板框壓濾機在氣化煤灰脫水上的應用研究

2022/05/09 Category.Technical Literature 815

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水煤漿氣化爐是目前煤化工主流的氣化方式,代表性的爐型有GE爐、清華爐、多原料漿爐、四噴嘴氣化爐等,它們以低灰分的水煤漿為原料,在氣化劑的夾帶作用下通過噴嘴高速噴入氣化爐內進行短時燃燒,該類型氣化爐采用液態排渣的形式,生成的高溫高壓煤氣在激冷室和煤氣洗滌系統的作用下,大量的灰分和未燃盡的炭粒進入水洗系統,產生的高溫高壓黑水通過多級閃蒸回收熱量后成為含固質量分數為1%~3%的灰水,灰水通過在澄清槽里進行絮凝和沉淀,得以凈化從而循環使用。澄清槽底部排出的含固質量分數為8%~10%漿液往往通過帶式壓濾機或離心機等機械脫水后,形成含水質量分數為60%~75%的氣化細渣濾餅,場地堆存外售或摻入流化床鍋爐消耗。但隨著環保形勢的日益嚴峻,氣化煤灰含水質量分數大、發熱量低、環保管控困難,已經出現滯銷,影響到企業的正常生產經營。為了解決該問題,河南心連心化肥有限公司(簡稱心連心化肥)引進了高效隔膜壓濾機,裝置投運后,氣化濾餅含水質量分數可降至40%~43%。

板框壓濾機在氣化煤灰脫水上的應用研究-板框廂式隔膜壓濾機

常用的氣化濾餅脫水方式

化工行業內常用的脫水設備為真空帶式壓濾機、臥式螺旋卸料離心機(簡稱臥螺離心機)、陶瓷過濾機、復合式過濾機,以及煤泥烘干裝置等,但都存在濾餅含水質量分數高、設備故障率高和運行成本高等缺點。隨著隔膜式板框壓濾機近幾年來技術的升級,將隔膜壓濾機用于氣化細渣脫水上,制得含水質量分數為40%~45%的濾餅滿足下游工段使用需求。

真空帶式壓濾機

真空帶式壓濾機以濾布為過濾介質,采用整體的環形橡膠帶作為真空室。料漿由布料器均勻地布在濾布上,當真空室接通真空系統時,在膠帶上形成真空抽濾區,固體顆料被截留在濾布上形成濾餅。進入真空室的液體經汽水分離器(排液罐底部封門處)排出,隨著橡膠帶的移動,濾餅依次進入濾餅洗滌區和吸干區,最后濾布與膠帶分開,在卸料輥處由刮刀將濾餅卸出。真空帶式壓濾機運行速度一般控制在300~600r/min,該類型壓濾機故障率低,但濾餅含水質量分數在65%~75%。

離心式壓濾機

臥螺離心機主要由高速旋轉的轉鼓、螺旋(與轉鼓轉向相同且轉速略低)和差速器等部件組成。當物料進入臥螺離心機轉鼓腔后,高速旋轉的轉鼓產生強大的離心力,固體顆粒由于密度大,離心力也大,因此被甩貼在轉鼓內壁上,形成固環層,而水的密度較小,離心力也小,只能在固環層內側形成液環層。由于螺旋和轉鼓的轉速不同,二者存在相對運動(即差轉速),把沉積在轉鼓內壁的物料推向轉鼓小端出口處排出,分離出的水從轉鼓的另一端排出。該設備故障率低,但一次性投資高,且產出濾餅含水

陶瓷過濾機

陶瓷過濾機是一種脫水設備,主要由陶瓷過濾板、輥筒系統、攪拌系統、給排礦系統、真空系統、濾液排放系統、刮料系統、反沖洗系統、聯合清洗系統、全自動控制系統、槽體、機架等組成(見圖3)。陶瓷過濾機廣泛應用于礦山脫水,安徽某公司在氣化濾餅上使用過一臺,運行效果一般,主要是利用陶瓷板的空隙實現物料和水的分離。陶瓷濾板在吸附氣化煤灰等粒度較細的顆粒時,容易堵塞陶瓷孔,故障率高,同時產生的濾餅含水質量分數偏高(60%~70%)

