洗滌過濾機(jī)的開發(fā)及工業(yè)應(yīng)用

宋虎，王克俊，王俊峰，鄭競，張盼龍

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

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

為了滿足國家對電廠提出的超潔凈排放的強(qiáng)制要求，電廠會對煙氣進(jìn)行脫硫處理，石灰石-石膏法在煙氣脫硫?qū)嵺`中的應(yīng)用最為廣泛，它也會生成大量的脫硫石膏。脫硫石膏的產(chǎn)出在全國分布比較均勻，石膏產(chǎn)品消費(fèi)量大的東部發(fā)達(dá)地區(qū)，脫硫石膏的產(chǎn)量很大，品位一般都在 90% 以上。脫硫石膏的充分利用可以彌補(bǔ)我國高品位天然石膏儲量小、產(chǎn)量低、其產(chǎn)品遠(yuǎn)離消費(fèi)地的問題。脫硫石膏可以用作建筑用石膏板材、工程臨建輔料、水泥廠固化劑等。用作工程臨建輔料、水泥廠固化劑時(shí)，脫硫石膏內(nèi)氯離子含量要求較低，可以使用傳統(tǒng)立盤過濾機(jī)過濾脫水；用作建筑用石膏板材時(shí)，其氯離子要滿足 GB/T 37785—2019《煙氣脫硫石膏》規(guī)定，可再利用的煙氣脫硫石膏至少三級 (C) 指標(biāo) (不大于 600 mg/kg)。煙氣脫硫產(chǎn)生的脫硫石膏，其氯離子含量通常大于 20 000 mg/kg，需要對脫硫石膏進(jìn)行高效充分的洗滌，降低氯離子含量。同時(shí)，煙氣脫硫所需的原材料中含有雜質(zhì)，所產(chǎn)生的泥也會對過濾設(shè)備過濾效果和煙氣脫硫石膏產(chǎn)品的品質(zhì)產(chǎn)生影響，因而除了洗滌氯離子，還需要洗滌其他的一些雜質(zhì)。

傳統(tǒng)立盤過濾機(jī)不具備高效的洗滌功能，無法應(yīng)用在需要洗滌的脫硫石膏脫水工藝中，為此開發(fā)設(shè)計(jì)了具備高效洗滌功能的洗滌過濾機(jī)。

1 洗滌過濾機(jī)的開發(fā)

濾餅呈多孔結(jié)構(gòu)，在內(nèi)部總會滯留有一部分母液。濾餅洗滌就是用第二種液體 (洗滌液) 從濾餅中置換出母液的操作。濾餅洗滌的目的主要有 3 個(gè)。

(1) 從濾餅中回收有價(jià)值的濾液，提高濾液回收率。

(2) 洗滌濾餅中的液體雜質(zhì)，提高濾渣中固體組分的純凈度。

(3) 用洗滌液溶去濾餅中有價(jià)值的成分或有害雜質(zhì)。

濾餅的洗滌方式通常有以下 3 種。

(1) 置換洗滌 用洗滌液洗滌濾餅表面，然后洗滌液穿過濾餅進(jìn)行置換與傳質(zhì)。

(2) 再化漿洗滌 當(dāng)置換洗滌法無效時(shí)，用新鮮洗滌液將濾餅再化成料漿，重新進(jìn)行過濾，這種過程可多次重復(fù)進(jìn)行，稱為再化漿洗滌。

(3) 逐級稀釋洗滌 濾餅成漿狀時(shí)，如在濃縮過濾機(jī)中，將第一次脫去母液的料漿再用洗液稀釋，然后再濃縮過濾，如此稀釋—濃縮—再稀釋—再濃縮，直到達(dá)到洗滌要求的方法稱為逐級稀釋洗滌法[1]。

設(shè)備濾餅洗滌方式可以根據(jù)濾餅的不同而合理選擇，當(dāng)濾餅對液體的滲透性良好時(shí)，適宜采用淋洗，即置換洗滌；當(dāng)濾餅對液體的滲透性差或?yàn)V餅有龜裂現(xiàn)象時(shí)，則先加水漿化再過濾[2]。

洗滌過濾機(jī)采用的洗滌方式是置換洗滌，影響洗滌效果和耗水量的主要因素有洗滌裝置的結(jié)構(gòu)、濾餅厚度、濾布的堵塞情況等。洗滌過濾機(jī)是在無洗滌功能的傳統(tǒng)立盤過濾機(jī)的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種具有高效洗滌功能的過濾機(jī)[3]，主要由集氣罩、洗滌裝置、槽體、傳動裝置、濾盤、中心軸、新型刮刀卸料裝置、真空吹風(fēng)切換裝置、分配頭等部分組成，其主要結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

