真空带式滤碱机在我国纯碱行业中的应用

真空带式滤碱机在我国纯碱行业中的应用

过滤过程作为纯碱生产工艺的一个重要过程之一，其设备性能和运行质量对产量、质量、物耗和能耗有显著影响。在我国纯碱制造历史发展中,纯碱工程技术人员致力于开发研究滤过工序高性能、高产能的滤碱机,研究开发了第五代20m2高性能真空转鼓滤碱机,并以此作为目前国内纯碱厂的首选主力装备。真空水平带式滤碱机在我国纯碱行业中应用始于21世纪初。2003年中国纯碱协会组织的赴欧洲索尔维纯碱厂考察团,在考察过程中对索尔维多家纯碱厂使用的真空带式滤碱机的使用效果产生深刻的印象,并致力在我国纯碱行业中推广应用真空带式滤碱机。最早使用真空带式滤碱机的是河南某纯碱厂,该机为国产,但使用效果不尽人意。大化公司碱厂和天津碱厂在新建厂区建设中首次引进了意大利的真空带式滤碱机,并于2009年10月和2010年试车成功,开创了中国纯碱行业应用进口真空带式滤碱机的先河。1ra真空带滤碱机的参数1.1带粗气调湿真空滤碱机RPA公司针对不同规模纯碱装置及生产工艺要求设计配置符合其工艺工况条件的真空带式滤碱机。淮安碱厂纯碱装置选用的真空带式滤碱机,主要技术参数如表1。1.2真空过滤机的主要外观尺寸RPA真空带式滤碱机外形见图1。RPA真空带滤机现场应用照片。见图2。2真空抽滤滤饼的干燥碳化工序碳酸氢钠悬浮液经出碱槽的管道进入带滤机布料箱,再从布料箱逆流槽和顺流槽溢流到带滤机滤布表面。滤干母液后进入洗涤区,经3道洗涤水洗涤后,进入干燥区。在带滤机皮带向前运行的过程中靠来自压缩工序真空机产生的真空抽滤滤饼中的水分,使其达到工艺指标要求。在干燥区,通过轧辊平整滤饼,使滤饼表面真空度更加均匀分布,达到有效干燥。在带滤机的末端卸料区,滤饼被破碎并剥离滤布,落入去煅烧的重碱皮带。洗涤区3道洗水分别来自带滤机分离回收的洗涤水、再生洗涤滤布回收的洗涤水、煅烧炉气洗涤塔的洗涤水。3道洗涤水均可进行调节,使重碱盐分得到有效控制。真空带滤机设两个气体分离罐。第一个分离罐为母液分离罐,吸碱区的母液和第一道洗水在其中分离,分离后的母液去母液桶。第二个分离罐为洗水分离罐,第二道、第三道及干燥区的洗水经分离后由洗水泵加压返回真空带滤机第一道洗水槽,使洗涤水二次利用。3生产过程技术的总结查定目的主要是对技术协议规定性能和能力指标进行查定,以便得出真空水平带滤机是否符合协议规定指标要求的结论。3.1生产力测试9月10日～13日,仅开2#带滤机运行,纯碱日产量基本稳定在1100t以上,相关数据见表2。3.2带滤机测试结果由于我厂从11月1日开始纯碱产量在1300t左右,一台带滤机已不能满足生产需要,两台带滤机全开,11月1日～7日查定数据如表3。3.3真空带滤机真空碱减量不稳定,洗水量低,中盐碱干1)RPA公司54m2真空带滤机设计生产能力为900t/d,实际调试中可达到1121t/d,达到设计能力的125%。由于碳化工序操作水平尚未达到相应的技术水平,碳化塔出碱液结晶质量较差,其沉降秒平均在282s,与当初设备选型时设定的碳化结晶质量相差甚远,因此其重碱水分相对偏高。如果碳化结晶质量能够改善后,其重碱水分在此作业能力下还会进一步降低。