烘干設備處理氣化細渣

烘干設備主要是采用蒸汽管回轉干燥機對氣化濾餅進行脫水干燥,干燥系統熱源為低壓飽和蒸汽,一套蒸汽回轉干燥系統一般包括:帶式壓濾系統、帶式輸送、蒸汽回轉干燥機、布袋除塵器、旋轉卸料器、空氣加熱器等(見圖4)。該裝置可以將氣化細渣脫水至10%~30%(含水質量分數),但缺點是處理成本高達80~120元/t,且設備磨損高,泄漏嚴重。

隔膜式板框壓濾機用于濾餅脫水

Diaphragm type plate and frame filter press是由交替排列的濾板和隔膜濾板組成,是一種間歇性的加壓過濾設備,廣泛用于各種懸浮液的固液分離,在強機械力的作用下緊密地排成一列,然后在進料泵的加壓作用下,完成漿液過濾,之后壓榨泵將水注入隔膜腔進一步使濾餅脫水,最后完成自動卸料過程。操作步驟一般為:壓緊、進料、壓榨、反洗、卸料。隔膜式板框壓濾機的特點為:過濾物料壓濾的壓力最高在2.5MPa;濾餅含水質量分數更低(比廂式壓濾機降低5%~10%);由于隔膜腔的泄壓濾餅更好脫落。

隔膜式板框壓濾機結構和工藝性能

隔膜式板框壓濾機整臺機器由洗布系統、液壓系統、控制系統、機架、液壓翻板系統、壓榨系統、物料儲存系統組成。隔膜板由超強聚丙烯一次注塑成型,可以最高耐100℃料溫。心連心化肥在進行了多次的市場調研和壓濾試驗后,決定使用隔膜式板框壓濾機替代現有真空帶式壓濾機。水煤漿氣化濾餅改造后的工藝流程為:料漿緩沖槽→入料泵→壓濾機注入料漿→腔室充滿→隔膜壓榨→壓榨排水→吹風→翻板打開→濾板拉開→卸料→泥斗。料漿質量分數為8%~10%,處理后濾餅含水質量分數≤40%。

隔膜式板框壓濾機技術參數及壓濾面積選擇

隔膜式板框壓濾系統不同于真空帶式壓濾系統,其工作方式為間歇式,因此在系統本體需要設置進料緩沖罐和濾液緩沖罐。隔膜式板框壓濾機的進料速度與料漿濃度相關,整個進料不是一個勻速過程:進料初期流量大,基本可以達到料漿泵的最大流量;末期隨著濾室的充滿,進料阻力增大,進料流速趨近零。

隔膜式板框壓濾機壓濾面積的確定

壓濾面積的確定是整個壓濾系統的核心和關鍵,原則是必須滿足氣化灰水最大含固質量分數的脫水要求[3],思路是通過產生濾餅的含固質量分數和倒推出質量,依靠進料的含固質量分數計算。

(1)濾餅體V積=為(:qvρM/S)/ρ1(1)式中:V為整個濾餅體積,m3;qv為單個周期進料體積流量,m3/h;M為進料含固質量分數,%;ρ為澄清槽底料的密度,kg/m3;S為總過濾面積,m2;ρ1為壓濾后濾餅的常規密度,kg/m3,取1900kg/m3。

(2)總的過濾面積為:S=V/0.5h(2)式中:h為濾餅厚度,m,取0.03m。

(3)單次循環的過濾面積為[4]:s=kS/n(3)式中:k為選型系數,取1.1;n為壓濾機循環

(4)單臺壓濾機的過濾面積為:sY=s/m(4)式中:m為要求的壓濾機數量。例如單個進料周期的進料量為55m3,進料含固質量分數為8%,產生的濾餅含水質量分數為40%,壓濾周期為1h(即n=1),則通過上述公式計算,可得需要壓濾機的過濾面積為282.7m2,選取單臺壓濾機壓濾面積為300m2的標準機型。