洗滌過濾機的開發及工業應用

宋虎，王克俊，王俊峰，鄭競，張盼龍

1洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司 河南洛陽 471039

2礦山重型裝備國家重點實驗室 河南洛陽 471039

為了滿足國家對電廠提出的超潔凈排放的強制要求，電廠會對煙氣進行脫硫處理，石灰石-石膏法在煙氣脫硫實踐中的應用最為廣泛，它也會生成大量的脫硫石膏。脫硫石膏的產出在全國分布比較均勻，石膏產品消費量大的東部發達地區，脫硫石膏的產量很大，品位一般都在 90% 以上。脫硫石膏的充分利用可以彌補我國高品位天然石膏儲量小、產量低、其產品遠離消費地的問題。脫硫石膏可以用作建筑用石膏板材、工程臨建輔料、水泥廠固化劑等。用作工程臨建輔料、水泥廠固化劑時，脫硫石膏內氯離子含量要求較低，可以使用傳統立盤過濾機過濾脫水；用作建筑用石膏板材時，其氯離子要滿足 GB/T 37785—2019《煙氣脫硫石膏》規定，可再利用的煙氣脫硫石膏至少三級 (C) 指標 (不大于 600 mg/kg)。煙氣脫硫產生的脫硫石膏，其氯離子含量通常大于 20 000 mg/kg，需要對脫硫石膏進行高效充分的洗滌，降低氯離子含量。同時，煙氣脫硫所需的原材料中含有雜質，所產生的泥也會對過濾設備過濾效果和煙氣脫硫石膏產品的品質產生影響，因而除了洗滌氯離子，還需要洗滌其他的一些雜質。

傳統立盤過濾機不具備高效的洗滌功能，無法應用在需要洗滌的脫硫石膏脫水工藝中，為此開發設計了具備高效洗滌功能的洗滌過濾機。

1 洗滌過濾機的開發

濾餅呈多孔結構，在內部總會滯留有一部分母液。濾餅洗滌就是用第二種液體 (洗滌液) 從濾餅中置換出母液的操作。濾餅洗滌的目的主要有 3 個。

(1) 從濾餅中回收有價值的濾液，提高濾液回收率。

(2) 洗滌濾餅中的液體雜質，提高濾渣中固體組分的純凈度。

(3) 用洗滌液溶去濾餅中有價值的成分或有害雜質。

濾餅的洗滌方式通常有以下 3 種。

(1) 置換洗滌 用洗滌液洗滌濾餅表面，然后洗滌液穿過濾餅進行置換與傳質。

(2) 再化漿洗滌 當置換洗滌法無效時，用新鮮洗滌液將濾餅再化成料漿，重新進行過濾，這種過程可多次重復進行，稱為再化漿洗滌。

(3) 逐級稀釋洗滌 濾餅成漿狀時，如在濃縮過濾機中，將第一次脫去母液的料漿再用洗液稀釋，然后再濃縮過濾，如此稀釋—濃縮—再稀釋—再濃縮，直到達到洗滌要求的方法稱為逐級稀釋洗滌法[1]。

設備濾餅洗滌方式可以根據濾餅的不同而合理選擇，當濾餅對液體的滲透性良好時，適宜采用淋洗，即置換洗滌；當濾餅對液體的滲透性差或濾餅有龜裂現象時，則先加水漿化再過濾[2]。

洗滌過濾機采用的洗滌方式是置換洗滌，影響洗滌效果和耗水量的主要因素有洗滌裝置的結構、濾餅厚度、濾布的堵塞情況等。洗滌過濾機是在無洗滌功能的傳統立盤過濾機的基礎上開發的一種具有高效洗滌功能的過濾機[3]，主要由集氣罩、洗滌裝置、槽體、傳動裝置、濾盤、中心軸、新型刮刀卸料裝置、真空吹風切換裝置、分配頭等部分組成，其主要結構如圖 1 所示。

圖1 洗滌過濾機的結構Fig.1 Structure of washing filter

1.1 洗滌裝置設計

洗滌過濾機采用的洗滌方式是置換洗滌，置換洗滌過程包含置換階段、中間階段和傳質階段。中間階段和傳質階段的存在決定了較多的洗滌次數可以減少洗滌耗水量，但較多的洗滌次數會降低設備單位時間的濾餅產能。兼顧洗滌耗水量和濾餅產能的綜合要求，并結合試驗數據，確定洗滌過濾機采用三道洗滌過濾技術。

洗滌裝置是洗滌過濾機的核心部件，決定了三道洗滌的洗滌水霧化程度和供應量。經過大量的試驗研究，確定了三道洗滌的洗滌裝置結構，如圖 2 所示。根據洗滌水量和現場供水壓力，來確定扇形噴頭的數量、分布情況和相關管道的直徑。每一個洗滌支管管道上均配有手動球閥，進洗滌裝置管道上配有流量計。洗滌裝置工作時，根據洗滌效果和洗滌用水量，適當調整每個洗滌支管的手動球閥開閉程度，保證洗滌水充分霧化以及用水量在要求范圍內。采用該裝置時，一般生產情況相對穩定，無需頻繁調整每個洗滌支管上的手動球閥。

