高志平， 高鵬程， 張增利， 李志林

(新疆天業(yè)匯合新材料有限公司， 新疆石河子 832000)

近年來，隨著煤化工的快速發(fā)展，煤氣化技術(shù)日趨成熟，大量煤化工項目投產(chǎn)投用，能耗和環(huán)保問題成了制約煤氣化發(fā)展的關(guān)鍵，煤渣的處理逐漸成為行業(yè)關(guān)注的焦點。

1 工藝介紹

氣化煤渣主要分為粗渣和細(xì)渣兩種，其中粗渣在氣化反應(yīng)后隨著排渣系統(tǒng)排出氣化爐，經(jīng)過撈渣機、振動篩脫水后由渣車送出界區(qū)。細(xì)渣的主要成分為浮灰，隨著黑水一起進入黑水處理系統(tǒng)，在經(jīng)過三級閃蒸回收熱量和閃蒸氣后進入沉降槽，在絮凝劑的作用下進行沉降，之后通過輸送泵送往細(xì)渣干燥系統(tǒng)。粗渣、細(xì)渣生產(chǎn)來源見圖1。細(xì)渣含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%～50%，熱值較高，具有一定的再利用價值。

2 真空帶式過濾機

細(xì)渣特殊孔隙結(jié)構(gòu)使其含水脫除比較困難，這也是影響細(xì)渣運輸和再利用的重要因素。目前主要的煤氣化細(xì)渣干燥設(shè)備為真空帶式過濾機，其脫水后細(xì)渣的含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在69%左右。

2.1 設(shè)備組成

真空帶式過濾機系統(tǒng)主要由真空脫水過濾系統(tǒng)、橡膠帶、濾布、動力驅(qū)動裝置、卸料裝置等部件組成[1]。橡膠帶和濾布為封閉的帶式環(huán)形結(jié)構(gòu)，安裝在驅(qū)動輪和從動輪上循環(huán)工作。

2.2 工作原理

細(xì)渣漿料通過加料裝置均勻分布在向前移動的濾布上，濾水透過濾布進入集液槽，細(xì)渣在濾布上形成均勻的濾餅，在真空作用下干燥后進入卸料裝置。濾布和橡膠帶經(jīng)從動輪后相互結(jié)合形成抽濾空間，當(dāng)抽濾完成，兩者經(jīng)驅(qū)動輪后相互分離，橡膠帶繼續(xù)回轉(zhuǎn)至從動輪。濾布則進行卸料，之后再經(jīng)過清洗再生和一系列糾偏后進入下一個過濾周期。真空帶式過濾機干燥工藝流程見圖2。

圖2 真空帶式過濾機干燥工藝流程簡圖

2.3 真空帶式過濾機干燥數(shù)據(jù)

真空帶式過濾機生產(chǎn)連續(xù)性強、自動化程度高、勞動強度低。由于是借助濾布上的濾餅進行真空密封，一旦濾餅裂縫，就會出現(xiàn)破真空現(xiàn)象，所以負(fù)壓有限，適合干燥孔隙結(jié)構(gòu)欠發(fā)達的帶水物料。在真空脫水后，雖然煤氣化細(xì)渣表面水分被脫除，但其孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達，其間還有大量的水難以去除。裝車運輸時，物料孔隙內(nèi)水被擠壓流出，造成運輸困難，尤其是冬季還會導(dǎo)致道路結(jié)冰。

表1 真空帶式過濾機干燥數(shù)據(jù)

3 板框式隔膜壓榨壓濾機

針對真空帶式過濾機難以徹底脫出細(xì)渣孔隙內(nèi)水分問題，為降低煤氣化細(xì)渣含水量并探究細(xì)渣再利用價值，采用板框式隔膜壓榨壓濾機進行細(xì)渣干燥試驗[2]。

3.1 濾餅負(fù)壓脫水方案

3.1.1 工作原理

板框式隔膜壓榨壓濾機系統(tǒng)主要由進料泵、濾板、液壓壓緊系統(tǒng)、壓榨系統(tǒng)、濾布清洗系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和統(tǒng)濾液回收裝置等組成(見圖3)。

圖3 板框式隔膜壓榨壓濾機系統(tǒng)示意圖

整個壓濾過程主要分為4個階段，即過濾、壓濾、壓榨、真空除水。通過過濾的方式先將固體顆粒從水中分離出來，截留在濾布間，再通過擠壓的方式脫除細(xì)渣中的水分，最后在真空條件下脫除殘留在濾餅上的水。

板框式隔膜壓榨壓濾機由交替的濾板和隔膜濾板組成，壓榨水管線安裝在隔膜濾板上，濾布安裝在濾板表面，兩塊濾板間形成壓濾空間。進料泵將細(xì)渣漿料送入壓濾機濾板間，濾水透過濾布從板框排水孔排出，固體顆粒在濾布間沉積。當(dāng)固體顆粒充滿整個濾布，過濾結(jié)束并進入壓濾階段。此時壓濾機壓力上升，當(dāng)上升至指定壓力時，關(guān)閉進料閥。啟動壓榨泵，給隔膜濾板沖壓，濾板間濾餅被進一步擠壓。當(dāng)壓力達到設(shè)定值時，停壓榨泵保壓，當(dāng)濾板不再有水排出時，泄壓并啟動真空系統(tǒng)，濾餅上一定溫度的水分在負(fù)壓下被進一步脫除。

