真空帶式濾堿機在我國純堿行業(yè)中的應(yīng)用

真空帶式濾堿機在我國純堿行業(yè)中的應(yīng)用

過濾過程作為純堿生產(chǎn)工藝的一個重要過程之一，其設(shè)備性能和運行質(zhì)量對產(chǎn)量、質(zhì)量、物耗和能耗有顯著影響。在我國純堿制造歷史發(fā)展中,純堿工程技術(shù)人員致力于開發(fā)研究濾過工序高性能、高產(chǎn)能的濾堿機,研究開發(fā)了第五代20m2高性能真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機,并以此作為目前國內(nèi)純堿廠的首選主力裝備。真空水平帶式濾堿機在我國純堿行業(yè)中應(yīng)用始于21世紀(jì)初。2003年中國純堿協(xié)會組織的赴歐洲索爾維純堿廠考察團,在考察過程中對索爾維多家純堿廠使用的真空帶式濾堿機的使用效果產(chǎn)生深刻的印象,并致力在我國純堿行業(yè)中推廣應(yīng)用真空帶式濾堿機。最早使用真空帶式濾堿機的是河南某純堿廠,該機為國產(chǎn),但使用效果不盡人意。大化公司堿廠和天津堿廠在新建廠區(qū)建設(shè)中首次引進(jìn)了意大利的真空帶式濾堿機,并于2009年10月和2010年試車成功,開創(chuàng)了中國純堿行業(yè)應(yīng)用進(jìn)口真空帶式濾堿機的先河。1ra真空帶濾堿機的參數(shù)1.1帶粗氣調(diào)濕真空濾堿機RPA公司針對不同規(guī)模純堿裝置及生產(chǎn)工藝要求設(shè)計配置符合其工藝工況條件的真空帶式濾堿機?；窗矇A廠純堿裝置選用的真空帶式濾堿機,主要技術(shù)參數(shù)如表1。1.2真空過濾機的主要外觀尺寸RPA真空帶式濾堿機外形見圖1。RPA真空帶濾機現(xiàn)場應(yīng)用照片。見圖2。2真空抽濾濾餅的干燥碳化工序碳酸氫鈉懸浮液經(jīng)出堿槽的管道進(jìn)入帶濾機布料箱,再從布料箱逆流槽和順流槽溢流到帶濾機濾布表面。濾干母液后進(jìn)入洗滌區(qū),經(jīng)3道洗滌水洗滌后,進(jìn)入干燥區(qū)。在帶濾機皮帶向前運行的過程中靠來自壓縮工序真空機產(chǎn)生的真空抽濾濾餅中的水分,使其達(dá)到工藝指標(biāo)要求。在干燥區(qū),通過軋輥平整濾餅,使濾餅表面真空度更加均勻分布,達(dá)到有效干燥。在帶濾機的末端卸料區(qū),濾餅被破碎并剝離濾布,落入去煅燒的重堿皮帶。洗滌區(qū)3道洗水分別來自帶濾機分離回收的洗滌水、再生洗滌濾布回收的洗滌水、煅燒爐氣洗滌塔的洗滌水。3道洗滌水均可進(jìn)行調(diào)節(jié),使重堿鹽分得到有效控制。真空帶濾機設(shè)兩個氣體分離罐。第一個分離罐為母液分離罐,吸堿區(qū)的母液和第一道洗水在其中分離,分離后的母液去母液桶。第二個分離罐為洗水分離罐,第二道、第三道及干燥區(qū)的洗水經(jīng)分離后由洗水泵加壓返回真空帶濾機第一道洗水槽,使洗滌水二次利用。3生產(chǎn)過程技術(shù)的總結(jié)查定目的主要是對技術(shù)協(xié)議規(guī)定性能和能力指標(biāo)進(jìn)行查定,以便得出真空水平帶濾機是否符合協(xié)議規(guī)定指標(biāo)要求的結(jié)論。3.1生產(chǎn)力測試9月10日～13日,僅開2#帶濾機運行,純堿日產(chǎn)量基本穩(wěn)定在1100t以上,相關(guān)數(shù)據(jù)見表2。3.2帶濾機測試結(jié)果由于我廠從11月1日開始純堿產(chǎn)量在1300t左右,一臺帶濾機已不能滿足生產(chǎn)需要,兩臺帶濾機全開,11月1日～7日查定數(shù)據(jù)如表3。3.3真空帶濾機真空堿減量不穩(wěn)定,洗水量低,中鹽堿干1)RPA公司54m2真空帶濾機設(shè)計生產(chǎn)能力為900t/d,實際調(diào)試中可達(dá)到1121t/d,達(dá)到設(shè)計能力的125%。由于碳化工序操作水平尚未達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)水平,碳化塔出堿液結(jié)晶質(zhì)量較差,其沉降秒平均在282s,與當(dāng)初設(shè)備選型時設(shè)定的碳化結(jié)晶質(zhì)量相差甚遠(yuǎn),因此其重堿水分相對偏高。