与真空转鼓滤碱机相比,在水分指标相当的条件下,1台54m2的真空带滤机相当近3台20m2真空转鼓滤碱机的能力。2)纯碱盐分可通过调节第三道洗水量进行有效调节。从查定结果看,纯碱盐分最低可达到0.14%。由于洗水重复利用,真空带滤机在低盐碱生产中具有明显的优势。3)而盐分控制在0.3%左右时,其洗水当量并没有大幅度提高。11月1日～7日期间平均纯碱盐分为0.30%,洗水当量为0.59m3/t碱,洗水当量优于设计指标0.68m3/t碱。4)11月1日～7日期间重碱烧成率平均为51.41%,水分为17.35%,没有达到设计指标,主要原因碳化取出液放量不稳定,碳化结晶质量差,平均沉降时间达到282s,碳化岗位操作技能有待提高。5)11月1日～7日期间滤过损失率为1.55%,达到设计指标。滤过损失小的原因主要是洗水当量低,滤布的穿透损失小。与转鼓滤碱机的金属滤网相比,真空带滤机的滤过损失要小得多,这对于降低盐耗及能耗作用显著。6)在碳化结晶质量相对较好的情况下,真空带滤机的水分指标完全可达到16%以下。因此改善碳化结晶质量是提高真空带滤机技术性能的必要条件。4滤碱机专利技术研究开发对RPA真空带滤机在纯碱行业应用制造商已积累了丰富的经验,因此在设计滤碱机时,研究开发了诸多专有技术和专利技术。这些技术主要表现在带滤机结构上的细节方面,使其更加符合纯碱行业生产工况要求。4.1滤饼的底层架构进料箱及布料器是带滤机的关键技术之一。如何在较宽的过滤面上均匀分布出碱料浆,防止因料浆分布不均造成碱饼厚度偏差太大,影响真空度和真空量的分布的重要技术环节。碳化出碱液在分布过程中,固液比极易发生变化,尤其是在结晶粒度不均匀时,此现象更为明显。因此,这就要求在布料过程中,在每一个出料点的料浆必须保持近乎相同的固液比及粒度分布。RPA真空带滤机的布料系统,采用了进料箱中间进料,经折返进前后溢流碱槽。后溢流碱槽为与皮带运行方向逆流出液,在滤布的最末端真空度最低处首先布料。由于此处的真空度相对较低,布料后料浆呈自然沉降状态,大颗粒结晶首先沉积在滤布底端,形成滤饼底层架构,见图3。进料箱还设前端并流溢流布料。并流布料已经进入高真空吸碱区,由于已经建立了底层的滤饼构架,此部分料浆主要为吸入式布料。同样要求溢流槽出料均匀,固液比及粒度分布均匀,以达到滤饼厚度的均匀性,见图4。RPA公司的真空带滤机的布料系统不仅在进料箱的结构上有独到之处,在其他细节上也采取了技术措施。为防止料浆布料后不能及时在吸碱区完成布料,在料浆溢流布料后加了两道挡料板,有效地将料浆阻挡在挡料板内侧,防止料浆继续前行进入吸干区。这种技术措施不仅辅助均匀布料,而且使得洗涤区前的吸干区作业得以保证,为洗涤降低盐分起到了很好的作用,见图5。与真空转鼓滤碱机相比,由于转鼓滤碱机是在滤碱机配置的碱槽中吸碱,尽管设有碱槽搅拌装置,但是搅拌强度不能保证碱槽中的碱液固液比及粒度分布均匀,往往是较大颗粒的结晶已经开始沉降,而细颗粒的结晶沉降较慢,因此在碱槽料浆上部,细晶较多。而当转鼓进入吸碱状态时,首先吸入的是细晶,这些细结晶首先吸附在滤布的底层,后吸附的较大颗粒结晶在细晶之上。