萬國鵬

(河南龍宇煤化工有限公司,河南 永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司(以下簡稱“龍宇煤化工”)二期40萬t/a醋酸項目,采用兩套五環(huán)爐裝置提供合成氣。五環(huán)爐裝置是以干煤粉進料的氣流床加壓氣化技術(shù),合成氣所攜帶的飛灰量不但較大,而且灰顆粒粒徑較小,因而濕法除灰系統(tǒng)所形成的灰水中灰分含量比較高。由于灰水中所含灰的粒度較細,為了達到較好的絮凝沉降效果,需要在澄清槽處加入適量的絮凝劑,但絮凝劑的加入會造成灰漿的黏性增大,為了更好地分離灰漿,保證澄清系統(tǒng)穩(wěn)定運行,龍宇煤化工通過對各分離設(shè)備進行考察研究后,最終選擇壓濾機作為澄清系統(tǒng)灰漿處理的分離設(shè)備。自壓濾機在五環(huán)爐澄清系統(tǒng)中應(yīng)用以來,出現(xiàn)了許多問題,影響了裝置穩(wěn)定運行。

1 五環(huán)爐裝置澄清系統(tǒng)工藝流程

由于五環(huán)爐裝置所使用的原料為煤粉(經(jīng)磨煤機磨制成大部分粒徑≤90μm),在氣化爐內(nèi)發(fā)生部分氧化還原反應(yīng),在生成粗合成氣的同時,也產(chǎn)生大量粒徑更細的飛灰,在濕洗系統(tǒng)中對其進行洗滌降溫、除去飛灰,洗滌過的灰水送往閃蒸系統(tǒng)。熔融的液態(tài)渣順著氣化爐水冷壁流進渣池,同時伴隨著一部分未反應(yīng)的煤粉,大顆粒的渣通過渣鎖斗系統(tǒng)排至撈渣機,由撈渣機撈出后通過長皮帶送往渣場。在渣水中,殘余的細渣及未反應(yīng)的粉煤顆粒懸浮物由細渣漿排出泵送至澄清單元。來自閃蒸系統(tǒng)的灰水和來自除渣系統(tǒng)水力旋流器的渣沫及細渣漿一并進入澄清槽,由于飛灰粒徑較細,不容易在澄清槽中沉降分離,必須加入絮凝劑,加速固體顆粒的聚集和沉降,溢流出的澄清水進入灰水槽。澄清水經(jīng)高壓灰水泵送往除渣系統(tǒng),經(jīng)低壓灰水泵主要送往除渣系統(tǒng)、除氧器及水處理系統(tǒng)等。沉降下來的固含量約為10%的灰漿經(jīng)澄清槽底流泵輸送到灰漿貯槽,經(jīng)壓濾泵送到壓濾機,利用壓濾機把灰漿進行固液分離,分離后的濾餅(含水在40%以下)輸送到下方車輛運往界外,液相中固體懸浮物含量小于1%,被收集的濾液進入濾液槽后,經(jīng)濾液泵輸送至澄清槽處理后回收利用,澄清系統(tǒng)流程見圖1。

圖1 澄清系統(tǒng)注:1—澄清槽;2—灰水槽;3—壓濾機;4—濾液槽;5—灰漿貯槽;6—灰水泵;7—澄清槽底流泵;8——濾液泵;9—壓濾泵;10—濾餅皮帶

2 壓濾機存在的問題及對策

2.1 壓濾機的工作原理

壓濾機是利用濾布兩側(cè)壓力差,迫使物料中的絕大部分水分通過濾布流出機體外,而物料被阻隔在濾室內(nèi)形成濾餅,以達到過濾的目的。在過濾過程中濾布兩側(cè)存在著較大的壓力差,提高了過濾速度,同時降低了濾餅的含水率,由于采用了特制的濾布,使得濾液含固量更低,過濾效果比真空過濾機要好得多。

壓濾機即使在處理像飛灰那樣粒度較細、黏性較大、難過濾、難脫離的物料時,依然有良好的過濾效果,且易于作防腐處理。壓濾機結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、價格比其他過濾設(shè)備低,具有物料適應(yīng)性好、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點,結(jié)構(gòu)示意見圖2。

