何 清,凌以峰,王紅光,王世武
(云南文山鋁業(yè)有限公司,云南 文山 663000)
立式葉濾機(jī)因其具有自動(dòng)化程度高、過(guò)濾效率好、濾餅固含可控、維護(hù)量小、勞動(dòng)強(qiáng)度低、操作方便及技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)廣泛用于氧化鋁生產(chǎn)粗液精制工藝過(guò)程中[1]。立式葉濾機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中需保證葉濾機(jī)產(chǎn)能方能確保生產(chǎn)液量穩(wěn)定通過(guò)。但在實(shí)際生產(chǎn)中,時(shí)常發(fā)生過(guò)濾產(chǎn)能波動(dòng)給正常生產(chǎn)運(yùn)行帶來(lái)很大的困擾。
在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中可通過(guò)優(yōu)化葉濾機(jī)流道、與之配套使用的粗液泵性能參數(shù)、石灰乳添加配比幾個(gè)方面的不利因素來(lái)提高葉濾機(jī)產(chǎn)能。
從分離沉降槽送來(lái)的分離溢流(浮游物≤0.2 g/L)進(jìn)入粗液精制工序中的粗液槽中,在粗液中通過(guò)加入一定比例的石灰乳作為助濾劑。石灰乳由石灰制備工序送至粗液精制工序中的石灰乳槽,然后由石灰乳泵計(jì)量后輸送至粗液槽中充分?jǐn)嚢杌旌?。含石灰乳(助濾劑)的粗液通過(guò)粗液泵輸送至立式葉濾機(jī)中加壓過(guò)濾,經(jīng)過(guò)濾除去溶液中的絕大部分浮游物,生產(chǎn)出合格的精液[2]。流程見(jiàn)圖1所示。
圖1 粗液精制工藝流程圖Fig.1 Process flow chart of crude liquid purification
粗液精制工藝中共使用6臺(tái)立式葉濾機(jī),其中一期使用4臺(tái)均來(lái)自德國(guó)高德福林的進(jìn)口葉濾機(jī),過(guò)濾面積為377 m2。二期使用2臺(tái)葉濾機(jī),過(guò)濾面積為454 m2。
立式葉濾機(jī)特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)組成:立式葉濾機(jī)自動(dòng)化程度高[3]、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作維護(hù)方便,主要由筒體、過(guò)濾元件(流道、濾布、集液管及過(guò)濾附件)、高位槽、管道、手動(dòng)閥門、氣動(dòng)閥門(進(jìn)料、循環(huán)、卸壓、水平、卸泥)、附屬儀表、安全保護(hù)裝置和自控系統(tǒng)組成[4],見(jiàn)圖2所示。
圖2 立式葉濾機(jī)結(jié)構(gòu)組成示意圖Fig.2 Structural composition schematic diagram of vertical leaf filter
工作原理:立式葉濾機(jī)運(yùn)行周期全過(guò)程采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制,每個(gè)運(yùn)行周期主要由進(jìn)料循環(huán)掛泥、生產(chǎn)合格精液及卸泥三個(gè)過(guò)程組成[5]。在粗液泵提供一定壓力下,進(jìn)入葉濾機(jī)筒內(nèi)的溶液通過(guò)過(guò)濾濾餅層濾除絕大部分雜質(zhì)即制成合格的精液,然后精液沿導(dǎo)流管流入集液管,最后進(jìn)入機(jī)筒外部的精液總管匯入精液槽,濾渣在濾布外部形成濾餅,在每個(gè)運(yùn)行周期結(jié)束時(shí)通過(guò)卸泥氣動(dòng)閥排入濾餅槽。
