引言

廂式自動壓濾機(Plate-and-Frame Filter Press,PFP)是一種間歇性操作的加壓過濾設備,由供料泵將泥水壓入濾室,在濾布上形成濾渣,直至充滿濾室。壓濾過程中,濾液穿過濾布并沿濾板溝槽流至板框邊角通道,經明流(或暗流)方式排出壓濾系統。為了提高濾餅的含固率,利于運輸,常在壓濾機的進料管內通入壓縮空氣將濾料進一步吹干,隨后關閉壓縮空氣,打開壓濾機卸除濾渣,清洗濾布,重新壓緊板、框,開始下一工作循環。壓濾機的工作過程如圖1所示。

近年來對廂式壓濾機的自動控制系統設計的研究較多,利用PLC(Programmable Logic Controller)實現壓濾機自動控制系統的經驗,實現了對壓濾過程的全自動控制和監測。闡述了污泥脫水的工藝流程,并介紹了自控儀表和PLC組成控制系統的控制過程。因板框內物料的含水率在壓濾過程中無法在線監測,使得壓濾設備不能自動判斷板框內物料含水率的變化而自動設置壓濾時間參數,在上述研究中,壓濾工藝各階段運行的時間一般由現場操作人員根據經驗來設定其參數。由于系統內固液分離時間受介質濃度、粒度組成性及介質特性(黏度)等影響較大,需要人工及時調整工藝運行參數的設定,否則可能經常出現壓濾泥餅含水率不理想的情況,所以,廂式壓濾機系統的適時自動停機的控制迄今仍屬于業內的難題。筆者發現壓濾出水的速率可以間接地表征系統內固液分離的情況。本文通過對壓濾出水速率的在線監測,實現了廂式壓濾機自動控制的優化設計。

1現有系統存在的問題以某冷軋薄板廠的廂式壓濾機污泥脫水系統為例。污泥濃縮池每天產生大量的含水率約為97 %左右的酸堿污泥,經過廠內的廂式壓濾機車間壓縮處理至含水率為65 %后外運,其壓濾系統的工藝流程圖如圖2所示。

當壓濾工況開始時,系統進料,壓濾出大量水,并被引入地坑中。其后,壓濾泵保壓進,壓濾出水逐漸減少,保壓一段時間后,關閉進料泵。為了達到污泥外運的含水率要求,壓濾系統在壓榨吹脫階段向進料口通入壓縮空氣進行吹壓,將濾餅內殘留的部分水分吹脫出來以提高濾餅的含固率。隨著時間的延長,壓濾出水的速率逐漸下降至某一數值以內,壓濾工況結束。由于系統進水污泥的含固率經常變化,目前被壓濾后的泥餅含固率是否達到了外運的標準,主要靠操作人員的目測,造成了操作上的諸多不便。以100 t含水率為97 %的污泥在壓縮過程中污泥總量和含水率變化的關系為例,污泥在壓縮過程中一開始產生大量的污水,隨著壓濾時間的延長,單位時間內壓濾出水量越來越少,污泥的含水率在壓濾過程中也逐漸降低，操作人員主要根據壓濾系統中出水量的多少來評判被壓濾的污泥是否已經達到了外運含水率的要求。由于壓濾過程中單位時間內的濾出水量隨著時間的延長越來越少(如圖3所示,污泥的含水率在85 %之后系統的出水速率較小),隨著泥餅含水率的降低,泥餅每降低1 %的含水率所需要消耗的時間更長,這一階段因系統的出水量較少,人工難以判斷,為了保證污泥的含水率達到外運標準,經常會造成壓濾的泥餅過干而浪費大量的壓縮空氣的現象。

2解決方案

2.1優化控制的原理如圖3所示,壓濾出水速率隨著時間的延長逐漸減少,并且與壓濾泥餅的含水率具有相關性。現場觀察壓濾出水地坑的水位,發現壓濾出水收集坑的典型水位變化所示。在壓濾開始的5 min。

2.2廂式壓濾機自動控制系統的優化根據上述分析,可對壓濾工藝的壓榨吹脫階段的自動控制流程做如下優化:(1)打開吹氣閥,壓濾出水進入濾液坑內,濾坑液位開始變化,取液位瞬時值作為基準液位H0(每隔30 s取1次)。(2)設定一比較值c(如5 mm,可根據實際情況調整),將瞬時變化量?c(瞬時值?基準值)與比較值進行比較。(3)當瞬時變化量大于比較值時,說明濾坑液位變化較大,污泥的含水率還在一個較高的水平,繼續保持壓濾狀態。(4)當瞬時變化量小于比較值時,說明濾坑液位變化已趨于平穩,污泥含水率的壓濾已接近完成,如果在一設定時間t1(如5 min,可根據實際情況調整)內,液位情況繼續保持“瞬時變化量小于比較值”狀態,則再延時一設定時間t2(如5 min)后,程序自動關閉吹氣閥,污泥壓濾過程結束。(5)同時,當瞬時變化量?c為負值時,說明坑中液位下降,即立式排污泵啟動階段,該階段不計入有效控制程序內。吹脫階段的工藝流程圖如圖5所示。

2.3板框式壓濾機自動控制系統的運用情況在對原先廂式壓濾機的自動控制系統進行優化整合后,壓濾后的污泥含水率可穩定在65 %以下,同時大大提升了板框的運行效率,節省了人工操作的成本。原先的程序需要操作人員在現場進行停泵、切換壓縮空氣閥門等操作,一旦忘記操作就會浪費大量的壓縮空氣。改造后的系統壓濾過程完全由程序自動控制,不需要靠人工來識別系統的停機時間,板框系統啟動后操作人員即可做其他工作,大大提高了勞動效率。從系統的運行數據上來看,原先該系統的空氣使用量為494 558 m3/月,廢水處理量為58 650 t/月,單位廢水壓縮空氣耗量為8.43 m3/t,改造后3個月的平均數據僅為6.79 m3/t,節約了15 %以上的壓縮空氣用量。可見,本自動控制系統的優化改造是成功有效的,為廂式壓濾機的自動運行控制提供了一種可選擇的技術路線。

3結論與建議通過對廂式壓濾機系統濾液收集坑中水位的在線監測,發現了廂式壓濾機工作狀態與出水速率之間的規律,從而采用壓濾出水速率作為壓濾機運行控制的重要指標,并在此基礎上優化了廂式壓濾系統的自動控制。優化后的廂式壓濾機控制系統與原先的控制系統相比,可節省15 %以上的壓縮空氣用量,并可實現壓濾過程的全程自控。由于近年剛研究開發的高壓隔膜壓濾機的控制系統亦存在設備無法自動識別壓濾終止的問題,本優化方案不僅適用于廂式壓濾機,也適用于高壓隔膜廂式壓濾機系統。

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