圖2 壓濾機結(jié)構(gòu)示意注:1—止推板;2—濾板;3—拉板小車;4—橫梁;5—壓緊板;6—連輪;7—油缸;8—液壓站;9—電控箱;10—壓力表

壓濾機工作原理。工作前把濾布按照要求安裝在濾板上,然后啟動壓濾機,驅(qū)動壓緊板,將壓緊板緊緊地壓緊濾板。啟動壓濾泵,將物料通過進料口輸入壓濾機,物料通過濾板上的通道進入濾室,在進料泵壓力的作用下,清澈的濾液透過濾布進入濾板上密布的圓點式濾面,再通過濾板上的通道進入出液口,匯集后由出液口流出,而濾餅被截留在濾室中,直至濾餅充滿濾室,然后停止壓濾泵,松開壓緊板,再將濾板一塊一塊地拉往壓緊板方向,卸掉濾室內(nèi)的濾餅,再重新進入下一個工作循環(huán),操作流程見圖3。

圖3 壓濾機操作流程

2.2 壓濾機選型技術(shù)要求

(1)兩套五環(huán)爐裝置所用煤質(zhì)參數(shù):所用原煤灰分Aad(空氣干燥基)為18%～20%;氣化爐所用煤粉煤質(zhì)要求如下 :煤粉水分含量<2%;煤粉粒徑≥90 μm,≤10%;≥5 μm,≥90%。

(2)目前,龍宇煤化工的兩臺五環(huán)爐裝置滿負荷運行,需要處理的兩個系列澄清槽灰漿量共計100 m3/h左右,固含量約10%～16%;根據(jù)氣化裝置所使用的煤質(zhì)情況,考慮到壓濾機長周期運行后滿足設(shè)備需要檢修、維護的要求,決定選用兩套500 m2壓濾機確保滿足五環(huán)爐裝置生產(chǎn)需要。在人員操作方面,為了減少人員勞動強度,要求通過 PLC 控制實現(xiàn)自動進料、卸料等操作,減少人員手動參與。

(3)壓濾機設(shè)備重要設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 壓濾機主要設(shè)備參數(shù)

2.3 壓濾機在運行中出現(xiàn)的問題及處理措施

自2021年5月壓濾機在五環(huán)爐澄清系統(tǒng)中運行以來,整體運行穩(wěn)定,濾餅含水率在40%以內(nèi),周圍環(huán)境衛(wèi)生易于處理,滿足兩套五環(huán)爐裝置灰漿處理的需要;濾液含固量較低,回收至澄清槽,對澄清系統(tǒng)處理負荷影響較小。但經(jīng)過長周期運行后,還是出現(xiàn)了一些問題,影響其穩(wěn)定運行。

2.3.1壓濾泵內(nèi)部磨損問題

由于進入壓濾泵的灰漿中含有飛灰顆粒、質(zhì)地堅硬且濃度較高,為了達到壓濾機較好的過濾效果,使過濾后的濾餅含水率滿足后續(xù)使用要求,就需要壓濾泵出口壓力達到0.6MPa以上;特別是在壓濾機進料后期,壓濾泵出口壓力較高,而葉輪在高固含量的灰漿中高速旋轉(zhuǎn),進一步加劇了壓濾泵內(nèi)部的磨損。僅僅運行2個月,壓濾泵就出現(xiàn)噪音、振動明顯增大,壓濾泵U形平衡管和蝸殼經(jīng)常出現(xiàn)漏點,出口壓力下降,流量無法滿足生產(chǎn)要求。經(jīng)過拆檢發(fā)現(xiàn),壓濾泵蝸殼、葉輪磨損嚴重,蝸殼由12 mm磨損至不足1 mm,局部已磨透,整個葉輪幾乎完全磨掉。

