陶瓷圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)的升級(jí)改造

霍 華

1洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽(yáng) 471039

2礦山重型裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽(yáng) 471039

陶 瓷圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)由于具有占地面積小、節(jié)能等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用到電廠石灰石濕法煙氣脫硫的石膏脫水工藝中。運(yùn)行過(guò)程中，具有水凝性的石膏和雜質(zhì)等會(huì)凝固在陶瓷濾板中，使濾板的過(guò)濾效果變差、濾餅含水率變高，即使停機(jī)酸洗，也很難保證濾板的過(guò)濾效率。以此長(zhǎng)期運(yùn)行，設(shè)備的檢修維護(hù)量和備件消耗量極大，嚴(yán)重影響了電廠的穩(wěn)定運(yùn)行。

國(guó)內(nèi)某大型 2×350 MW 超臨界熱電機(jī)組新建時(shí)選擇了 3 臺(tái)陶瓷圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)，投產(chǎn)后濾板過(guò)濾效率衰減嚴(yán)重，處理能力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，吸收塔漿液密度居高不下；濾餅含水率高，石膏回收處理困難；檢修維護(hù)工作量大，人工費(fèi)用大幅上漲?；谝陨蠁?wèn)題，電廠迫切需要進(jìn)行設(shè)備的升級(jí)改造，但陶瓷圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)僅投產(chǎn)半年，不能進(jìn)行整體設(shè)備的更換，只能對(duì)陶瓷圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造。

1 改造前情況

陶瓷圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)型號(hào)為 HX-120-TC，過(guò)濾面積為 80 m2，中心軸轉(zhuǎn)速為 0.1～ 1.0 r/min，主軸電動(dòng)機(jī)功率為 5.5 kW，攪拌轉(zhuǎn)速為 11～ 22 r/min，攪拌電動(dòng)機(jī)功率為 11 kW；輔機(jī)部分配 2BV161 型真空泵，功率為 15 kW，酸洗泵功率為 5.5 kW；外形尺寸為 (長(zhǎng)×寬×高) 6 200 mm×3 530 mm×3 180 mm。過(guò)濾機(jī)濾盤(pán)直徑為 2 360 mm，盤(pán)數(shù)為 14 盤(pán)，每盤(pán)有 12 塊濾板。

陶瓷圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。其過(guò)濾原理是利用抽取陶瓷板內(nèi)腔真空產(chǎn)生與外部的壓差，使懸浮漿液中的固體吸附在陶瓷盤(pán)片上。盤(pán)片為多孔剛玉或碳化硅材質(zhì)，盤(pán)片中布滿了直徑極小的微孔 (0.1～10 μm)[1]，在毛細(xì)作用下微孔中的水阻止了氣體和其他固體顆粒的通過(guò)，充分利用系統(tǒng)中真空達(dá)到固液分離的目的。濾液通過(guò)盤(pán)片、中心軸管道、分配閥及真空受液槽排出。為保證盤(pán)片的過(guò)濾效率，卸餅后，壓縮空氣和凈化水的混合物通過(guò)分配閥進(jìn)入盤(pán)片內(nèi)腔，從內(nèi)而外地對(duì)盤(pán)片進(jìn)行反沖洗；停機(jī)時(shí)，將盤(pán)片浸泡在硝酸溶液內(nèi)，并通過(guò)超聲波振動(dòng)進(jìn)行化學(xué)清洗[2]。

圖1 陶瓷圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Sketch of ceramic disc filter

石灰石粉雜質(zhì)多，工藝水中的酸不溶物指標(biāo)偏高，除塵效果不好，部分粉塵進(jìn)入吸收塔，吸收塔內(nèi)石膏結(jié)晶不佳，以上都會(huì)影響石膏漿液的品質(zhì)，造成石膏晶體顆粒細(xì)而黏，堵塞陶瓷盤(pán)片。一旦堵塞，很難通過(guò)反沖洗和酸洗將其恢復(fù)，大大降低了設(shè)備的利用效率。尤其是在電廠投運(yùn)初期，工藝系統(tǒng)不穩(wěn)定，陶瓷圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)的過(guò)濾問(wèn)題更加明顯。長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，被堵塞的陶瓷盤(pán)片容易被漿液和化學(xué)洗劑腐蝕變脆，運(yùn)行中稍有偏擺就會(huì)被刮刀損壞[3]，甚至出現(xiàn)陶瓷盤(pán)片全部損壞破碎的情況，如圖 2 所示。

圖2 盤(pán)片損壞情況Fig.2 Damage of disc slice

2 升級(jí)改造

針對(duì)目前設(shè)備的運(yùn)行情況，利用圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)的原有槽體、傳動(dòng)部件和主要工藝系統(tǒng)，對(duì)濾盤(pán)裝置、分配閥、吹風(fēng)系統(tǒng)、槽體卸料斗和輔機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，達(dá)到電廠要求 25～ 40 t/h 的處理能力，并且可以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1 濾盤(pán)裝置的升級(jí)改造

