引言

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(nèi)進行短時燃燒,該類型氣化爐采用液態(tài)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(tǒng)的作用下,大量的灰分和未燃盡的炭粒進入水洗系統(tǒng),產(chǎn)生的高溫高壓黑水通過多級閃蒸回收熱量后成為含固質(zhì)量分數(shù)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(huán)使用。澄清槽底部排出的含固質(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)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(huán)保形勢的日益嚴峻,氣化煤灰含水質(zhì)量分數(shù)大、發(fā)熱量低、環(huán)保管控困難,已經(jīng)出現(xiàn)滯銷,影響到企業(yè)的正常生產(chǎn)經(jīng)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(zhì)量分數(shù)可降至40%~43%。

常用的氣化濾餅脫水方式

化工行業(yè)內(nèi)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(zhì)量分數(shù)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(shù)的升級,將隔膜壓濾機用于氣化細渣脫水上,制得含水質(zhì)量分數(shù)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(zhì),采用整體的環(huán)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(tǒng)時,在膠帶上形成真空抽濾區(qū),固體顆料被截留在濾布上形成濾餅。進入真空室的液體經(jīng)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(qū)和吸干區(qū),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(zhì)量分數(shù)在65%~75%。

離心式壓濾機

臥螺離心機主要由高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓、螺旋(與轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)向相同且轉(zhuǎn)速略低)和差速器等部件組成。當物料進入臥螺離心機轉(zhuǎn)鼓腔后,高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)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(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上,形成固環(huán)層,而水的密度較小,離心力也小,只能在固環(huán)層內(nèi)側(cè)形成液環(huán)層。由于螺旋和轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速不同,二者存在相對運動(即差轉(zhuǎn)速),把沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁的物料推向轉(zhuǎn)鼓小端出口處排出,分離出的水從轉(zhuǎn)鼓的另一端排出。該設備故障率低,但一次性投資高,且產(chǎn)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(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、給排礦系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、濾液排放系統(tǒng)、刮料系統(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)、聯(lián)合清洗系統(tǒng)、全自動控制系統(tǒng)、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(xiàn)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(chǎn)生的濾餅含水質(zhì)量分數(shù)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(zhuǎn)干燥機對氣化濾餅進行脫水干燥,干燥系統(tǒng)熱源為低壓飽和蒸汽,一套蒸汽回轉(zhuǎn)干燥系統(tǒng)一般包括:帶式壓濾系統(tǒng)、帶式輸送、蒸汽回轉(zhuǎn)干燥機、布袋除塵器、旋轉(zhuǎn)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(zhì)量分數(shù)),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

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2.5MPa;濾餅含水質(zhì)量分數(shù)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(jié)構(gòu)和工藝性能

隔膜式板框壓濾機整臺機器由洗布系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、機架、液壓翻板系統(tǒng)、壓榨系統(tǒng)、物料儲存系統(tǒng)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(diào)研和壓濾試驗后,決定使用隔膜式板框壓濾機替代現(xiàn)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(zhì)量分數(shù)為8%~10%,處理后濾餅含水質(zhì)量分數(shù)≤40%。

隔膜式板框壓濾機技術(shù)參數(shù)及壓濾面積選擇

隔膜式板框壓濾系統(tǒng)不同于真空帶式壓濾系統(tǒng),其工作方式為間歇式,因此在系統(tǒng)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(guān),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(tǒng)的核心和關(guān)鍵,原則是必須滿足氣化灰水最大含固質(zhì)量分數(shù)的脫水要求[3],思路是通過產(chǎn)生濾餅的含固質(zhì)量分數(shù)和倒推出質(zhì)量,依靠進料的含固質(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù),%;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(guī)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(huán)的過濾面積為[4]:s=kS/n(3)式中:k為選型系數(shù),取1.1;n為壓濾機循環(huán)

(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(shù)量。例如單個進料周期的進料量為55m3,進料含固質(zhì)量分數(shù)為8%,產(chǎn)生的濾餅含水質(zhì)量分數(shù)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。

進料緩沖罐體積的確定

進料緩沖罐體積的選擇主要是考慮水平衡,原則是要滿足單個周期進料量,同時需要匹配澄清槽底料泵和料漿泵的最大流量,確保澄清槽底料泵可以連續(xù)出料,在進料結(jié)束壓榨和卸料的過程中,料漿罐不至于出現(xiàn)漫料現(xiàn)象。

壓濾廠房位置的選址

為了便于濾餅的利用,可以將廠房選址定于渣棚或煤場處,但是若公司氣化裝置遠離渣棚和煤場,則會存在料漿管線吹掃困難,濾液管線結(jié)垢,沖洗費用高的問題。可以考慮將裝置放置在氣化渣水現(xiàn)場,但存在現(xiàn)場衛(wèi)生管控困難的問題,具體企業(yè)可以根據(jù)自身情況進行選擇。

隔膜式板框壓濾系統(tǒng)

配套設備一套完整的氣化濾餅隔膜式板框壓濾系統(tǒng)需要配備的設備,具體可以根據(jù)自己的控制需求配置。

結(jié)語

1套氣化隔膜式板框壓濾系統(tǒng)的建設期為4個月左右,包括設計選型、材料采購、安裝和調(diào)試投運。隔膜式板框壓濾裝置在心連心化肥氣化系統(tǒng)成功投運后,將氣化細渣成功脫水至含水質(zhì)量分數(shù)為42%~45%,產(chǎn)出的濾餅可以直接與燃料煤摻燒,也可以直接售賣,大大減輕了公司的環(huán)保壓力。

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