2.3.2解決措施

為了解決泵磨損問題,保證壓濾泵能夠長周期穩(wěn)定供料,采取了以下措施。

(1)更換泵材。原壓濾泵材質(zhì)選擇不對,之前壓濾泵蝸殼為鑄鐵,葉輪為普通碳鋼。從目前運行情況來看,鑄鐵耐磨程度遠遠不能適應(yīng)此種物料,在很短的時間內(nèi),泵內(nèi)過流部件就出現(xiàn)了磨壞無法運行的情況。為了保證壓濾泵能夠滿足長周期運行,必須對其材質(zhì)進行升級,把壓濾泵的葉輪和泵殼全部更換為雙相鋼材質(zhì),增加其耐磨性,延長泵的運行周期,滿足壓濾機所需要的壓力和流量。

(2)優(yōu)化工藝操作流程。在濾餅?zāi)軌驖M足要求的情況下,壓力盡量控制低一些,減少其在高壓下的運行時間。經(jīng)過長時間操作,摸索出操作經(jīng)驗,從目前壓濾機運行情況來看,壓濾機進口壓力在0.5 MPa時,所壓出的濾餅水含量基本能夠滿足要求。所以,操作人員根據(jù)現(xiàn)場每次卸出的濾餅情況及時調(diào)整進料壓力。

(3)在聯(lián)鎖設(shè)計上進一步做好優(yōu)化調(diào)整。之前壓濾機準備卸料時,打開壓濾泵回流閥,關(guān)閉進料閥開始卸料,壓濾泵保持正常運行,這樣就增加了泵運行時間,勢必增加泵的磨損。為了降低泵長時間運行對其帶來的磨損,把壓濾機卸料與壓濾泵啟停進行聯(lián)鎖控制,調(diào)整為當壓濾機進料閥關(guān)閉時,現(xiàn)場壓濾泵停止運行,然后下料順控開始執(zhí)行泄壓、卸料程序;當壓濾機壓緊、打開進料閥后,程序啟動壓濾泵,壓濾機開始進料工作。

2.4 皮帶漏泥、托輥斷裂的問題

壓濾機置于高度為1 200 mm的輸送皮帶上,卸下來的濾餅通過輸送皮帶轉(zhuǎn)移至貯存場地,由于皮帶經(jīng)常出現(xiàn)漏料、皮帶下面支撐托輥斷裂等問題,導(dǎo)致周圍撒落的濾餅較多,若不及時清理,濾餅存積到一定高度或者掉進皮帶非工作面,就會影響皮帶運行,甚至使皮帶負荷過高而停止運轉(zhuǎn),造成壓濾機無法正常工作下料,澄清槽灰漿就不能及時正常處理,致使澄清系統(tǒng)灰水水質(zhì)指標偏高,給裝置生產(chǎn)造成影響。

2.4.1輸送皮帶漏濾餅的問題

原來輸送皮帶設(shè)計的長寬為11 035 mm×1 600 mm,皮帶水平置于托輥之上,兩側(cè)增加護板,防止卸料時濾餅濺出,由于皮帶護板與皮帶間隙較寬,每次卸料時,大量的濾餅從間隙中沖出來,導(dǎo)致周圍衛(wèi)生較差,增加清理人員的勞動強度。

2.4.2輸送皮帶托輥斷裂問題

由于壓濾機距離皮帶較遠,為了縮短卸料時間,龍宇煤化工采用每次可拉3塊濾餅的快開式壓濾機,每塊濾餅100 kg左右,相當于每次下料時大約300 kg的重物從1.2 m的空中落下,濾餅砸在皮帶的瞬間,對皮帶沖擊較大,而原皮帶托輥設(shè)計較細,長度為1 600 mm,直徑為50 mm,下面皮帶托輥數(shù)量也較少,共有10個,導(dǎo)致皮帶支撐力不夠,當整塊濾餅掉落至皮帶上面時,易造成皮帶托輥斷裂,同時周期性的下料對托輥軸承沖擊力也比較大,軸承也經(jīng)常因此而疲勞損壞;若托輥斷裂后不及時更換,就會導(dǎo)致此處無支撐,皮帶塌陷,進一步增大了皮帶與護板的間隙,使漏泥量進一步增加。