2.1.1 過(guò)濾面積

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)陶瓷濾板的有效過(guò)濾面積為 85 m2，電廠實(shí)際要求處理能力為 25～ 40 t/h。根據(jù)處理能力，將 7 盤(pán)濾板進(jìn)行升級(jí) (見(jiàn) 2.1.2)，7 盤(pán)濾板進(jìn)行封堵，如圖 3 所示。改造后，單盤(pán)濾板的有效過(guò)濾面積為5.4 m2，7 盤(pán)共計(jì) 37.8 m2。按現(xiàn)有真空泵抽氣量，改造后過(guò)濾機(jī)的配氣比僅為 0.22 m3/(m2·min)，相對(duì)于傳統(tǒng)真空濾布盤(pán)式過(guò)濾機(jī)，其能耗極低。

圖3 改造后的陶瓷圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)Fig.3 Upgraded ceramic disc filter

2.1.2 濾板

陶瓷圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)每盤(pán)僅 12 片濾板，小端弦長(zhǎng)為310 mm，大端弦長(zhǎng)為 565 mm，濾板長(zhǎng)為 580 mm。原陶瓷濾板為整體燒制，內(nèi)部留有孔道作為濾液匯集流出用，所以整體強(qiáng)度極高。改造后，濾板為整體鋼制 (見(jiàn)圖 4)，兩面有不銹鋼網(wǎng)孔，內(nèi)部需要設(shè)置多道加強(qiáng)肋。尤其在濾板弦長(zhǎng)方向，既要保證濾液流出不受影響，又要避免因強(qiáng)度不夠造成濾板彎折。

圖4 改造后的鋼塑復(fù)合填充濾板Fig.4 Steel-plastic composite filled filtration plate after upgrading

2.1.3 固定方式

為了保障濾板安裝的穩(wěn)定性，原陶瓷濾板采用兩點(diǎn)固定方式，如圖 5(a) 所示，在螺栓壓緊處兩側(cè)設(shè)置凸起，穿過(guò)螺栓后壓緊到中心軸固定環(huán)上。在濾板過(guò)濾平面設(shè)有凸起結(jié)構(gòu)，對(duì)于需要套裝濾布的濾板來(lái)說(shuō)，會(huì)造成濾布安裝不貼合、有褶皺，影響濾布使用壽命。升級(jí)后的濾板為平面設(shè)計(jì)，套裝濾布后，在螺栓位置安裝密封壓環(huán)，如圖 5(b) 所示。壓環(huán)內(nèi)裝有密封膠圈，可以密封開(kāi)孔的濾布；外部為剛性，可以為壓緊濾板提供支撐。濾板的兩側(cè)壓環(huán)通過(guò)硬性連接桿連接，方便安裝。

圖5 陶瓷濾板固定方式的改進(jìn)Fig.5 Upgrading of fixing mode of ceramic filtration plate

2.1.4 導(dǎo)軌

陶瓷圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)直徑僅為 2 360 mm，每盤(pán)只有12 片濾板，單塊濾板的角度為 30°，徑向?qū)挾葹?600 mm。為了保證濾盤(pán)的平整度，根據(jù)濾板結(jié)構(gòu)，在外圈設(shè)計(jì)了彈性較大且質(zhì)量極輕的尾夾式導(dǎo)軌[4]，如圖6 所示。導(dǎo)軌類(lèi)似于彈簧尾夾形式，夾緊相鄰的兩塊濾板，在每塊濾板的中間設(shè)置連接處，拆卸方便。尾夾式導(dǎo)軌為全包式，可以包裹住濾盤(pán)外緣，避免外緣導(dǎo)軌積料。

圖6 尾夾式導(dǎo)軌Fig.6 Tail-clipped rail

2.2 分配閥的改造

改造后的過(guò)濾機(jī)運(yùn)行時(shí)需要低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，以延長(zhǎng)吸干時(shí)間，降低濾餅含水率。但同時(shí)存在一個(gè)矛盾，轉(zhuǎn)速低、吸液時(shí)間長(zhǎng)，濾餅會(huì)變厚，反而不利于降低含水率。為此，對(duì)分配頭進(jìn)行針對(duì)性改造，即使轉(zhuǎn)速很低時(shí)，濾餅仍能控制在一定厚度范圍內(nèi)。

