國產80 m2真空帶式濾堿機的開發應用

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(山東海天生物化工有限公司，山東濰坊 261313)

近年來，為應對市場挑戰，各純堿企業采取工藝系統優化和設備更新等措施降低消耗和節約成本，提高自身在市場上的盈利能力和競爭能力。

在純堿生產系統的濾過工序中采用新型真空帶式濾堿機[1](以下簡稱帶式濾堿機)，具有能耗低、洗水當量低、濾過損失低、操作強度低等優點，已被越來越多的純堿企業采用。帶濾機在我國純堿行業應用始于21世紀初，起步較晚，而國外一些發達國家在上世紀末或者更早時期完成過濾裝置改進[2]，隨著國外技術交流以及對引進帶濾機消化吸收，帶濾機開始應用到國內純堿企業。然而國內使用的帶式濾堿機均為進口設備，其缺點是指標性能不穩定，水分偏高，有的高達20%以上。易損件部分使用周期短、價格昂貴、采購難度大，售后服務不及時或者沒有售后服務，全部依賴堿廠自己維修整改。

國產真空帶濾機最早廣泛應用在電廠脫硫、礦山、冶金、廢水處理等行業，但在純堿生產中一直沒有得到成功推廣應用[3]。基于此，山東海天生物化工有限公司(以下簡稱山東海天)于2012年開始，考察調研進口設備在國內純堿行業應用的情況，共考察使用進口帶濾機的堿廠8家，通過現場考察認為進口帶濾機不適合海天公司生產能力、節能降耗、連續運行效益等指標要求。經過與國內生產真空帶濾機的廠家濰坊鑫山環保重工科技有限公司(以下簡稱鑫山重工)多次技術交流，決定結合企業自身實際與鑫山重工共同研發國產帶式濾堿機。鑫山重工是典型的規模以上裝備制造實體企業，具有超大的研發實力，完全有能力開發出大型真空帶式濾堿機。山東海天提供所有生產指標，工藝參數，提供試驗用場地與物料對接，滿足鑫山重工化驗、小試、中試，充分獲得大型濾堿機設計參數。

2016年6月份與濰坊鑫山重工簽訂年產135萬t純堿重堿過濾設備配套設計、制造、安裝、調試一體化工程合同，僅用三個月時間即交付海天一臺80 m2帶式濾堿機。第一臺驗收合格后，又與鑫山重工簽訂兩臺80 m2帶式濾堿機供銷合同。

第一臺國產80 m2帶濾機于2016年10月4日調試投料，投料一次成功，經過三個月連續穩定運行，考核指標如表1。

表1 國產80 m2帶濾機運行指標

1 國產80 m2的帶式濾堿機開發應用

1.1 國產帶式濾堿機結構及工作原理

國產帶式濾堿機由動力系統、傳動系統，框架結構，碳化漿液給料系統，真空橡膠皮帶，真空系統，濾網固液分離系統，洗滌系統，濾網自動糾偏調整系統，母液氣水分離排放系統，濾網自動清洗再生系統，自動卸料系統等組成。利用離心式真空機在過濾介質一側產生真空度，使兩側產生壓力差，使出堿液固液得以進行分離。

1.2 國產80 m2大型帶式濾堿機的研發

鑫山重工從山東海天重堿車間現場勘查，物料試驗化驗檢測獲得物料參數，再到設備定型設計，過濾工藝設計，設備制造設計，采購，生產，質檢，發貨、安裝，投料調試，培訓，售后服務等形成了一條完整的產業鏈。整臺套主機除減速機采用天津德國SEW減速機、國產橡膠帶以外，其他零部件均為鑫山重工自主生產加工制造，嚴格的掌控了產品的質量與售后零部件供應保障及時，從接單到投料僅用了5個月時間，大大縮短了工程改造工期。

2017年，經過在山東海天實際運行獲取各項技術指標后，鑫山重工申報國產帶式濾堿機發明專利4項，實用新型專利14項，同年制定《鑫山帶式濾堿機設計標準》、《鑫山帶式濾堿機制作標準》、《鑫山帶式濾堿機安裝標準》、《鑫山帶式濾堿機售后服務標準》等企業標準，該標準均高于國家與行業標準。

1.3 國產帶濾機與真空轉鼓濾堿機對比

1)從國產帶式濾堿機框架結構以及表1看出，設備生產能力較大，是一臺轉鼓濾堿機能力的2倍。

2)在碳化漿液給料系統上，轉鼓濾堿機逆重力布料，由真空主導，濾餅顆粒從內到外由小到大，增加損失率及洗水當量消耗，出堿液進量過大，造成濾堿機堿液槽溢流，進量太小，容易漏真空，需要嚴格控制，操作強度大，而帶濾機采用順重力布料，由真空和重力主導，濾餅顆粒從內到外由小到大，減少損失率和洗水當量消耗，因兩邊順流布料形式以及軟橡膠裙邊對布料起到了圍堰作用，防止堿液溢流，水平運輸，使出堿液容易均勻分布，防止真空泄漏，使出堿液控制具有較高操作彈性，操作強度較小。