这样构架成的滤饼,其真空阻力降较大,滤饼的透气性差,在洗涤和干燥时,因碱饼阻力降造成真空度降低,影响水分和盐分的控制。在这一点上,真空转鼓滤碱机布料上存在着先天不足,而真空带式滤碱机的布料特点决定了其工艺技术性能的优越性。4.2滤饼的洗水回收利用RPA真空滤碱机的洗涤系统也有技术独到之处。洗水设置了3道,其中有2道是回收再利用水。因此其降低洗水当量作用非常明显,见图6。第一道洗水是第二、第三道洗水及干燥区回收的洗水,此部分洗水经泵加压后再回到滤碱机,重复利用。此部分洗水含有一定的盐分,一般在10tt以下。尽管含有一定的盐分,但是对于降低盐分的作用还是非常明显的。其作用主要是置换滤饼中的残留母液,与残留母液相比,这部分液体含Cl-要低得多。滤饼中残留母液被置换后为再进一步降低滤饼盐分起到了很大的作用。第二道洗水是滤布再生的冲洗水。一方面对滤布实现再生,另一方面回收皮带、滤布上残留的重碱。这部分洗水,盐分很低,洗涤效果良好,因洗水中含有一定浓度的重碱,洗涤滤饼时降低了滤饼溶解损失。冲洗滤布的洗水收集后用泵打回滤碱机第二道洗水槽。由于滤布洗涤水可以调节为恒定量,因此这部分洗涤水基本不需要调节。第三道洗水是控制盐分最终调节手段。调节其洗水量,满足盐分指标要求。如何提高洗涤效率,降低洗水用量,RPA公司在洗涤装置上也采取了一些技术措施。首先是洒水槽的设计必须满足出水均匀,这就要求洒水槽内的水流流速处于稳流状态。进水管的进水冲击不会影响出水面的流量。在这一点上,RPA公司的洒水槽设计的较好。从3m宽的洒水出水面上,出水很均匀,不会造成局部出水量大的现象。RPA真空带滤机的洗水当量相对较低的条件下盐分也能做到较低,主要是遵循了多重洗涤原则。洗涤区分三段,每段都是独立的洗涤区,洗水在其洗涤段中洗涤—干燥—再洗涤。每个独立洗涤区,在洒水后都设立挡水板,让洒水在挡水板内吸干,再经过一段吸干区。所以每一段独立的洗涤区都很好地发挥了洗水降低盐分的作用。另外,带滤机设置了可前后移动的滑轮,洒水槽的位置可调。可根据负荷的大小,吸水量的大小,调整洗涤区,最大限度地增加干燥区。4.3u3000辊速与转速的同步控制RPA真空带滤机配置了轧辊。轧辊的作用还是遵循了平整滤饼的原理。因此轧辊的材质不是钢质材料而是采用了重量较轻的非金属材料,轧辊几乎不粘碱,因此不需要设置清扫刮刀。轧辊采用独立的动力系统,并由控制系统智能进行变频调节转速,使其与带滤机皮带同步。转速无须操作工再进行调节。带滤机带速与轧辊的转速同步调节,不会因轧辊的转速与带速不同步产生摩擦裂纹。因此轧辊的平整作用效果是明显的,可有效地防止因碱饼龟裂造成漏真空现象,见图7。轧辊对碱饼的接触压强通过双球气囊进行调节。在出碱液结晶质量较差及带滤机开车投用时,轧辊的作用非常明显。而结晶质量较好,带滤机挂碱又相对均匀时,轧辊可通过气囊调节压力,将其抬起,使碱饼的透气性更好,碱饼阻力降低,更利于水分的降低。4.4风机卸料重碱减少,造成滤碱机不发生暴空损失RPA带滤机的卸料装置包括卸料托辊和卸料刮刀。在带滤机皮带的末端区域,设立专门为破碎碱饼的托辊。由托辊产生的碱饼变形,使碱饼破碎并剥离滤布,见图8。碱饼掉落后再由非金属材料刮刀将残留的重碱从滤布上刮下。