改造前，陶瓷圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)吹風(fēng)區(qū)的作用是卸餅后用壓縮空氣和純凈水的混合物沖洗陶瓷盤(pán)片內(nèi)的微孔，吹風(fēng)時(shí)間越長(zhǎng)，效果越好。改造后，過(guò)濾機(jī)吹風(fēng)區(qū)的作用是對(duì)濾布進(jìn)行再生，類(lèi)似于打碎陶瓷盤(pán)片的過(guò)程，所以對(duì)瞬時(shí)風(fēng)壓及風(fēng)量要求高，因此對(duì)分配閥進(jìn)行改造。改造后將此區(qū)域縮小，通過(guò)與電磁閥配合，每次吹風(fēng)僅吹落一塊濾板上的濾餅。分配閥的改造如圖 7 所示。

圖7 分配閥的改造Fig.7 Upgrading of distributing value

2.3 吹風(fēng)系統(tǒng)的改造

如果設(shè)備在卸餅上采用完全吹風(fēng)卸餅，每次的壓縮空氣吹入都是對(duì)系統(tǒng)真空的消耗，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)造成系統(tǒng)真空度越來(lái)越低，影響過(guò)濾效果。改造時(shí)，采用了雙吹風(fēng)系統(tǒng)卸料[5]，如圖 8 所示。吹風(fēng)系統(tǒng)并聯(lián)接入 A、B 兩路壓縮空氣，A 路有閥門(mén)可以調(diào)整風(fēng)量大小，B 路有常閉電磁閥。電磁閥通過(guò) PLC 控制，每間隔 4 塊濾板打開(kāi)一次[6]。過(guò)濾時(shí)，A 路閥門(mén)一直保持小角度開(kāi)合狀態(tài)，提供較小的壓縮空氣風(fēng)量；兩側(cè)濾板在旋轉(zhuǎn)時(shí)，設(shè)有計(jì)數(shù)裝置，每轉(zhuǎn)過(guò) 4 塊濾板，PLC 控制電磁閥打開(kāi)一次，提供大量的壓縮空氣，完全吹落濾餅，對(duì)濾布進(jìn)行再生。此種方式減少了對(duì)真空的消耗，延長(zhǎng)了濾布的使用壽命，有利于過(guò)濾機(jī)保持穩(wěn)定的處理能力。

圖8 雙吹風(fēng)管路系統(tǒng)Fig.8 Pipeline system with two-way blower

2.4 槽體的改造

通過(guò)上述改造后，圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)濾餅厚且卸餅率高，但陶瓷過(guò)濾機(jī)設(shè)計(jì)的盤(pán)間距較小，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，會(huì)在每盤(pán)槽體的卸料處堆積大量物料，需要檢修人員定時(shí)清理。為此，將卸料斗處未安裝濾板的單槽割除，再用 316L 鋼板進(jìn)行封堵。為保證整體槽體的剛度，封堵后需要在卸料斗周邊焊接加強(qiáng)肋。改造前后的卸料斗如圖 9 所示。

圖9 卸料斗的改造Fig.9 Upgrading of discharging hopper

2.5 輔機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化

現(xiàn)場(chǎng)過(guò)濾機(jī)安裝在 10 m 平臺(tái)，壓縮空氣罐安裝在 1 樓，通過(guò) 1 根 DN15 管道將壓縮空氣輸送到過(guò)濾機(jī)平臺(tái)，串聯(lián) 3 臺(tái)陶瓷圓盤(pán)脫水機(jī)。根據(jù)系統(tǒng)壓縮空氣供量，預(yù)計(jì)即使改為濾布盤(pán)片后，壓縮空氣總量可滿足。但改動(dòng)到最后 1 臺(tái)，即離壓縮空氣管道最遠(yuǎn)的1 臺(tái)，由于在長(zhǎng)時(shí)間吹風(fēng)卸餅時(shí)風(fēng)壓降低，系統(tǒng)管道過(guò)細(xì)，造成瞬時(shí)風(fēng)量不足，所以在最后 1 臺(tái)設(shè)備的壓縮空氣管道進(jìn)口處，增加一段長(zhǎng) 500 mm 的 DN200 管道，以彌補(bǔ)瞬時(shí)風(fēng)量的不足。

為了保證穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)電控系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加PLC 實(shí)現(xiàn)間隔吹風(fēng)。

拆除現(xiàn)場(chǎng)酸洗系統(tǒng)，保留壓縮空氣與清洗水反吹清洗和超聲波洗滌系統(tǒng)，停機(jī)時(shí)可以對(duì)濾布進(jìn)行深度清洗。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)濾板、分配頭和槽體等主機(jī)部件進(jìn)行改造，輔機(jī)系統(tǒng)配合進(jìn)行優(yōu)化，改造后過(guò)濾機(jī)已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行近 2 a，濾餅含水率低，運(yùn)行穩(wěn)定，檢修維護(hù)量低，處理能力滿足電廠使用要求。尤其 1 號(hào)機(jī)組連續(xù)安全運(yùn)行 700 d，即使長(zhǎng)時(shí)間未進(jìn)行漿液置換，仍不影響改造后過(guò)濾機(jī)的脫水。