環集煙氣脫硫廢液壓濾設備及管道材質的選型

高澤磊，葉新軍，秦 茜，遲 建，賈 苗

（金川集團股份有限公司，甘肅金昌 737100）

金川集團股份有限公司（以下簡稱金川公司）環集煙氣為鎳火法冶煉爐窯生產區域的逸散煙氣，主要成分為SO2和粉塵，采用w(NaOH)30%液堿作為脫硫劑進行處理，在生產過程中會產生大量的脫硫廢液。含有大量固體沉淀物的脫硫廢液進入廢水處理系統，加重了廢水處理系統的運行負荷，影響其安全生產運行。因此，需要對環集煙氣脫硫廢液進行固液分離，降低其對廢水處理系統的影響。筆者針對環集煙氣脫硫廢液的特點，對板框壓濾機和輸送管道的材質進行分析，提出了選型建議。

1 環集煙氣脫硫廢液成分

采用鈉堿法對環集煙氣進行脫硫，化學反應方程式[1]為：

環集煙氣脫硫廢液的溫度為30～50 ℃，pH值為4～7，密度約為1.25 g/mL，其主要化學成分見表1。脫硫壓濾渣的主要化學成分見表2。

圖1為固體體積分數約為2%的環集煙氣脫硫廢液，上層為脫硫溶液，下層為固體沉淀物（渣泥）。

表1 環集煙氣脫硫廢液主要化學成分 ρ: g/L

表2 脫硫壓濾渣主要化學成分 w: %

圖1 固體體積分數約為2%的環集煙氣脫硫廢液

在對煙氣進行洗滌的過程中，脫硫液固含量持續升高，當脫硫液中固體的體積分數達到4%以上時，會在脫硫塔內出現嚴重的沉積現象。隨著脫硫塔中產生的Na2SO4不斷富集，還會出現Na2SO4結晶堵塞，進而影響脫硫系統的正常運行。因此將脫硫液的密度控制在1.20～1.25 g/mL，當脫硫液密度大于1.25 g/mL時，需要對塔內脫硫液進行置換，產生的大量脫硫廢液外排至廢水處理站。

2 壓濾機的選擇

為消除含固脫硫廢液對廢水處理站正常生產運行的影響，金川公司需將脫硫廢液中的固體沉積物和Na2SO4，Na2SO3結晶物分離出來。板框壓濾機具有操作便捷、性能可靠、出泥固含量高等優勢，因此選用板框壓濾機作為脫硫廢液的處理設備。板框壓濾機的選型主要考慮機型、過濾面積、濾布材質等因素。

2.1 壓濾機機型的選擇

利用板框壓濾機對環集煙氣脫硫廢液進行壓濾處理，需考慮以下2個問題：

1）水含量較大的脫硫溶液其濾渣的黏度也較大，容易造成板框壓濾機濾餅粘結于濾布上，影響拉板清泥效率，也會大幅度增加職工勞動強度。需要充分降低濾渣的水含量，消除水分的附著力，降低濾餅黏度。

2）脫硫液中Na2SO4含量較高，在低溫狀態下產生結晶，結晶和固體顆粒物會粘結在濾布表面和板框壓緊位置，致使板框壓不緊出現漏液問題。在頻繁的壓緊操作狀態下，結晶和固體顆粒物也會磨損濾布，導致濾布破損，污染現場環境。

為了解決上述問題，筆者提出的壓濾機機型選擇方案為：

1）選用隔膜濾板對濾餅進行二次壓榨，其工作原理為：采用壓濾泵將大量脫硫廢液從進料口送入壓濾機，待板框內形成濾餅后停止進液，開啟二次壓榨水泵或二次壓榨風向壓濾機隔膜濾板中高壓注水或注風，產生的隔膜張力將濾餅進行二次壓榨，從而得到更好的脫水效果。二次壓榨有2種方式：水箱壓榨和高壓風壓榨。金川公司的高壓風直接連接廠區內高壓風大網，廠區內高壓風壓力不穩定，介于0.4～0.7 MPa，瞬間的高壓容易造成濾布破損，導致壓濾設備發生故障。若使用水箱壓榨可以保證穩定的壓榨水壓力，降低濾布破損概率。因此，選用水箱壓榨的方式降低濾渣的水含量。

2）選用嵌入式密封隔膜濾板。由于板框壓濾機的濾板是由實心濾板和隔膜濾板交替排布的，在濾板密封面及出液口均加裝密封圈，密封圈的彈性可消除結晶物及固體顆粒物造成的濾板壓不緊的問題，使實心濾板和隔膜濾板能夠緊密貼合在一起，保證過濾過程中完全無泄漏。實心濾板、隔膜濾板及濾布見圖2。

圖2 實心濾板、隔膜濾板及濾布

2.2 壓濾機過濾面積及數量的選擇

金川公司現有環集煙氣脫硫系統3套，脫硫液的外排量約為500 m3/d，固體體積分數約為1%～2%，每天最多可產生10 m3的壓濾渣泥。壓濾機過濾面積及數量的選擇以降低人員勞動強度和保證壓濾設備生產作業率為前提，考慮到本單位多采用過濾面積為80 m2和150 m2的壓濾機，易損件及備件易得，因此對比上述兩種型號進行選擇。

