洗涤过滤机的开发及工业应用

2022-09-20宋虎王克俊王俊峰郑竞张盼龙

矿山机械 2022年9期

宋虎，王克俊，王俊峰，郑竞，张盼龙

1洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司河南洛阳 471039

2矿山重型装备国家重点实验室河南洛阳 471039

为了满足国家对电厂提出的超洁净排放的强制要求，电厂会对烟气进行脱硫处理，石灰石-石膏法在烟气脱硫实践中的应用最为广泛，它也会生成大量的脱硫石膏。脱硫石膏的产出在全国分布比较均匀，石膏产品消费量大的东部发达地区，脱硫石膏的产量很大，品位一般都在 90% 以上。脱硫石膏的充分利用可以弥补我国高品位天然石膏储量小、产量低、其产品远离消费地的问题。脱硫石膏可以用作建筑用石膏板材、工程临建辅料、水泥厂固化剂等。用作工程临建辅料、水泥厂固化剂时，脱硫石膏内氯离子含量要求较低，可以使用传统立盘过滤机过滤脱水；用作建筑用石膏板材时，其氯离子要满足 GB/T 37785—2019《烟气脱硫石膏》规定，可再利用的烟气脱硫石膏至少三级 (C) 指标 (不大于 600 mg/kg)。烟气脱硫产生的脱硫石膏，其氯离子含量通常大于 20 000 mg/kg，需要对脱硫石膏进行高效充分的洗涤，降低氯离子含量。同时，烟气脱硫所需的原材料中含有杂质，所产生的泥也会对过滤设备过滤效果和烟气脱硫石膏产品的品质产生影响，因而除了洗涤氯离子，还需要洗涤其他的一些杂质。

传统立盘过滤机不具备高效的洗涤功能，无法应用在需要洗涤的脱硫石膏脱水工艺中，为此开发设计了具备高效洗涤功能的洗涤过滤机。

1 洗涤过滤机的开发

滤饼呈多孔结构，在内部总会滞留有一部分母液。滤饼洗涤就是用第二种液体 (洗涤液) 从滤饼中置换出母液的操作。滤饼洗涤的目的主要有 3 个。

(1) 从滤饼中回收有价值的滤液，提高滤液回收率。

(2) 洗涤滤饼中的液体杂质，提高滤渣中固体组分的纯净度。

(3) 用洗涤液溶去滤饼中有价值的成分或有害杂质。

滤饼的洗涤方式通常有以下 3 种。

(1) 置换洗涤用洗涤液洗涤滤饼表面，然后洗涤液穿过滤饼进行置换与传质。

(2) 再化浆洗涤当置换洗涤法无效时，用新鲜洗涤液将滤饼再化成料浆，重新进行过滤，这种过程可多次重复进行，称为再化浆洗涤。

(3) 逐级稀释洗涤滤饼成浆状时，如在浓缩过滤机中，将第一次脱去母液的料浆再用洗液稀释，然后再浓缩过滤，如此稀释—浓缩—再稀释—再浓缩，直到达到洗涤要求的方法称为逐级稀释洗涤法[1]。

设备滤饼洗涤方式可以根据滤饼的不同而合理选择，当滤饼对液体的渗透性良好时，适宜采用淋洗，即置换洗涤；当滤饼对液体的渗透性差或滤饼有龟裂现象时，则先加水浆化再过滤[2]。

洗涤过滤机采用的洗涤方式是置换洗涤，影响洗涤效果和耗水量的主要因素有洗涤装置的结构、滤饼厚度、滤布的堵塞情况等。洗涤过滤机是在无洗涤功能的传统立盘过滤机的基础上开发的一种具有高效洗涤功能的过滤机[3]，主要由集气罩、洗涤装置、槽体、传动装置、滤盘、中心轴、新型刮刀卸料装置、真空吹风切换装置、分配头等部分组成，其主要结构如图 1 所示。

图1 洗涤过滤机的结构Fig.1 Structure of washing filter

1.1 洗涤装置设计

洗涤过滤机采用的洗涤方式是置换洗涤，置换洗涤过程包含置换阶段、中间阶段和传质阶段。中间阶段和传质阶段的存在决定了较多的洗涤次数可以减少洗涤耗水量，但较多的洗涤次数会降低设备单位时间的滤饼产能。兼顾洗涤耗水量和滤饼产能的综合要求，并结合试验数据，确定洗涤过滤机采用三道洗涤过滤技术。

