压滤机在煤气化细渣干燥中的应用探索

高志平， 高鹏程， 张增利， 李志林

(新疆天业汇合新材料有限公司， 新疆石河子 832000)

近年来，随着煤化工的快速发展，煤气化技术日趋成熟，大量煤化工项目投产投用，能耗和环保问题成了制约煤气化发展的关键，煤渣的处理逐渐成为行业关注的焦点。

1 工艺介绍

气化煤渣主要分为粗渣和细渣两种，其中粗渣在气化反应后随着排渣系统排出气化炉，经过捞渣机、振动筛脱水后由渣车送出界区。细渣的主要成分为浮灰，随着黑水一起进入黑水处理系统，在经过三级闪蒸回收热量和闪蒸气后进入沉降槽，在絮凝剂的作用下进行沉降，之后通过输送泵送往细渣干燥系统。粗渣、细渣生产来源见图1。细渣含碳质量分数为30%～50%，热值较高，具有一定的再利用价值。

2 真空带式过滤机

细渣特殊孔隙结构使其含水脱除比较困难，这也是影响细渣运输和再利用的重要因素。目前主要的煤气化细渣干燥设备为真空带式过滤机，其脱水后细渣的含水质量分数在69%左右。

2.1 设备组成

真空带式过滤机系统主要由真空脱水过滤系统、橡胶带、滤布、动力驱动装置、卸料装置等部件组成[1]。橡胶带和滤布为封闭的带式环形结构，安装在驱动轮和从动轮上循环工作。

2.2 工作原理

细渣浆料通过加料装置均匀分布在向前移动的滤布上，滤水透过滤布进入集液槽，细渣在滤布上形成均匀的滤饼，在真空作用下干燥后进入卸料装置。滤布和橡胶带经从动轮后相互结合形成抽滤空间，当抽滤完成，两者经驱动轮后相互分离，橡胶带继续回转至从动轮。滤布则进行卸料，之后再经过清洗再生和一系列纠偏后进入下一个过滤周期。真空带式过滤机干燥工艺流程见图2。

图2 真空带式过滤机干燥工艺流程简图

2.3 真空带式过滤机干燥数据

真空带式过滤机生产连续性强、自动化程度高、劳动强度低。由于是借助滤布上的滤饼进行真空密封，一旦滤饼裂缝，就会出现破真空现象，所以负压有限，适合干燥孔隙结构欠发达的带水物料。在真空脱水后，虽然煤气化细渣表面水分被脱除，但其孔隙结构发达，其间还有大量的水难以去除。装车运输时，物料孔隙内水被挤压流出，造成运输困难，尤其是冬季还会导致道路结冰。

表1 真空带式过滤机干燥数据

3 板框式隔膜压榨压滤机

针对真空带式过滤机难以彻底脱出细渣孔隙内水分问题，为降低煤气化细渣含水量并探究细渣再利用价值，采用板框式隔膜压榨压滤机进行细渣干燥试验[2]。

3.1 滤饼负压脱水方案

3.1.1 工作原理

板框式隔膜压榨压滤机系统主要由进料泵、滤板、液压压紧系统、压榨系统、滤布清洗系统、真空系统和统滤液回收装置等组成(见图3)。

图3 板框式隔膜压榨压滤机系统示意图

整个压滤过程主要分为4个阶段，即过滤、压滤、压榨、真空除水。通过过滤的方式先将固体颗粒从水中分离出来，截留在滤布间，再通过挤压的方式脱除细渣中的水分，最后在真空条件下脱除残留在滤饼上的水。

板框式隔膜压榨压滤机由交替的滤板和隔膜滤板组成，压榨水管线安装在隔膜滤板上，滤布安装在滤板表面，两块滤板间形成压滤空间。进料泵将细渣浆料送入压滤机滤板间，滤水透过滤布从板框排水孔排出，固体颗粒在滤布间沉积。当固体颗粒充满整个滤布，过滤结束并进入压滤阶段。此时压滤机压力上升，当上升至指定压力时，关闭进料阀。启动压榨泵，给隔膜滤板冲压，滤板间滤饼被进一步挤压。当压力达到设定值时，停压榨泵保压，当滤板不再有水排出时，泄压并启动真空系统，滤饼上一定温度的水分在负压下被进一步脱除。