圖1 洗滌過濾機(jī)的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of washing filter

1.1 洗滌裝置設(shè)計(jì)

洗滌過濾機(jī)采用的洗滌方式是置換洗滌，置換洗滌過程包含置換階段、中間階段和傳質(zhì)階段。中間階段和傳質(zhì)階段的存在決定了較多的洗滌次數(shù)可以減少洗滌耗水量，但較多的洗滌次數(shù)會降低設(shè)備單位時(shí)間的濾餅產(chǎn)能。兼顧洗滌耗水量和濾餅產(chǎn)能的綜合要求，并結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定洗滌過濾機(jī)采用三道洗滌過濾技術(shù)。

洗滌裝置是洗滌過濾機(jī)的核心部件，決定了三道洗滌的洗滌水霧化程度和供應(yīng)量。經(jīng)過大量的試驗(yàn)研究，確定了三道洗滌的洗滌裝置結(jié)構(gòu)，如圖 2 所示。根據(jù)洗滌水量和現(xiàn)場供水壓力，來確定扇形噴頭的數(shù)量、分布情況和相關(guān)管道的直徑。每一個(gè)洗滌支管管道上均配有手動球閥，進(jìn)洗滌裝置管道上配有流量計(jì)。洗滌裝置工作時(shí)，根據(jù)洗滌效果和洗滌用水量，適當(dāng)調(diào)整每個(gè)洗滌支管的手動球閥開閉程度，保證洗滌水充分霧化以及用水量在要求范圍內(nèi)。采用該裝置時(shí)，一般生產(chǎn)情況相對穩(wěn)定，無需頻繁調(diào)整每個(gè)洗滌支管上的手動球閥。

圖2 三道洗滌裝置Fig.2 Three-stage washing device

1.2 槽體內(nèi)刮刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

濾餅洗滌效果和濾餅的厚度密切相關(guān)，濾餅厚度越厚，達(dá)到同樣的洗滌效果就需要更多的洗滌液。在生產(chǎn)過程中，脫硫石膏的易沉淀和易成餅特性，導(dǎo)致濾餅過厚和濾餅厚度不均勻，嚴(yán)重影響洗滌過濾機(jī)的洗滌效果。為了控制濾餅厚度和均勻性，在傳統(tǒng)立盤過濾機(jī)的濾盤將出液面的槽體位置，設(shè)計(jì)增加了一套可以調(diào)整距離的刮刀裝置，如圖 3 所示。

圖3 可調(diào)整的槽體內(nèi)刮刀裝置Fig.3 Controllable in-tank scraper

濾盤上的濾餅在即將離開料漿時(shí)，槽體內(nèi)刮刀對濾餅進(jìn)行刮刀卸料，保證進(jìn)入洗滌區(qū)域的濾餅厚度均勻一致，有利于穩(wěn)定洗滌裝置的耗水量，避免洗滌裝置的頻繁調(diào)整。

1.3 刮刀卸料裝置設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)立盤過濾機(jī)采用吹風(fēng)卸料方式，存在系統(tǒng)能耗較高和濾餅返水的問題，不利于實(shí)現(xiàn)濾餅高效節(jié)能的洗滌，洗滌過濾機(jī)采用相對高效節(jié)能的刮刀卸料方式。

刮刀到濾布的距離越大，會導(dǎo)致更多的濾餅沒有刮下，這部分濾餅將被重新過濾、洗滌，增加了過濾損失[4]。洗滌過濾機(jī)采用可調(diào)整刮刀卸料，刮刀可以調(diào)整到距濾板最近的位置，保證卸料后盡量少的濾餅留在濾盤，以減少洗滌水損失。

刮刀卸料裝置如圖 4 所示。刮刀座焊接在槽體上，距離調(diào)整螺栓通過調(diào)整復(fù)合刮刀在刮刀座上的位置，來調(diào)整復(fù)合刮刀到卸餅的距離；角度調(diào)整螺栓通過調(diào)整復(fù)合刮刀在刮刀座上角度，來調(diào)整復(fù)合刮刀到卸餅的距離以及復(fù)合刮刀和濾板的卸料夾角。在復(fù)合刮刀調(diào)整完成后，使用固定螺栓將復(fù)合刮刀固定。