圖2 三道洗滌裝置Fig.2 Three-stage washing device

1.2 槽體內刮刀結構設計

濾餅洗滌效果和濾餅的厚度密切相關，濾餅厚度越厚，達到同樣的洗滌效果就需要更多的洗滌液。在生產過程中，脫硫石膏的易沉淀和易成餅特性，導致濾餅過厚和濾餅厚度不均勻，嚴重影響洗滌過濾機的洗滌效果。為了控制濾餅厚度和均勻性，在傳統立盤過濾機的濾盤將出液面的槽體位置，設計增加了一套可以調整距離的刮刀裝置，如圖 3 所示。

圖3 可調整的槽體內刮刀裝置Fig.3 Controllable in-tank scraper

濾盤上的濾餅在即將離開料漿時，槽體內刮刀對濾餅進行刮刀卸料，保證進入洗滌區域的濾餅厚度均勻一致，有利于穩定洗滌裝置的耗水量，避免洗滌裝置的頻繁調整。

1.3 刮刀卸料裝置設計

傳統立盤過濾機采用吹風卸料方式，存在系統能耗較高和濾餅返水的問題，不利于實現濾餅高效節能的洗滌，洗滌過濾機采用相對高效節能的刮刀卸料方式。

刮刀到濾布的距離越大，會導致更多的濾餅沒有刮下，這部分濾餅將被重新過濾、洗滌，增加了過濾損失[4]。洗滌過濾機采用可調整刮刀卸料，刮刀可以調整到距濾板最近的位置，保證卸料后盡量少的濾餅留在濾盤，以減少洗滌水損失。

刮刀卸料裝置如圖 4 所示。刮刀座焊接在槽體上，距離調整螺栓通過調整復合刮刀在刮刀座上的位置，來調整復合刮刀到卸餅的距離；角度調整螺栓通過調整復合刮刀在刮刀座上角度，來調整復合刮刀到卸餅的距離以及復合刮刀和濾板的卸料夾角。在復合刮刀調整完成后，使用固定螺栓將復合刮刀固定。

圖4 新型刮刀卸料裝置Fig.4 New-type scraper unloading device

復合刮刀由上下 2 塊鋼板和超高分子聚乙烯復合組成，刮刀卸除過濾機上濾餅，而不易破損濾布。距離調整螺栓和角度調整螺栓綜合調整復合刮刀，可以提高刮刀卸料的使用效果，延長復合刮刀的使用壽命。

1.4 真空吹風切換裝置

洗滌過濾機采用刮刀卸料，設備運行一定時間后，濾布的透氣率會逐步降低，過濾機的產能和洗滌效果也相應地降低，需要利用高壓風對濾布進行再生。洗滌過濾機通過真空吹風切換裝置 (見圖 5) 實現濾布定周期循環再生，相對于濾布連續再生，有利于保證過濾產能的穩定性。

圖5 真空吹風切換裝置Fig.5 Vacuum blowing switch device

真空吹風切換裝置將過濾機的真空切換區并聯接入兩路管路系統，能夠根據工作需要、進料量及物料性質的變化進行真空與吹風系統的實時切換[5]。感應開關控制濾布再生系統，正常工作時，吹風閥門關閉，真空閥門開啟；當觸發螺栓觸發感應開關時，真空電磁閥門首先關閉，吹風電磁閥快速開啟，壓縮風將濾餅卸下，實現一塊濾布的再生后，吹風閥門快速關閉，真空閥門開啟，進入正常工作狀態。依次循環，實現所有濾布的再生和正常工作。

2 應用實踐

某電廠脫硫石膏工藝中選用 1 臺套 GPYK60-3洗滌過濾機 (見圖 6)，設備至今已穩定運行 3 年多，目前洗滌過濾機的各項性能指標全部達到用戶要求，設備現場運行數據如表 1 所列。由表 1 可知，脫硫石膏含水率控制在 12% 以下，氯離子含量小于 300 mg/kg，每噸石膏洗滌耗水量平均小于 0.5 t，取得了良好的經濟效益。近年來，同類型洗滌過濾機已經成功應用在很多項目現場，具體應用案例如表 2 所列。

圖6 洗滌過濾機使用現場Fig.6 Application field of washing filter

表1 洗滌過濾機現場運行數據總匯Tab.1 Summarization of field operation data of washing filter

表2 洗滌過濾機的典型應用案例Tab.2 Typical application cases of washing filter

3 結論

(1) 三道洗滌裝置兼顧了洗滌耗水量和濾餅產能要求；也可以根據生產需要，通過閥門調整為一道洗滌裝置或者二道洗滌裝置，增強了洗滌過濾機對不同洗滌場景的適應性。

(2) 槽內刮刀裝置可以有效保證進入洗滌區域濾餅厚度的一致性，有利于系統的穩定運行。

(3) 新型刮刀卸料裝置可以高效節能地卸除濾餅，刮刀的復合結構有效延長了刮刀的使用壽命。

(4) 真空吹風切換裝置可以實現濾布的循環高壓再生，保證了刮刀卸料的可持續性，延長了濾布的使用壽命。

通過將傳統立盤過濾機升級改造為洗滌過濾機，實現了立盤過濾機在脫硫石膏洗滌過濾工藝中的成功應用，有利于立盤過濾機在氫氧化鋁脫水洗滌和純堿過濾脫水洗滌等類似需要高效洗滌工藝的行業的推廣應用。