進(jìn)料循環(huán)掛泥過(guò)程:葉濾機(jī)開(kāi)始過(guò)濾時(shí),進(jìn)料氣動(dòng)閥和循環(huán)氣動(dòng)閥自動(dòng)開(kāi)啟,卸泥氣動(dòng)、卸壓氣動(dòng)閥、水平氣動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉。循環(huán)掛泥過(guò)程開(kāi)始時(shí),粗液槽內(nèi)的粗液由粗液泵送入機(jī)筒內(nèi)開(kāi)始進(jìn)料掛泥,石灰乳與粗液介質(zhì)反應(yīng)生成的助濾劑逐步在濾布表面截留形成過(guò)濾層[6]。循環(huán)掛泥過(guò)程持續(xù)時(shí)間5 min,在此過(guò)程中通過(guò)濾層產(chǎn)生的濾液為渾濁的溶液(粗液)通過(guò)循環(huán)管路返回粗液槽內(nèi)。
生產(chǎn)合格精液過(guò)程:隨著循環(huán)掛泥過(guò)程的結(jié)束,濾布表面已形成一定厚度的過(guò)濾介質(zhì)層。循環(huán)掛泥過(guò)程結(jié)束后,通過(guò)過(guò)濾層的濾液由渾變清產(chǎn)生合格的精液,此時(shí)循環(huán)氣動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉,產(chǎn)生的合格精液通過(guò)管路進(jìn)入精液槽內(nèi),葉濾機(jī)進(jìn)入生產(chǎn)合格精液過(guò)程,此過(guò)程持續(xù)時(shí)間50 min。
卸泥過(guò)程:隨著生產(chǎn)合格精液過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行,濾布表面的過(guò)濾層越來(lái)越厚,葉濾機(jī)運(yùn)行壓力逐漸升高和產(chǎn)能逐漸降低。當(dāng)生產(chǎn)合格精液過(guò)程結(jié)束時(shí),進(jìn)料氣動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉并停止進(jìn)料,卸壓及水平氣動(dòng)閥自動(dòng)開(kāi)啟,依次執(zhí)行卸壓和平衡液位后關(guān)閉,開(kāi)始進(jìn)入卸泥過(guò)程,此時(shí)卸泥氣動(dòng)閥自動(dòng)開(kāi)啟,通過(guò)高位槽內(nèi)的濾液反沖,將各過(guò)濾元件上的濾餅脫離濾布通過(guò)卸泥管路進(jìn)入濾餅槽內(nèi)[7]。
當(dāng)卸泥過(guò)程完成后葉濾機(jī)進(jìn)入新一輪運(yùn)轉(zhuǎn)周期。葉濾機(jī)工作原理見(jiàn)圖3所示。
圖3 葉濾機(jī)工作原理圖Fig.3 Working principle of leaf filter
葉濾機(jī)采用6通道條式流道,長(zhǎng)度3 m,材質(zhì)為不銹鋼304L,流道寬度為80 mm,流槽寬度為8 mm,厚度為0.5 mm,每臺(tái)葉濾機(jī)含有702塊流道。
在生產(chǎn)實(shí)踐中,葉濾機(jī)通常在(0.16~0.2)MPa的壓力范圍內(nèi)運(yùn)行,頻繁發(fā)生流道變形導(dǎo)致流槽變窄的狀況:使用半年后流道寬度由8 mm降至(1~5)mm,葉濾機(jī)產(chǎn)能也明顯降低。給正常生產(chǎn)的液量通過(guò)帶來(lái)很大的困擾,在實(shí)際生產(chǎn)中為保障液量通過(guò)不得不增加葉濾機(jī)運(yùn)行數(shù)量,因此造成生產(chǎn)運(yùn)行成本升高。
粗液泵流量選型相關(guān)的因素:葉濾機(jī)過(guò)濾面積為377 m2,平均過(guò)濾能力為2.0 m3/(h·m2),即過(guò)濾能力為(1.5~2.5)m3/(h·m2)。粗液泵選用額定流量為650 m3/h,不能滿足葉濾機(jī)的最大產(chǎn)能。根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算,粗液泵流量選擇應(yīng)大于750 m3/h方能達(dá)到葉濾機(jī)平均過(guò)濾產(chǎn)能,并與之配套使用。