2.4.3解決措施

鑒于壓濾機下料時皮帶漏泥量大,對周圍環(huán)境衛(wèi)生和人員勞動強度的影響,為避免皮帶經(jīng)常故障給壓濾機運行造成嚴重后果,經(jīng)過現(xiàn)場觀察、查找原因,決定對現(xiàn)有輸送皮帶進行改造。

(1)原設(shè)計輸送皮帶為平面型,當壓濾機下料時,濾餅受到皮帶的反沖力使濾餅由大塊破碎成小塊,并沿皮帶向四周崩出,由于速度較快且皮帶為水平面,就會從護板與皮帶間隙掉落于地面。為了避免皮帶漏泥,現(xiàn)將皮帶兩側(cè)增加向外傾斜30°坡度的側(cè)托輥,對稱布置,與水平支撐托輥為一組,使皮帶有平面型改為U形,阻擋濾餅向四周擴散(見圖4);并在前端增加膠皮條,縮短皮帶與護板的間隙。改造后皮帶無漏泥現(xiàn)象,改善了周圍衛(wèi)生,降低了人員清理掉落濾餅的額外工作量。

圖4 皮帶改造前后對比情況

(2)由于原皮帶托輥數(shù)量少且直徑較細,當濾餅落下來時抗沖擊能力較弱,易于斷裂;現(xiàn)將皮帶下面增加支撐托輥組的數(shù)量,提高皮帶單位長度內(nèi)支撐點的數(shù)量,增強抗沖擊能力;同時將φ50 mm的托輥更換為φ100 mm,增加托輥強度及受力接觸面積,降低托輥單位面積的承載力與斷裂的風險。改造后,托輥很少出現(xiàn)斷裂和軸承損壞的現(xiàn)象,保證了皮帶長周期、穩(wěn)定運行,再無出現(xiàn)因皮帶無法輸送濾餅而影響壓濾機運行的情況。

2.5 壓濾機PLC卸料程序優(yōu)化問題

原壓濾機PLC卸料程序為壓濾機泄壓反吹后,執(zhí)行退回程序時,翻板(主要用于接收正常運行時濾板泄漏的黑水,防止濺落在皮帶及周圍平臺上)直接打開,而此時濾板之間物料通道內(nèi)還存在大量未過濾的灰漿水,瞬間流到下面運行的皮帶和周圍平臺上,造成濾餅貯存場內(nèi)積存有大量黑水,使濾餅長時間侵泡在水中又變成了稀泥,增加了濾餅含水率,給濾餅使用單位造成一定的影響;撒在平臺上的灰漿黏性大且濕滑,容易造成工作人員卸料操作時滑倒,特別是冬季,存在較大安全隱患。

為了排除以上不利因素,對其進行的整改措施如下:第一,積極和廠家溝通協(xié)調(diào)處理存在的問題,廠家安排專人負責修改、優(yōu)化壓濾機PLC卸料程序,使其更具操作性和實效性;現(xiàn)程序優(yōu)化為:壓濾機泄壓反吹后,執(zhí)行退回程序前,增加退回控水時間(時間設(shè)定根據(jù)現(xiàn)場實際存水量的大小),也就是濾板松開后,翻板繼續(xù)保持關(guān)閉狀態(tài),收集濾板間物料通道內(nèi)流下的灰漿和剩余的黑水,防止濺落到皮帶和平臺上;第二,優(yōu)化工藝操作,增加壓濾機泄壓反吹時間,盡量將管線和進料通道內(nèi)的存水通過回流管線進入濾液槽,防止濾板打開時濺落在皮帶上,反吹時間根據(jù)現(xiàn)場回流管處流水量的大小而定。程序優(yōu)化完成后,壓濾機退回時皮帶上漏水量較少,避免了貯泥場地內(nèi)大量的積水,保證了濾餅使用效果。