圖4 新型刮刀卸料裝置Fig.4 New-type scraper unloading device

復(fù)合刮刀由上下 2 塊鋼板和超高分子聚乙烯復(fù)合組成，刮刀卸除過濾機(jī)上濾餅，而不易破損濾布。距離調(diào)整螺栓和角度調(diào)整螺栓綜合調(diào)整復(fù)合刮刀，可以提高刮刀卸料的使用效果，延長復(fù)合刮刀的使用壽命。

1.4 真空吹風(fēng)切換裝置

洗滌過濾機(jī)采用刮刀卸料，設(shè)備運(yùn)行一定時(shí)間后，濾布的透氣率會逐步降低，過濾機(jī)的產(chǎn)能和洗滌效果也相應(yīng)地降低，需要利用高壓風(fēng)對濾布進(jìn)行再生。洗滌過濾機(jī)通過真空吹風(fēng)切換裝置 (見圖 5) 實(shí)現(xiàn)濾布定周期循環(huán)再生，相對于濾布連續(xù)再生，有利于保證過濾產(chǎn)能的穩(wěn)定性。

圖5 真空吹風(fēng)切換裝置Fig.5 Vacuum blowing switch device

真空吹風(fēng)切換裝置將過濾機(jī)的真空切換區(qū)并聯(lián)接入兩路管路系統(tǒng)，能夠根據(jù)工作需要、進(jìn)料量及物料性質(zhì)的變化進(jìn)行真空與吹風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)切換[5]。感應(yīng)開關(guān)控制濾布再生系統(tǒng)，正常工作時(shí)，吹風(fēng)閥門關(guān)閉，真空閥門開啟；當(dāng)觸發(fā)螺栓觸發(fā)感應(yīng)開關(guān)時(shí)，真空電磁閥門首先關(guān)閉，吹風(fēng)電磁閥快速開啟，壓縮風(fēng)將濾餅卸下，實(shí)現(xiàn)一塊濾布的再生后，吹風(fēng)閥門快速關(guān)閉，真空閥門開啟，進(jìn)入正常工作狀態(tài)。依次循環(huán)，實(shí)現(xiàn)所有濾布的再生和正常工作。

2 應(yīng)用實(shí)踐

某電廠脫硫石膏工藝中選用 1 臺套 GPYK60-3洗滌過濾機(jī) (見圖 6)，設(shè)備至今已穩(wěn)定運(yùn)行 3 年多，目前洗滌過濾機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)全部達(dá)到用戶要求，設(shè)備現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)如表 1 所列。由表 1 可知，脫硫石膏含水率控制在 12% 以下，氯離子含量小于 300 mg/kg，每噸石膏洗滌耗水量平均小于 0.5 t，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。近年來，同類型洗滌過濾機(jī)已經(jīng)成功應(yīng)用在很多項(xiàng)目現(xiàn)場，具體應(yīng)用案例如表 2 所列。

圖6 洗滌過濾機(jī)使用現(xiàn)場Fig.6 Application field of washing filter

表1 洗滌過濾機(jī)現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)總匯Tab.1 Summarization of field operation data of washing filter

表2 洗滌過濾機(jī)的典型應(yīng)用案例Tab.2 Typical application cases of washing filter

3 結(jié)論

(1) 三道洗滌裝置兼顧了洗滌耗水量和濾餅產(chǎn)能要求；也可以根據(jù)生產(chǎn)需要，通過閥門調(diào)整為一道洗滌裝置或者二道洗滌裝置，增強(qiáng)了洗滌過濾機(jī)對不同洗滌場景的適應(yīng)性。

(2) 槽內(nèi)刮刀裝置可以有效保證進(jìn)入洗滌區(qū)域?yàn)V餅厚度的一致性，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

(3) 新型刮刀卸料裝置可以高效節(jié)能地卸除濾餅，刮刀的復(fù)合結(jié)構(gòu)有效延長了刮刀的使用壽命。

(4) 真空吹風(fēng)切換裝置可以實(shí)現(xiàn)濾布的循環(huán)高壓再生，保證了刮刀卸料的可持續(xù)性，延長了濾布的使用壽命。

通過將傳統(tǒng)立盤過濾機(jī)升級改造為洗滌過濾機(jī)，實(shí)現(xiàn)了立盤過濾機(jī)在脫硫石膏洗滌過濾工藝中的成功應(yīng)用，有利于立盤過濾機(jī)在氫氧化鋁脫水洗滌和純堿過濾脫水洗滌等類似需要高效洗滌工藝的行業(yè)的推廣應(yīng)用。