3.1.2 試驗設(shè)備

本試驗采用公司現(xiàn)有板框式隔膜壓榨壓濾機裝置，另外增加負(fù)壓工藝。壓濾機主要參數(shù)：過濾面積為150 m2，濾室容積為2.25 m3，過濾壓力為0.60 MPa，壓榨壓力為0.95 MPa，配套真空度為0.06 MPa。

3.1.3 試驗數(shù)據(jù)與分析

壓濾機干燥試驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 壓濾機干燥試驗數(shù)據(jù)表

壓濾機為間歇式進料設(shè)備，要求進料系統(tǒng)要有一定的緩沖能力，自動化程度相對較低。由壓濾機實驗數(shù)據(jù)可知：在配套真空系統(tǒng)的壓濾工藝中，其濾餅含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為59.05%，相對帶式過濾機的濾餅含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降了10.51%，在細(xì)渣干燥處理工藝中優(yōu)勢較為明顯。

3.2 濾餅正壓吹掃脫水方案

本試驗方案采用壓濾和風(fēng)干相結(jié)合的干燥方式，利用壓縮空氣吹掃代替真空系統(tǒng)進行濾餅脫水。吹掃方式為正吹和反吹，通過改變不同的吹掃時間，測試濾餅脫水的效果。

3.2.1 試驗設(shè)備

采用壓濾機試驗樣機在生產(chǎn)現(xiàn)場進行細(xì)渣干燥試驗。樣機主要參數(shù)：過濾面積為2 m2，濾腔深度為30 mm，高壓風(fēng)壓力為0.5 MPa，隔膜壓榨壓力為0.5 MPa。

3.2.2 試驗數(shù)據(jù)和分析

吹風(fēng)時間與含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)對應(yīng)見表3，壓濾機與帶式過濾機的濾餅含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)對比見圖4。

表3 吹風(fēng)時間與含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)對應(yīng)表

圖4 壓濾機與帶式過濾機的濾餅含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)對比圖

由試驗數(shù)據(jù)可知：采用壓濾和高壓風(fēng)干組合的干燥方案，可使濾餅含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為52%；采用壓濾和真空組合的方案，可使濾餅含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為59%。較高的含水量主要是由于細(xì)渣發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致。比較現(xiàn)有真空帶式過濾機干燥的細(xì)渣含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為69.56%，含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降18%左右。其表觀干燥程度比較理想，經(jīng)過長達7 d的擠壓堆放(渣堆高度約為1.5 m)未見有液態(tài)水析出，同時在裝車運輸過程中，也未發(fā)現(xiàn)有流水現(xiàn)象。試驗達到預(yù)期目標(biāo)，能夠解決細(xì)渣運輸過程流水的難題，為長距離運輸和再利用創(chuàng)造良好的條件。

4 立式全自動壓濾機

立式全自動壓濾機的原理與臥式壓濾機相同，不同的是濾板采用豎向排列。濾布在濾板間呈“S”型排布，兩面交替過濾。濾板兩端裝有卸料裝置，在壓濾結(jié)束后，液壓系統(tǒng)收緊，濾板松開，濾布開始運動，濾布上的濾餅被卸料裝置卸下進入下料裝置[3-4]，濾布進入清洗系統(tǒng)后重新上線壓濾(見圖5)。

圖5 立式壓濾機工作流程簡圖

立式全自動壓濾機中，各濾室單獨進料，有效縮短時間，提高了處理能力；設(shè)計有獨特的全自動卸料裝置，可靠性強，無需人工干預(yù)；采用四立柱框架式結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為全鋼濾板，經(jīng)久耐用；壓濾機主體全封閉式設(shè)計，配套除塵系統(tǒng)，高壓吹風(fēng)和濾液回收均以暗流形式排出，有效改善了作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。立式全自動壓濾機具備處理能力大、自動化程度高、設(shè)備占地面積小、濾餅含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)低等優(yōu)點，其推廣主要受限于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和昂貴的投資、維護成本。

5 結(jié)語

煤氣化產(chǎn)能逐漸提高，要求細(xì)渣處理產(chǎn)量大、連續(xù)性強。目前煤氣化行業(yè)細(xì)渣主要采用真空帶式過濾機進行干燥。隨著固廢再利用技術(shù)的發(fā)展，高含水量的細(xì)渣難以滿足生產(chǎn)要求。

壓濾機在煤氣化細(xì)渣干燥中的應(yīng)用尚處在研究探索階段，但其用于細(xì)渣脫水效果較為理想。隨著壓濾機處理能力和自動化程度的提高，將被廣泛應(yīng)用于煤氣化細(xì)渣干燥工藝中。