2.6 濾布影響壓濾機運行的問題

濾布作為壓濾機運行中的核心部件,其使用效果的好壞決定了壓濾機的過濾效率、使用周期和人員勞動強度等。濾布的選擇至關(guān)重要,為了達到比較理想的過濾效果和速度,需根據(jù)物料的顆粒大小、密度、黏度、化學(xué)成分和過濾工藝條件(壓力、溫度)來進行選擇。定期對濾布進行沖洗和周期性更換,來保證壓濾機有較好的過濾效果和正常穩(wěn)定運行。

壓濾機在運行時經(jīng)常出現(xiàn)因濾布堵、爛等問題,使壓濾機過濾效率下降,出液口流黑水等影響裝置生產(chǎn);濾布使用時間短,經(jīng)常更換濾布也增加了人員的勞動強度和檢修費用,這也是影響壓濾機穩(wěn)定運行最常見的技術(shù)瓶頸。結(jié)合現(xiàn)場操作經(jīng)驗,總結(jié)得出濾布對其生產(chǎn)影響的問題及處理措施。

2.6.1濾布堵塞問題

正常情況下,龍宇煤化工2臺壓濾機處理2套五環(huán)爐裝置澄清系統(tǒng)大約100 m3/h的灰漿水,隨著運行時間延長,就會出現(xiàn)灰漿貯槽液位逐漸升高,加大壓濾機負荷使其無法降低至正常液位,這就說明壓濾機過濾效率逐漸降低,處理不完2套五環(huán)爐裝置所產(chǎn)生的灰漿水。為了保證裝置生產(chǎn),被迫縮短過濾時間,結(jié)果使濾餅含水率增大。

經(jīng)過研究分析濾餅和物料,發(fā)現(xiàn)濾布堵塞主要與所處理的物料有很大關(guān)系。具體原因如下:第一,由于運行經(jīng)驗不足,認為只要進料壓力符合要求壓濾機,就能穩(wěn)定運行,忽略了灰漿中組分發(fā)生變化對壓濾機的影響。當澄清槽水質(zhì)發(fā)生變化,就會在澄清槽添加過量的絮凝劑來保證水質(zhì)指標正常,絮凝劑隨灰漿進入壓濾機,由于絮凝劑分子量大、黏性較高,通過濾布過濾時,就會滯留在濾布孔隙中,久而久之,濾布出現(xiàn)堵塞;第二,操作人員對澄清槽水質(zhì)關(guān)注度不夠,由于灰水硬度較高,長時間使用也會出現(xiàn)濾布結(jié)垢的現(xiàn)象;第三,操作人員執(zhí)行力不夠,每次壓濾機下料,濾餅出現(xiàn)較稀或者不成形時,也沒有按照要求提高壓力或延長壓濾時間。在長時間不正常操作的運行下,以上原因最終造成濾布堵塞,使壓濾機過濾效果下降。

為了減少濾布堵塞問題,延長壓濾機濾布使用周期,龍宇煤化工主要采取以下措施。

(1)對澄清槽水質(zhì)加強關(guān)注,加大水質(zhì)分析頻次,根據(jù)分析結(jié)果及時調(diào)整絮凝劑添加量,在保證水質(zhì)指標的情況下,盡量降低絮凝劑添加量。

(2)要定期清洗、更換濾布,防止過量的絮凝劑黏附在濾布上,垢狀物長期在濾布孔隙中積累,每月利用高壓水槍沖洗濾布一次。

(3)穩(wěn)定煤種,保證配比質(zhì)量;確保煤種灰分變化小,加藥穩(wěn)定,保障壓濾機進料物性波動不大。

(4)加強對壓濾機日常操作和維護保養(yǎng)方面的管理,每次下料保證濾餅含水量和壓濾壓力正常,根據(jù)濾餅和壓力情況及時調(diào)整下料時間。

2.6.2濾布破裂的問題及措施

壓濾機運行一段時間后,發(fā)現(xiàn)濾布破裂的頻次逐漸增加,導(dǎo)致出液口流黑水,使濾液水質(zhì)變差;頻繁更換增加人員的勞動強度,同時提高了生產(chǎn)成本。經(jīng)過現(xiàn)場對濾布破裂的部位和形態(tài)進行排查,發(fā)現(xiàn)以下問題。