按國標生產制造的壓濾機的1 m2過濾面積等價于15 L的固體容積計算[2]，使用過濾面積80 m2的壓濾機，每次壓濾產出約1.2 m3渣泥，每天需拉板放渣約8次；使用過濾面積150 m2的壓濾機，每次壓濾產出約2.25 m3渣泥，每天需拉板放渣約5次。過濾面積150 m2的壓濾機的拆板卸泥頻次較低，可保證較低的勞動強度和設備故障率。

壓濾機設備易損件較多，如濾布、濾板、電氣元件等，一旦發生故障，會造成設備無法正常使用。為了保證環集煙氣脫硫液的正常輸送外排，金川公司配置2臺150 m2的壓濾機，在降低員工勞動強度的同時，可實現交替檢修維護，降低壓濾機的故障率，延長使用壽命。

2.3 濾布材質的選用

濾布對板框壓濾機的過濾效果起主要作用，合理選型濾布可使濾液澄清，濾餅易剝離，濾布不易堵塞，容易反洗再利用，使用壽命長。

板框壓濾機濾布有4種材質：錦綸、維綸、滌綸和丙綸，濾布材料的結構方式分為單絲、復絲和單復絲復合絲，濾布的編制方式分為平紋、緞紋和斜紋。各種濾布性能比較如下[3]：

1）不同的濾布耐酸堿性不同，耐酸性最強的是滌綸濾布，耐堿性最強的是維綸濾布，錦綸耐堿性良好但耐酸性較差，同時具有耐酸耐堿性的是丙綸濾布。

2）單絲濾布具有表面光滑、空隙均勻、透水快、不易堵塞、易清洗和污泥剝離性好等優點；復絲濾布抗拉強度好，對顆粒物的截留性能好，但污泥剝離性能稍差；單復絲復合濾布的透水性、剝離性介于單絲濾布和復絲濾布之間，但價格較高。

3）平紋濾布結構致密，孔隙小，故顆粒物截留性好，濾液澄清，但易堵塞，剝離性較差；緞紋濾布的孔隙大，不易堵塞，污泥剝離性好，但顆粒物截留性能差，濾液較為渾濁；斜紋濾布的各項性能介于平紋和緞紋之間。

壓濾機濾布要根據濾布性能以及物料的化學性和物理性進行選擇：

1）脫硫廢液的pH值為4～7，呈酸性，滌綸和丙綸濾布均可使用。

2）濾布需要具有一定的耐磨性，一般根據濾渣的形狀、顆粒的均勻性和堅硬程度來考慮。脫硫廢液中含有較多的Na2SO4結晶物和固體顆粒物，滌綸濾布和錦綸濾布的耐磨性較好，應優先選用。

3）濾渣的剝離性能直接影響到壓濾機的工作效率。濾渣粘連性弱，濾液就會迅速通過濾布，過濾時間短，壓濾機的工作效率高；反之，濾渣的粘連性大，過濾時間長，則壓濾機的工作效率低。考慮到脫硫濾液和濾餅均無回收價值，對濾液的澄清度要求不高，且濾渣的粘連性較強，為提高壓濾機的工作效率，應選用剝離性較強的濾布，單絲緞紋濾布為首選。

4）過濾物的溫度影響壓濾機濾布的使用壽命。4種材質的濾布耐溫性依次為滌綸(170 ℃)＞錦綸(130 ℃)＞維綸(100 ℃)＞丙綸(90 ℃)。環集煙氣脫硫廢液的溫度為30～50 ℃，4種材質均可選用。

綜上所述，板框壓濾機選用滌綸單絲緞紋濾布可得到最佳的過濾效果。

3 輸送管道的選用

因環集煙氣脫硫廢液呈酸性，氯離子濃度較高，不銹鋼材質的管道會引起孔蝕及應力腐蝕，管道使用壽命短，需選用耐氯離子腐蝕材質的輸送管道。常見的幾種耐氯離子腐蝕的管道材質對比[4]見表3。

考慮到金川公司位于北方，環集煙氣脫硫廢液輸送管道安裝于室外管廊橋架，夏季溫度高，不宜選用不耐熱、不耐紫外線和易變形的材質；冬季溫度低，管道輸送距離長不易進行伴熱保溫處理，需要使用高壓風對輸送管道進行吹掃，將輸送管道內殘存的脫硫廢液吹掃干凈，防止管道結凍，最終選用玻璃鋼材質管道用于輸送脫硫廢液。

4 結語

結合金川公司的實際生產情況，通過對壓濾機機型、過濾面積和數量、濾布材質及脫硫廢液輸送管道材質等進行分析，選擇安裝2臺過濾面積150 m2的嵌入式密封隔膜板框式壓濾機，配套使用滌綸單絲緞紋濾布，同時選用玻璃鋼材質的輸送管道，保障了廢水處理系統環集煙氣脫硫廢液的長周期穩定運行，降低了設備故障率及跑冒滴漏事故的發生，改善了現場作業環境，也為其他公司合理選用壓濾機和輸送管道提供參考。

表3 幾種耐氯離子腐蝕的管道材質對比