壓濾機在煤氣化細渣干燥中的應用探索

高志平， 高鵬程， 張增利， 李志林

(新疆天業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展，煤氣化技術日趨成熟，大量煤化工項目投產投用，能耗和環保問題成了制約煤氣化發展的關鍵，煤渣的處理逐漸成為行業關注的焦點。

1 工藝介紹

氣化煤渣主要分為粗渣和細渣兩種，其中粗渣在氣化反應后隨著排渣系統排出氣化爐，經過撈渣機、振動篩脫水后由渣車送出界區。細渣的主要成分為浮灰，隨著黑水一起進入黑水處理系統，在經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渣干燥系統。粗渣、細渣生產來源見圖1。細渣含碳質量分數為30%～50%，熱值較高，具有一定的再利用價值。

2 真空帶式過濾機

細渣特殊孔隙結構使其含水脫除比較困難，這也是影響細渣運輸和再利用的重要因素。目前主要的煤氣化細渣干燥設備為真空帶式過濾機，其脫水后細渣的含水質量分數在69%左右。

2.1 設備組成

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

2.2 工作原理

細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。濾布和橡膠帶經從動輪后相互結合形成抽濾空間，當抽濾完成，兩者經驅動輪后相互分離，橡膠帶繼續回轉至從動輪。濾布則進行卸料，之后再經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據

真空帶式過濾機生產連續性強、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，就會出現破真空現象，所以負壓有限，適合干燥孔隙結構欠發達的帶水物料。在真空脫水后，雖然煤氣化細渣表面水分被脫除，但其孔隙結構發達，其間還有大量的水難以去除。裝車運輸時，物料孔隙內水被擠壓流出，造成運輸困難，尤其是冬季還會導致道路結冰。

表1 真空帶式過濾機干燥數據

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渣孔隙內水分問題，為降低煤氣化細渣含水量并探究細渣再利用價值，采用板框式隔膜壓榨壓濾機進行細渣干燥試驗[2]。

3.1 濾餅負壓脫水方案

3.1.1 工作原理

板框式隔膜壓榨壓濾機系統主要由進料泵、濾板、液壓壓緊系統、壓榨系統、濾布清洗系統、真空系統和統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。當固體顆粒充滿整個濾布，過濾結束并進入壓濾階段。此時壓濾機壓力上升，當上升至指定壓力時，關閉進料閥。啟動壓榨泵，給隔膜濾板沖壓，濾板間濾餅被進一步擠壓。當壓力達到設定值時，停壓榨泵保壓，當濾板不再有水排出時，泄壓并啟動真空系統，濾餅上一定溫度的水分在負壓下被進一步脫除。

3.1.2 試驗設備

本試驗采用公司現有板框式隔膜壓榨壓濾機裝置，另外增加負壓工藝。壓濾機主要參數：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 試驗數據與分析

壓濾機干燥試驗數據見表2。

表2 壓濾機干燥試驗數據表

壓濾機為間歇式進料設備，要求進料系統要有一定的緩沖能力，自動化程度相對較低。由壓濾機實驗數據可知：在配套真空系統的壓濾工藝中，其濾餅含水質量分數為59.05%，相對帶式過濾機的濾餅含水質量分數下降了10.51%，在細渣干燥處理工藝中優勢較為明顯。

3.2 濾餅正壓吹掃脫水方案

本試驗方案采用壓濾和風干相結合的干燥方式，利用壓縮空氣吹掃代替真空系統進行濾餅脫水。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 試驗設備

采用壓濾機試驗樣機在生產現場進行細渣干燥試驗。樣機主要參數：過濾面積為2 m2，濾腔深度為30 mm，高壓風壓力為0.5 MPa，隔膜壓榨壓力為0.5 MPa。

3.2.2 試驗數據和分析

吹風時間與含水質量分數對應見表3，壓濾機與帶式過濾機的濾餅含水質量分數對比見圖4。

表3 吹風時間與含水質量分數對應表

圖4 壓濾機與帶式過濾機的濾餅含水質量分數對比圖

由試驗數據可知：采用壓濾和高壓風干組合的干燥方案，可使濾餅含水質量分數約為52%；采用壓濾和真空組合的方案，可使濾餅含水質量分數約為59%。較高的含水量主要是由于細渣發達的孔隙結構所導致。比較現有真空帶式過濾機干燥的細渣含水質量分數為69.56%，含水質量分數下降18%左右。其表觀干燥程度比較理想，經過長達7 d的擠壓堆放(渣堆高度約為1.5 m)未見有液態水析出，同時在裝車運輸過程中，也未發現有流水現象。試驗達到預期目標，能夠解決細渣運輸過程流水的難題，為長距離運輸和再利用創造良好的條件。

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，在壓濾結束后，液壓系統收緊，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；設計有獨特的全自動卸料裝置，可靠性強，無需人工干預；采用四立柱框架式結構，材質為全鋼濾板，經久耐用；壓濾機主體全封閉式設計，配套除塵系統，高壓吹風和濾液回收均以暗流形式排出，有效改善了作業現場環境。立式全自動壓濾機具備處理能力大、自動化程度高、設備占地面積小、濾餅含水質量分數低等優點，其推廣主要受限于復雜的結構和昂貴的投資、維護成本。

5 結語

煤氣化產能逐漸提高，要求細渣處理產量大、連續性強。目前煤氣化行業細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的發展，高含水量的細渣難以滿足生產要求。

壓濾機在煤氣化細渣干燥中的應用尚處在研究探索階段，但其用于細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，將被廣泛應用于煤氣化細渣干燥工藝中。