(1)濾布本身材質(zhì)選型問題,由于處理灰漿量較大,為了保證壓濾機處理負荷,選用通透性較好的濾布,而濾布的強度有所降低。

(2)由于來自閃蒸系統(tǒng)的物料水溫較高,特別是五環(huán)爐裝置運行到后期,灰水換熱器出現(xiàn)換熱效率下降,灰水水溫最高接近70℃,使濾布耐熱性與物料特性不匹配,降低了濾布的使用壽命。

(3)壓濾泵出口壓力過高,特別是當濾布長時間使用后,出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象,高壓差下易造成濾布出現(xiàn)撕爛的現(xiàn)象。

(4)澄清系統(tǒng)的澄清槽來水一部分來自除渣系統(tǒng),而其渣水中含有呈現(xiàn)玻璃的小顆粒渣,這些小顆粒渣呈玻璃狀,硬度較大且形狀不規(guī)則,進入壓濾機后,當卸料時未清理干凈,壓濾機再次壓緊后,擠在壓濾板中間,使濾布損壞。

針對以上問題,為避免濾布頻繁出現(xiàn)撕爛的現(xiàn)象,采取了下列處理措施。

(1)選用過濾效率好、強度高、耐高溫的濾布。

(2)保證灰水溫度控制在正常范圍內(nèi),每次檢修都要對灰水換熱器進行檢查、清理,保證換熱效果,降低灰水溫度。

(3)定期沖洗、更換濾布,避免超期使用;在沖洗濾布時應(yīng)仔細檢查濾布是否有破損,進料孔、出液孔是否堵塞,以免造成壓差高,導(dǎo)致濾布損壞。

(4)壓濾機啟動時,采取低壓啟動,不斷增壓進料,禁止超壓進料。

(5)定期對排渣泵進口過濾器進行檢查,保證濾網(wǎng)正常,防止因濾網(wǎng)損壞,造成渣水泵把小顆粒渣排至澄清槽的預(yù)混槽內(nèi)。

(6)要求每班對預(yù)混槽導(dǎo)淋進行排放,排除沉積在預(yù)混槽底部大顆粒渣,降低澄清槽內(nèi)顆粒狀渣的含有量。

3 壓濾機的日常操作和維護保養(yǎng)

為了更好地利用和管理壓濾機,提高濾餅合格率,延長設(shè)備使用壽命,日常維護和保養(yǎng)壓濾機是一個必不可少的環(huán)節(jié)。

(1)經(jīng)常檢查壓濾機的各連接部件有無松動,并及時緊固調(diào)整。

(2)要經(jīng)常清洗、更換壓濾機的濾布,長時間不用時,應(yīng)及時清理殘余的灰漿,不能在板框上干結(jié)成塊,以防止再次使用時漏料。經(jīng)常清理水條和排水孔,保持暢通,防止堵塞。

(3)要經(jīng)常更換壓濾機的機油或液壓油,對于轉(zhuǎn)動部件要保持良好的潤滑。

(4)做好運行記錄,對設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀況及所出現(xiàn)的問題記錄備案,有故障應(yīng)及時維修,禁止壓濾機在故障狀態(tài)下運行。

(5)進料壓力必須控制在額定壓力以下,根據(jù)濾餅形態(tài)及時調(diào)整壓濾時間。

(6)及時清除拉板小車滑道上的堆積物,保持滑道干凈,定期對拉板小車和軌道加潤滑油,保證小車運動靈活。

4 結(jié)語

總結(jié)壓濾機日常操作經(jīng)驗,研究壓濾泵的磨損、皮帶運行故障、濾布撕爛等設(shè)備常出現(xiàn)的問題,并制定出相應(yīng)的處理措施,避免再次出現(xiàn)類似的問題,來延長壓濾機的使用周期,確保壓濾機在五環(huán)爐澄清系統(tǒng)中運行更加穩(wěn)定和安全可靠;不僅解決了灰漿在五環(huán)爐澄清處理系統(tǒng)中難分離的問題,而且還為2套五環(huán)爐裝置長周期、穩(wěn)定運行奠定了基礎(chǔ)。