卸料后的滤布残留重碱很少,几乎不造成过滤损失。与真空带式滤碱机相比,刮刀卸料的转鼓滤碱机的残留重碱尽管可以回到碱槽中,但总会造成滤碱机的能力降低。而这部分重碱也会在重复分离过程中造成过滤损失。吹风卸料转鼓滤碱机克服了这一弊端。但是吹风卸料过程中吹出的气体,带走了部分NH3,造成NH3的暴空损失及滤碱机周边环境的NH3味大,作业环境差。而带滤机在卸料方面更有其优越性。4.5冲洗和带滤机真空带滤机的滤布冲洗系统与真空转鼓滤碱机有很大的区别。前者的滤布冲洗再生完全是在与出碱液隔绝的条件下用干净的软水进行冲洗。而真空转鼓滤碱机的滤布再生是在碱槽的碱液中,靠吹风气体反吹冲洗,其再生的效果差异很大。真空带滤机的滤布在卸料后,与皮带分离,分别进入单独的冲洗区域,带有一定压力的冲洗水,在喷头的作用下,呈水雾状喷洒在滤布及皮带表面,冲洗掉残留在滤布和皮带上的重碱及滤过母液。因此经冲洗后的滤布和皮带基本上不含母液成分,其再生效果远远好于真空转鼓滤碱机。由于冲洗的原理不同,真空带滤机则不需要配置吹风压缩机,再生过程降低了NH3暴空损失。由于再生效果好,带滤机没有定期倒车洗车的作业形式,减少了因倒车造成的生产波动和技术指标的波动。从某种意义上讲,真空带滤机的备用设备的意义大为降低,见图9、图10。此部分洗涤水可回收用于碱饼的洗涤,因此在实际操作中,适当加大滤布的冲洗水量,有利于滤布的再生效果,同时减少了第三道洗涤水用量,使得干燥区域相对增加,有利于水分的降低。4.6滤布张紧和纠偏带滤机滤布的纠偏和张紧系统对带滤机的正常作业作用极大。带滤机滤布跑偏极易造成滤布的撕裂。因此设计有效的纠偏装置是RPA公司带滤机的技术特点之一。RPA设计了可进行角位移调整的纠偏辊,并设置了多处滤布运行检测传感器,反馈信号给控制系统,通过压缩空气气囊调整纠偏辊,达到滤布纠偏的效果。滤布张紧是通过滤布张紧辊来实现。RPA公司设计了气囊调整张紧辊实现滤布纵向的张紧。RPA带滤机配置了弓形张紧辊,滤布经过弓形张紧辊产生的沿横向向滤布两侧的分力,使滤布横向张紧,可防止滤布折皱。见图11。从滤布的纠偏和张紧装置的使用情况看,效果是明显的。在使用过程中,RPA真空带滤机也出现折皱现象,而且一旦折皱后,形成硬伤,并很难再将其展延开。久而久之,折皱处滤布会首先破损。造成这种现象的原因分析,主要是因为清洗后的滤布在回程中,由于兜水的下垂力会产生一个将滤布向中心的挤推力。当积水量足够多时,纠偏和张紧装置不能消除其作用力,滤布在中心部位形成皱褶。4.7滤过母液和超声波热合连接真空带滤机的滤布与真空转鼓滤碱机的滤布有较大的差异。真空带滤机的滤布材质为聚丙烯材料。聚丙烯滤布强度高,耐磨性好,有较好的透气性,却又具有斥水性。常压下,水滴在滤布表面呈水珠状,不会渗透漏水。因此,工作状态下,过滤的穿透损失极小。滤过母液中不含固体结晶,母液桶不积存NaHCO3结晶。这种斥水性的优点更利于滤布的清洗再生,用少量的洗涤水即可较好地清洗滤布。而洗涤后的滤布会有兜水现象,也正源于滤布孔径细小及斥水性。而在真空作用下,滤布的透气性又较好,气体穿透阻力较小,真空效率提高。滤布环形连接处为超声波热合连接,用专用的工具进行热合。