3.1.2 试验设备

本试验采用公司现有板框式隔膜压榨压滤机装置，另外增加负压工艺。压滤机主要参数：过滤面积为150 m2，滤室容积为2.25 m3，过滤压力为0.60 MPa，压榨压力为0.95 MPa，配套真空度为0.06 MPa。

3.1.3 试验数据与分析

压滤机干燥试验数据见表2。

表2 压滤机干燥试验数据表

压滤机为间歇式进料设备，要求进料系统要有一定的缓冲能力，自动化程度相对较低。由压滤机实验数据可知：在配套真空系统的压滤工艺中，其滤饼含水质量分数为59.05%，相对带式过滤机的滤饼含水质量分数下降了10.51%，在细渣干燥处理工艺中优势较为明显。

3.2 滤饼正压吹扫脱水方案

本试验方案采用压滤和风干相结合的干燥方式，利用压缩空气吹扫代替真空系统进行滤饼脱水。吹扫方式为正吹和反吹，通过改变不同的吹扫时间，测试滤饼脱水的效果。

3.2.1 试验设备

采用压滤机试验样机在生产现场进行细渣干燥试验。样机主要参数：过滤面积为2 m2，滤腔深度为30 mm，高压风压力为0.5 MPa，隔膜压榨压力为0.5 MPa。

3.2.2 试验数据和分析

吹风时间与含水质量分数对应见表3，压滤机与带式过滤机的滤饼含水质量分数对比见图4。

表3 吹风时间与含水质量分数对应表

图4 压滤机与带式过滤机的滤饼含水质量分数对比图

由试验数据可知：采用压滤和高压风干组合的干燥方案，可使滤饼含水质量分数约为52%；采用压滤和真空组合的方案，可使滤饼含水质量分数约为59%。较高的含水量主要是由于细渣发达的孔隙结构所导致。比较现有真空带式过滤机干燥的细渣含水质量分数为69.56%，含水质量分数下降18%左右。其表观干燥程度比较理想，经过长达7 d的挤压堆放(渣堆高度约为1.5 m)未见有液态水析出，同时在装车运输过程中，也未发现有流水现象。试验达到预期目标，能够解决细渣运输过程流水的难题，为长距离运输和再利用创造良好的条件。

4 立式全自动压滤机

立式全自动压滤机的原理与卧式压滤机相同，不同的是滤板采用竖向排列。滤布在滤板间呈“S”型排布，两面交替过滤。滤板两端装有卸料装置，在压滤结束后，液压系统收紧，滤板松开，滤布开始运动，滤布上的滤饼被卸料装置卸下进入下料装置[3-4]，滤布进入清洗系统后重新上线压滤(见图5)。

图5 立式压滤机工作流程简图

立式全自动压滤机中，各滤室单独进料，有效缩短时间，提高了处理能力；设计有独特的全自动卸料装置，可靠性强，无需人工干预；采用四立柱框架式结构，材质为全钢滤板，经久耐用；压滤机主体全封闭式设计，配套除尘系统，高压吹风和滤液回收均以暗流形式排出，有效改善了作业现场环境。立式全自动压滤机具备处理能力大、自动化程度高、设备占地面积小、滤饼含水质量分数低等优点，其推广主要受限于复杂的结构和昂贵的投资、维护成本。

5 结语

煤气化产能逐渐提高，要求细渣处理产量大、连续性强。目前煤气化行业细渣主要采用真空带式过滤机进行干燥。随着固废再利用技术的发展，高含水量的细渣难以满足生产要求。

压滤机在煤气化细渣干燥中的应用尚处在研究探索阶段，但其用于细渣脱水效果较为理想。随着压滤机处理能力和自动化程度的提高，将被广泛应用于煤气化细渣干燥工艺中。