3)過濾面積較大，增加帶濾機生產能力，過濾長度不受結構限制，可根據出堿液特性確定過濾長度，使出堿液分離效果更好，減少損失率；其洗滌系統與轉鼓濾堿機差別很大，轉鼓濾堿機洗水分為五道，洗水分布在較窄區域，無法實現洗水多級循環利用，要想提高產品質量，必須加大洗水消耗，容易造成生產系統波動，增加操作強度。而帶式濾堿機洗水分為三道，有較長洗滌長度，其中二、三道洗水循環使用，共同組成第一道洗水，方便洗水逆流循環洗滌，易于實現用較小洗水流量，更好的控制重堿鹽分

4)在濾布清洗上，轉鼓濾堿機需要停車，需要操作工使用熱廢淡液對濾布進行均勻沖洗，而帶濾機濾布清洗是自動進行的，使用的是脫鹽水或者經洗水加壓泵加壓后爐氣洗滌液，洗水量一般控制在6～8 m3/h，加上真空滑臺潤滑水共同組成第二道洗水，進一步減少洗水當量，使生產實現了連續化，提高了產能。

綜上所述，國產帶式濾堿機比轉鼓濾堿機設備產能大，過濾面積大，洗水當量和濾過損失低，更容易控制重堿鹽分和操作，減少操作強度，有利于進行連續化生產。

表2 帶式濾堿機和轉鼓濾堿機性能對比

自2016年12月國產帶式濾堿機正式投料生產，截止2018年8月生產運行數據如表2所示，相比轉鼓濾堿機，重堿水分降低2.33%，濾過損失降低0.35%，洗水當量降低了0.11 m3/t。通過計算，減少蒸汽消耗約0.141 t/t，增加產量為5.2187 kg/t，綜合電耗減少2.27 kWh/t。共節省費用約24.72元/t，年可產生經濟效益約3 337萬元。

表3 帶式濾堿機和轉鼓濾堿機工藝指標對比

1.4 國產帶式濾堿機與國外帶濾機參數對比

國產帶式濾堿機與國外帶式濾堿機技術參數對比如表3所示，通過對比國產與國外帶式濾堿機技術參數，可知國產帶式濾堿機單位生產能力、重堿水分、真空度和損失率等技術參數優于引進國外帶式濾堿機，國產性能已達到國際先進水平，對國產帶式濾堿機在國內外各堿廠企業推廣具有重要意義。

表4 國產與引進國外帶濾機技術參數對比表

2 國產80 m2帶式濾堿機部分創新點

從2016年12月至2017年12月，山東海天3臺國產80 m2帶式濾堿機陸續開機運行，截止2018年10月，已連續運行22個月，運行一直平穩，零部件使用壽命長、更換少，維護保養停機時間短，與進口設備相比較，采用以下創新點來支撐設備的連續運行、各項指標平穩。

2.1 三臺帶式濾堿機同時運行流量平均分布

碳化塔的來料系統，由于沿用轉鼓濾堿機的小出堿槽，距離帶式濾堿機又近，沒有安裝緩沖槽，堿液進入進堿管比較快，使進堿管線內帶有氣體，造成進堿流量不穩定，導致帶式濾堿機負荷大小不均，使操作難度增大，尤其是在改塔時候。鑫山重工在進堿管線增加排氣管線，消除堿液里面的泡沫，進堿不均問題得到解決，三臺帶式濾堿機負荷可實現隨意調節。

2.2 膠帶裙邊及粘結配方和工藝

采用了新式裙邊及粘結配方及粘結工藝，裙邊使用周期長。海天1號機已經運行22個月，裙邊完好無損。2號帶式濾堿機比1號機晚制造一年，在裝配時正好是冬季，低溫潮濕等原因，導致裙邊粘結膠凝固效果不好，出現了局部開膠現象，新建的濾堿機廠房做好保溫后，鑫山重工對濾堿機裙邊做了局部處理，開膠現象消除，使用至今效果良好。

2.3 新式真空帶式濾堿機布料裝置

通過前幾年考察，普遍存在帶式濾堿機堿液分布器分布不均，在濾布上堿餅薄厚不均勻，易出現中間薄，兩邊厚現象，影響洗水消耗及鹽分控制，導致操作難度增大。

鑫山重工采用自主發明的新式帶式濾堿機布料裝置，加大中間過液量，擯棄了濾餅壓堿輥等無用的裝置，解決了進堿量、濾餅厚度不均的問題，這一關鍵零部件，鑫山重工申報了專利產品，已獲得國家專利局授權。

2.4 全316L材質糾偏開關

濾布糾偏裝置在使用一段時間后出現糾偏開關失靈現象，糾偏開關內部銅鋁構件出現腐蝕，不能及時糾正濾布位置，易造成濾布跑偏。針對市場上購買的進口標準開關存在的問題，鑫山重工獨立研發制造出了全316L材質糾偏開關，有效解決了糾偏裝置易損壞與腐蝕問題，這一技術已獲得國家專利局授權。