粗液泵揚(yáng)程選型相關(guān)的因素:粗液泵至葉濾機(jī)進(jìn)口的高差15 m,粗液密度為1.25 g/ml,葉濾機(jī)在正常運(yùn)行壓力為(0.16~0.2) MPa。粗液泵選用揚(yáng)程為65 m,不符合實(shí)際生產(chǎn)需求。實(shí)際生產(chǎn)中為了確保葉濾機(jī)壓力在正常狀態(tài)下運(yùn)行,粗液泵的頻率只能控制在80%左右運(yùn)行,不能達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行條件的要求。
葉濾機(jī)過(guò)濾介質(zhì)浮游物中主要是懸浮的細(xì)赤泥粒子,并含有少量的絮凝劑。懸浮的細(xì)赤泥粒子和較高粘度的高分子絮凝劑易覆蓋在濾布和濾餅空隙中,堵塞過(guò)濾孔隙,從而影響葉濾機(jī)過(guò)濾產(chǎn)能。為了改善葉濾機(jī)過(guò)濾性能,通過(guò)添加石灰乳在濾布表面形成疏松多孔的濾餅層,使過(guò)濾層有著較低的流動(dòng)阻力從而提高粗液的通過(guò)性。
在生產(chǎn)中石灰乳添加方式、活化配合比、活化時(shí)間是導(dǎo)致葉濾機(jī)產(chǎn)能降低運(yùn)行壓力升高及石灰乳消耗量高的主要因素。各類不良因素常造成葉濾機(jī)產(chǎn)能低和運(yùn)行壓力過(guò)高(經(jīng)常出現(xiàn)高達(dá)0.25 MPa的運(yùn)行壓力)。在氧化鋁生產(chǎn)中,石灰乳添加配比不合理常造成產(chǎn)能波動(dòng),同時(shí)運(yùn)行壓力升高不利于液量通過(guò)和指標(biāo)控制。
流道的強(qiáng)度和耐腐蝕對(duì)葉濾機(jī)產(chǎn)能有較大的影響,因此要圍繞這兩種因素進(jìn)行改進(jìn)。措施有:①材質(zhì)的改進(jìn)。材質(zhì)由不銹鋼304材質(zhì)改為不銹鋼316材質(zhì),不銹鋼316較不銹鋼304具有高溫強(qiáng)度高及預(yù)防晶間腐蝕的優(yōu)點(diǎn),能夠更好的滿足堿性環(huán)境要求;②厚度的改進(jìn)。厚度由0.5 mm增加至0.8 mm,提高流道強(qiáng)度;③流道深度的改進(jìn)。深度由10 mm增加至12 mm,有效地提高濾液通過(guò)空間。
葉濾機(jī)型號(hào)確定后應(yīng)對(duì)粗液泵的性能參數(shù)(流量和揚(yáng)程)進(jìn)行計(jì)算確定,確保粗液泵的性能參數(shù)與葉濾機(jī)技術(shù)參數(shù)相匹配。其中性能參數(shù)的改進(jìn):①流量的選定。通過(guò)葉濾機(jī)設(shè)計(jì)產(chǎn)能可確定粗液泵的流量應(yīng)大于750 m3/h,將粗液泵流量由650 m3/h提高至825 m3/h;②揚(yáng)程的選定。將粗液泵揚(yáng)程由65 m降低至48 m。
粗液在精制過(guò)程中通過(guò)添加石灰乳助濾來(lái)提高過(guò)濾效率及過(guò)濾質(zhì)量[8]。因此石灰乳配比確定的合理與否不僅影響葉濾機(jī)的產(chǎn)能同時(shí)也增加石灰乳的消耗量。在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)通過(guò)可靠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析得出合理的添加比例,方能確保葉濾機(jī)產(chǎn)能同時(shí)又減少石灰乳的消耗量。
在實(shí)際生產(chǎn)中根據(jù)石灰乳質(zhì)量、葉濾機(jī)運(yùn)行壓力及產(chǎn)能確定石灰乳添加配比為7‰~10‰,使葉濾機(jī)保持良好的運(yùn)行狀態(tài)。
實(shí)施效果數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。
表1 流道改進(jìn)前后立式葉濾機(jī)產(chǎn)能對(duì)比Tab.1 Comparison on yield of vertical leaf filter before and after flow channel improvement