洗涤装置是洗涤过滤机的核心部件，决定了三道洗涤的洗涤水雾化程度和供应量。经过大量的试验研究，确定了三道洗涤的洗涤装置结构，如图 2 所示。根据洗涤水量和现场供水压力，来确定扇形喷头的数量、分布情况和相关管道的直径。每一个洗涤支管管道上均配有手动球阀，进洗涤装置管道上配有流量计。洗涤装置工作时，根据洗涤效果和洗涤用水量，适当调整每个洗涤支管的手动球阀开闭程度，保证洗涤水充分雾化以及用水量在要求范围内。采用该装置时，一般生产情况相对稳定，无需频繁调整每个洗涤支管上的手动球阀。

图2 三道洗涤装置Fig.2 Three-stage washing device

1.2 槽体内刮刀结构设计

滤饼洗涤效果和滤饼的厚度密切相关，滤饼厚度越厚，达到同样的洗涤效果就需要更多的洗涤液。在生产过程中，脱硫石膏的易沉淀和易成饼特性，导致滤饼过厚和滤饼厚度不均匀，严重影响洗涤过滤机的洗涤效果。为了控制滤饼厚度和均匀性，在传统立盘过滤机的滤盘将出液面的槽体位置，设计增加了一套可以调整距离的刮刀装置，如图 3 所示。

图3 可调整的槽体内刮刀装置Fig.3 Controllable in-tank scraper

滤盘上的滤饼在即将离开料浆时，槽体内刮刀对滤饼进行刮刀卸料，保证进入洗涤区域的滤饼厚度均匀一致，有利于稳定洗涤装置的耗水量，避免洗涤装置的频繁调整。

1.3 刮刀卸料装置设计

传统立盘过滤机采用吹风卸料方式，存在系统能耗较高和滤饼返水的问题，不利于实现滤饼高效节能的洗涤，洗涤过滤机采用相对高效节能的刮刀卸料方式。

刮刀到滤布的距离越大，会导致更多的滤饼没有刮下，这部分滤饼将被重新过滤、洗涤，增加了过滤损失[4]。洗涤过滤机采用可调整刮刀卸料，刮刀可以调整到距滤板最近的位置，保证卸料后尽量少的滤饼留在滤盘，以减少洗涤水损失。

刮刀卸料装置如图 4 所示。刮刀座焊接在槽体上，距离调整螺栓通过调整复合刮刀在刮刀座上的位置，来调整复合刮刀到卸饼的距离；角度调整螺栓通过调整复合刮刀在刮刀座上角度，来调整复合刮刀到卸饼的距离以及复合刮刀和滤板的卸料夹角。在复合刮刀调整完成后，使用固定螺栓将复合刮刀固定。

图4 新型刮刀卸料装置Fig.4 New-type scraper unloading device

复合刮刀由上下 2 块钢板和超高分子聚乙烯复合组成，刮刀卸除过滤机上滤饼，而不易破损滤布。距离调整螺栓和角度调整螺栓综合调整复合刮刀，可以提高刮刀卸料的使用效果，延长复合刮刀的使用寿命。

1.4 真空吹风切换装置

洗涤过滤机采用刮刀卸料，设备运行一定时间后，滤布的透气率会逐步降低，过滤机的产能和洗涤效果也相应地降低，需要利用高压风对滤布进行再生。洗涤过滤机通过真空吹风切换装置 (见图 5) 实现滤布定周期循环再生，相对于滤布连续再生，有利于保证过滤产能的稳定性。

图5 真空吹风切换装置Fig.5 Vacuum blowing switch device

真空吹风切换装置将过滤机的真空切换区并联接入两路管路系统，能够根据工作需要、进料量及物料性质的变化进行真空与吹风系统的实时切换[5]。感应开关控制滤布再生系统，正常工作时，吹风阀门关闭，真空阀门开启；当触发螺栓触发感应开关时，真空电磁阀门首先关闭，吹风电磁阀快速开启，压缩风将滤饼卸下，实现一块滤布的再生后，吹风阀门快速关闭，真空阀门开启，进入正常工作状态。依次循环，实现所有滤布的再生和正常工作。

2 应用实践

某电厂脱硫石膏工艺中选用 1 台套 GPYK60-3洗涤过滤机 (见图 6)，设备至今已稳定运行 3 年多，目前洗涤过滤机的各项性能指标全部达到用户要求，设备现场运行数据如表 1 所列。由表 1 可知，脱硫石膏含水率控制在 12% 以下，氯离子含量小于 300 mg/kg，每吨石膏洗涤耗水量平均小于 0.5 t，取得了良好的经济效益。近年来，同类型洗涤过滤机已经成功应用在很多项目现场，具体应用案例如表 2 所列。