2.5 獨立研發的機架結構

機架變形是大型帶式過濾機普遍存在的問題，機架變形會引發一系列問題：單臺產能低、水分過高、洗水當量難控、過多消耗真空氣量、濾布使用壽命短、摩擦帶使用壽命短、膠帶打滑跑偏、濾布易跑偏打折等等嚴重問題。鑫山帶式濾堿機采用獨立研發的機架結構，采用GB3094標準冷拔無縫矩形鋼管材料及特殊加工工藝，材料厚重，抗拉強度高，載荷能力大，急開急停不變形，橡膠帶帶速調整自如，按照鑫山重工的企業標準要求，33 m長的機架中心偏移公差不超過2 mm。由于采用了特殊機架結構，解決了所有上述問題，保障了濾堿機在長時間連續運行過程中各項指標平穩。

2.6 橡膠帶采用高分子托輥滾動傳動承托方式

目前用于純堿行業的帶式濾堿機橡膠帶承托一共有兩種方式，一是摩擦帶承托式，二是平板承托式。這兩種方式的最大優點是材料成本相當低，能夠減輕堿廠的一次性采購成本。

橡膠帶平板承托式的缺點是摩擦系數大，對橡膠帶損傷大，橡膠帶易跑偏打滑。

橡膠帶采用摩擦帶式承托方式的缺點是：摩擦系數大，機架抗拉強度及精度要求高，否則橡膠帶易跑偏打滑。81 m2帶濾機一般采用12根摩擦帶承托，每根摩擦帶必須用水潤滑，用水量較大，一旦缺水，會與橡膠帶摩擦過熱導致摩擦帶燒蝕，不但傷害關鍵部件橡膠帶，而且摩擦帶更換頻繁，如果單根更換，則不間斷的停機更換摩擦帶，如果一次性更換，維修成本太高，就目前市場上應用，基本在3至5個月更換一次摩擦帶。

鑫山重工采用高分子滾動托輥承托方式，摩擦系數小，55 kW功率即可滿足整機運行動力，而摩擦帶及平板承托結構需要75 kW，功率大，能耗高。

高分子托輥承托形式可根據整機的產量與水分要求隨意調整轉速。某聯堿廠進口81 m2帶濾機采用摩擦帶承托方式轉速不能過高，轉速一旦過高，整個摩擦帶承托系統易脫落癱瘓，只能維持在濾餅厚度50～60 mm的狀態下運行，導致重堿水分一直在20%左右。

另外，高分子托輥承托形式解決了單臺帶式濾堿機產能低、水分過高、洗水當量難控、過多消耗真空氣量、濾布使用壽命短、摩擦帶使用壽命短、膠帶打滑跑偏、濾布跑偏打折等關鍵問題。

2.7 新式濾布糾偏結構

鑫山重工獨立研發的糾偏結構，自動化程度高，濾布跑偏間隔時間長。濾布運行最長時達到72小時不需糾偏裝置糾偏，糾偏動作時糾偏時間短，不超過30 s，濾布運行平穩。

2.8 濾布維修裝置

鑫山重工濾布采用了獨特的濾布鏈接方式，濾布透水性好，易洗滌，耐磨強度高，不打折。

為保障海天濾布使用壽命長，鑫山重工開發了一套濾布維修裝置，專門應用于山東海天濾堿機濾布的維修后重復使用，大大的降低了運行成本。山東海天的三臺帶式濾堿機濾布使用至今，僅報廢一床濾布，原因是DCS突然停機，導致濾布大面積刮破，無法修復。

山東海天應用的國產帶式濾堿機從工藝、結構、材料等擁有大量的創新點，與進口設備有很大的區別，以上僅說幾個主要創新點，以后再做論述。

3 售后服務與易損件使用壽命

1)1號帶式濾堿機已經連續運行22個月，易損件更換費用不到4 400元。 2號機、3號機已經連續運行了12個月，至今沒有產生零部件費用。

2)摩擦帶連續使用22個月，仍在繼續使用。

3)在一些易造成長時間停車的關鍵零部件及普通易損件上，鑫山重工按每臺設備機型設置應急備件庫。檔案式備件儲備，會及時解決客戶出現的應急事件。

4 總 結

自2016年國產帶式濾堿機投入運行，相比轉鼓濾堿機，年可產生經濟效益約約3 337萬元，完全達到了降低消耗和節約成本的預期效果。鑫山重工國產帶式濾堿機的開發與山東海天達產達標成功應用，第一個在純堿行業實現了帶式濾堿機的真正國產化，率先打破了國外帶式濾堿機的長期壟斷，推動國內重堿過濾技術的轉型升級，具有重要的里程碑意義，對提高純堿產品質量，降低消耗和節約成本起到了直接的關鍵作用，大大的助推了我國純堿行業的發展。