從表1生產(chǎn)數(shù)據(jù)和圖4中看出流道改進(jìn)后葉濾機(jī)產(chǎn)能得到明顯改善,改進(jìn)后的流道發(fā)生變形較小,對(duì)葉濾機(jī)產(chǎn)能的影響也較小,取得了較好的效果。因此流道材質(zhì)和厚度的選擇對(duì)葉濾機(jī)運(yùn)行產(chǎn)能有重要影響。
圖4 改進(jìn)前后流道對(duì)比Fig.4 Comparison on flow channel before and after improvement
改進(jìn)前后產(chǎn)能數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。
表2 泵參數(shù)改進(jìn)前后葉濾機(jī)產(chǎn)能對(duì)比Tab.2 Comparison on yield of leaf filter before and after pump parameters improvement
從表2中生產(chǎn)數(shù)據(jù)看出,喂料泵改進(jìn)后葉濾機(jī)產(chǎn)能提高較為明顯,平均產(chǎn)能提高約50 m3/h。因此在葉濾機(jī)型號(hào)確定之后與之配套使用的粗液泵性能參數(shù)的確定對(duì)立式葉濾機(jī)產(chǎn)能的提高有重要影響。
添加不同配比葉濾機(jī)產(chǎn)能數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。
表3 葉濾機(jī)不同石灰乳配比的葉濾機(jī)產(chǎn)能Tab.3 Yield of leaf filter with different calcium hydroxide proportion
從表3看出,當(dāng)石灰乳配比為6‰時(shí),浮游物雖然合格但葉濾機(jī)產(chǎn)能相對(duì)較低,配比為7‰-11‰既能得到較好的葉濾機(jī)產(chǎn)能又能保證過(guò)濾后的精液浮游物指標(biāo)的穩(wěn)定性。因此石灰乳配比是影響葉濾機(jī)產(chǎn)能的重要因素之一。在氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中需適時(shí)分析石灰乳添加配比對(duì)葉濾機(jī)產(chǎn)能的影響,并根據(jù)生產(chǎn)變化情況(石灰乳固含及有效鈣成分) 及時(shí)準(zhǔn)確調(diào)整石灰乳添加配比,石灰乳配比應(yīng)作為立式葉濾機(jī)控制的動(dòng)態(tài)調(diào)整參數(shù)。
在氧化鋁生產(chǎn)中,改進(jìn)流道的物理強(qiáng)度和耐腐蝕性、喂料泵性能參數(shù)及石灰乳添加配比是提高立式葉濾機(jī)的有效手段。當(dāng)然影響葉濾機(jī)運(yùn)行產(chǎn)能還有其它方面的因素,如葉濾機(jī)運(yùn)行周期時(shí)間的確定、作為助濾劑石灰乳活化時(shí)間的確定及濾布材質(zhì)和孔隙的確定等。在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)加以分析總結(jié),找出問(wèn)題并采取針對(duì)性改進(jìn)措施來(lái)逐步消除不利因素。
1)改進(jìn)后葉濾機(jī)平均臺(tái)時(shí)產(chǎn)能達(dá)到了約560 m3/h,較改進(jìn)前臺(tái)時(shí)產(chǎn)能400 m3/h提高了160 m3/h;
2) 生產(chǎn)通過(guò)液量為1 700 m3/h時(shí),減少葉濾機(jī)投用數(shù)量1臺(tái),既降低了葉濾機(jī)使用產(chǎn)生的費(fèi)用,又給葉濾機(jī)堿洗維護(hù)創(chuàng)造了生產(chǎn)便利條件,從而保障生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。