板框壓濾機在氣化煤灰脫水上的應用

2022/04/26 Category.Technical Literature 653

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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,限公司引進了High efficiency diaphragm filter press,裝置投運后,氣化濾餅含水質量分數可降至 40% ~ 43% 。

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 ~ 600 r/ 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(見圖 2)。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[1] ,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1. 3 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。

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。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。2

Diaphragm type plate and frame filter press

用于濾餅脫水隔膜式板框壓濾機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. 5 MPa;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 ,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1 900 kg / m3 。

(2) 總的過濾面積為: S = V / 0. 5h 次數。

(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 55 m3 ,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 1 h(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. 7 m2 ,選取單臺壓濾機壓濾面積為 300 m2 的標準機型。