滤布的使用寿命设计为8个月。在实际使用时,如果不发生滤布折皱现象,此使用周期是完全可以保证的。滤布的损坏主要是折皱和热合点破损。轧辊过于压重压实及机械损伤也是造成滤布使用寿命降低的原因之一。因此滤布托辊表面的机械杂物的清理是对滤布维护的必要措施。4.8带滤机皮质设计过滤皮带是带滤机的核心技术。皮带的沟槽设计对带滤机的能力和技术指标影响很大。因此RPA公司会针对不同出碱液,主要是固液比配置相应的皮带规格。皮带沟槽是保证母液和真空气体通过的通道,对于氨碱法碳化出碱液和联碱碳化出碱液,其皮带沟槽截面积会有所区别。设计得不好,会导致吸碱区增大,干燥区降低,甚至使得整个过滤面积增加。过滤皮带厚度是保证皮带强度和皮带沟槽设计重要参数。我厂的带滤机皮带厚度为35mm,为连续无接缝型皮带。即皮带在厂家胶合硫化成完整的环形皮带,粘接强度很高。皮带的使用寿命约为10年。皮带的裙边设计也是RPA公司专利技术。主要是抗疲劳强度高,延展性好,裙边高度为120mm,皮带安装后现场粘接,使用寿命约为5年。见图12。4.9皮带轮的选择不同厂家的带滤机皮带轮的直径不同,从φ900～1200mm。皮带轮直径越大,摩擦面越大,皮带运行越平稳,同时对皮带裙边的延展疲劳度降低。因此在选购带滤机时,应首选较大直径的皮带轮。RPA真空带滤机皮带轮直径为1210mm,材质是钢制外衬橡胶。即保证有效防腐,同时增加了皮带的摩擦力。4.10间润滑水质量和用量的确定为防止过滤皮带的磨损,带滤机设计了耐磨带。与机架滑道、真空盘等滑动接触摩擦部分,中间为耐磨带。即直接滑动摩擦的是耐磨带而不是过滤皮带。这样就减少了过滤皮带的摩擦损伤,见图13。耐磨带、过滤皮带、真空盘、机架滑道等接触面靠清洁水进行润滑。润滑水量为0.44m3/h·台,润滑水可回收用于碱饼洗涤。耐磨带是易损件,使用寿命取决于润滑水的使用状况。如果润滑水的压力和流量得以保证,其使用寿命可超过1年。我厂在试车过程中,曾因皮带润滑水断水,造成个别耐磨带断裂现象。因此,对于耐磨带润滑水压力和流量控制,RPA公司设置了连锁控制系统,以保证过滤皮带和耐磨带的正常润滑。见图14,过滤皮带润滑水及冲洗滤布、皮带洗涤水控制阀组。5真空转鼓滤碱机生产线RPA公司54m2的真空带滤机设备投资约为700万元人民币,包含真空分离罐、洗水泵及控制系统。60万t/a纯碱生产装置,配置2套真空带滤机完全可满足生产需要,无须备用设备。设备总投资约1400万元。与20m2真空转鼓滤碱机相比,每台真空转鼓滤碱机生产能力为500～600t/d,60万t/a纯碱生产装置需要开3台。由于真空转鼓滤碱机滤布需要定期进行清洗,需要1台备用机,因此60万t/a纯碱装置需要4台真空转鼓滤碱机。另外需要配置8台真空分离罐,2台吹风机,总投资要超过1400万元。如此分析,真空带滤机的设备投资与真空转鼓滤碱机相比也具有其优越性。6真空转鼓滤碱的优势真空带滤机在我厂已经应用1年多。无论是技术查定还是生产实际应用,引进RPA真空带式滤碱机都表现出良好的技术性能。与真空转鼓滤碱机相比,带滤机生产能力大、操作弹性大、洗水用量少、过滤损失小、技术指标优良、便于操作调节,有利