面積數： 11.9÷（0.035÷2）=680㎡根據上述計算結果，最終選用2臺HMZGF550/2000-U壓濾機。

(2)壓濾系統各設備性能參數①板框壓濾機的性能參數②壓濾系統配套設備的性能參數

(3)壓濾工藝過程壓濾系統采用PLC自動控制，實現壓緊、進料、壓榨、吹風、油缸松開、拉板卸料全過程，循環時間約40分鐘，每次下料必須有操作人員現場監控，防止濾布粘料不脫落時，人工輔助，保證下料徹底。

①進料從氣化沉降槽底流泵輸送到淤漿罐的淤漿經淤漿進料泵打入濾板進液口，淤漿充滿過濾室，水透過濾布排出，煤灰渣被濾布截留。

②過濾當進料完畢，利用淤漿進料泵的壓力進入過濾階段。過濾時濾布截留固相，過濾時間的長短隨淤漿的固相含量多少而變化，過濾階段的終點以進料壓力小于等于0.65Mpa。進料和過濾的速度不宜太快，通過進料泵的變頻控制，壓力變化應呈階梯狀上漲。

③壓榨當過濾進料泵停止后進入壓榨階段。膜板內開始輸入壓榨水，膜板膨脹擠壓濾餅，濾液從濾餅中分離。壓榨水進料時，速度也不宜太快，方便膜板內的空氣排出，避免膜板局部受壓變形。壓榨水進料速度也應呈階梯狀上漲，并設 定“保持”時間，給與水從濾餅中分離的時間。壓榨階段以達到1.0MPa設定值結束。

④吹掃卸餅壓榨完成后，壓榨水進料停止，逐漸泄壓到約0.3Mpa時，開始進行進料管線和濾液管線的吹掃。進料管線的淤漿是沒有經過過濾和擠壓的，會被壓縮空氣吹掃回淤漿罐。濾液管線的水，吹到濾液罐。吹掃完后繼續泄壓，到0Mpa時，壓濾機提醒打開卸餅開始。固體濾丙隨著濾板的打開落入下方的接料槽。

⑤循環時間整個壓濾過程循環時間約40分鐘，每小時單臺處理量17.5m3，工作順序為：油缸壓緊（3min）——進料（15min）——壓榨（10min）——吹風兩次（2min）——油缸卸荷（30s）——油缸松開（2min）——拉板卸餅（5min）——壓緊（min）。

(4)板框隔膜壓濾機的應用效果，整體設備運行狀況良好，實現了濾餅含水率40%以下，滿足了系統裝置的長周期，但在系統設計及布局上有待進一步優化和提升。

①設備設計布局上優化由于我公司第一次在系統工藝中選用此設備，在設備布局、材料選擇等方面存在不足，在設備建成投運后，不能正常運行，給予一定的優化。

A.設備下料口與接料斗之間的垂直距離較長，達兩米的位差，致使拉板卸料時5板料在重力作用下自由落體，砸向漏斗底部及皮帶機，造成皮帶機損壞，影響正常運營。為解決此項問題，我們在漏斗下部增上了防砸緩沖箅，同時在皮帶架上增上了皮帶托輥，對皮帶進行支撐，減少對皮帶的沖擊。

B.皮帶選型不合理，按正常連續性運營來計算，選用800型皮帶是沒有問題的，而壓濾機本身就是間歇式運行，且下料過于局部集中，易造成物料脫落，無法運輸。為此，我們在對漏斗進行了縮口，維持生產，同時又增上了1200的皮帶進行改造，滿足了生產的運營。

C.淤漿罐、濾液罐增設遠傳自動料位系統，與給料泵、濾液泵進行連鎖控制，減少操作人員工作量。

②管道閥門材料選用由于氣化黑水淤漿濃度15%-20%，加料泵選用的是渣漿泵，而閥門、管材選用的材料為普通材料，在運行過程中多次出現管道、彎頭、閥門泄漏，增加了維護的難度。為此，管道閥門全部更改為耐磨耐腐蝕的304L材質，有效提高了運行周期。

③易損件的更換由于壓濾屬間歇式循環工作，各部件均有一定的使用周期，我們板框隔膜壓濾機運營一年多來，也進行了維護和更換易損件，現匯總如下：濾布使用周期約6個月，已更換160塊；夾布器廠家配備普通碳鋼材質，因淤漿水的水質問題出現腐蝕銹蝕損壞，已更換35對（單臺77對），全部選用不銹鋼材質；壓榨水管合計39根，已更換9根；隔膜濾板局部出現鼓包現象，總39塊，已更換4塊。

(5)運行現狀該項目于2018年5月進行試運行，經過一年來的磨合優化，目前我公司兩臺套?3800粉煤加壓氣化爐，單爐日投煤量為1650噸，每日產濾餅量約480噸，濾餅含水量在35%-40%之間，淤漿入料量100m3-120m3/h,單套板框式壓濾機即可滿足日常運營，兩套壓濾機交替使用，沒有因為壓濾系統故障影響生產，達到了預期的目的。

4.結束語綜上所述，板塊式隔膜壓濾機是目前解決氣化黑水淤漿系統濾餅含水量高的問題的有效設備，經分離后的濾餅含水量約35%-40%，可以在電煤中摻燒，也可以用廂式車裝車外售做復合建材，有效解決了濾餅堆放、儲存及運輸問題。但我們也應清醒地看到，因自動化程度偏低，且為間歇式循環操作，需要人工適時操控，增加了勞動力用量，增加了人力資源成本。仍需要繼續研發新的固液分離裝備，為煤化工的發展助力。

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