如果碳化結(jié)晶質(zhì)量能夠改善后,其重堿水分在此作業(yè)能力下還會進(jìn)一步降低。與真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機相比,在水分指標(biāo)相當(dāng)?shù)臈l件下,1臺54m2的真空帶濾機相當(dāng)近3臺20m2真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機的能力。2)純堿鹽分可通過調(diào)節(jié)第三道洗水量進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。從查定結(jié)果看,純堿鹽分最低可達(dá)到0.14%。由于洗水重復(fù)利用,真空帶濾機在低鹽堿生產(chǎn)中具有明顯的優(yōu)勢。3)而鹽分控制在0.3%左右時,其洗水當(dāng)量并沒有大幅度提高。11月1日～7日期間平均純堿鹽分為0.30%,洗水當(dāng)量為0.59m3/t堿,洗水當(dāng)量優(yōu)于設(shè)計指標(biāo)0.68m3/t堿。4)11月1日～7日期間重堿燒成率平均為51.41%,水分為17.35%,沒有達(dá)到設(shè)計指標(biāo),主要原因碳化取出液放量不穩(wěn)定,碳化結(jié)晶質(zhì)量差,平均沉降時間達(dá)到282s,碳化崗位操作技能有待提高。5)11月1日～7日期間濾過損失率為1.55%,達(dá)到設(shè)計指標(biāo)。濾過損失小的原因主要是洗水當(dāng)量低,濾布的穿透損失小。與轉(zhuǎn)鼓濾堿機的金屬濾網(wǎng)相比,真空帶濾機的濾過損失要小得多,這對于降低鹽耗及能耗作用顯著。6)在碳化結(jié)晶質(zhì)量相對較好的情況下,真空帶濾機的水分指標(biāo)完全可達(dá)到16%以下。因此改善碳化結(jié)晶質(zhì)量是提高真空帶濾機技術(shù)性能的必要條件。4濾堿機專利技術(shù)研究開發(fā)對RPA真空帶濾機在純堿行業(yè)應(yīng)用制造商已積累了豐富的經(jīng)驗,因此在設(shè)計濾堿機時,研究開發(fā)了諸多專有技術(shù)和專利技術(shù)。這些技術(shù)主要表現(xiàn)在帶濾機結(jié)構(gòu)上的細(xì)節(jié)方面,使其更加符合純堿行業(yè)生產(chǎn)工況要求。4.1濾餅的底層架構(gòu)進(jìn)料箱及布料器是帶濾機的關(guān)鍵技術(shù)之一。如何在較寬的過濾面上均勻分布出堿料漿,防止因料漿分布不均造成堿餅厚度偏差太大,影響真空度和真空量的分布的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。碳化出堿液在分布過程中,固液比極易發(fā)生變化,尤其是在結(jié)晶粒度不均勻時,此現(xiàn)象更為明顯。因此,這就要求在布料過程中,在每一個出料點的料漿必須保持近乎相同的固液比及粒度分布。RPA真空帶濾機的布料系統(tǒng),采用了進(jìn)料箱中間進(jìn)料,經(jīng)折返進(jìn)前后溢流堿槽。后溢流堿槽為與皮帶運行方向逆流出液,在濾布的最末端真空度最低處首先布料。由于此處的真空度相對較低,布料后料漿呈自然沉降狀態(tài),大顆粒結(jié)晶首先沉積在濾布底端,形成濾餅底層架構(gòu),見圖3。進(jìn)料箱還設(shè)前端并流溢流布料。并流布料已經(jīng)進(jìn)入高真空吸堿區(qū),由于已經(jīng)建立了底層的濾餅構(gòu)架,此部分料漿主要為吸入式布料。同樣要求溢流槽出料均勻,固液比及粒度分布均勻,以達(dá)到濾餅厚度的均勻性,見圖4。RPA公司的真空帶濾機的布料系統(tǒng)不僅在進(jìn)料箱的結(jié)構(gòu)上有獨到之處,在其他細(xì)節(jié)上也采取了技術(shù)措施。為防止料漿布料后不能及時在吸堿區(qū)完成布料,在料漿溢流布料后加了兩道擋料板,有效地將料漿阻擋在擋料板內(nèi)側(cè),防止料漿繼續(xù)前行進(jìn)入吸干區(qū)。這種技術(shù)措施不僅輔助均勻布料,而且使得洗滌區(qū)前的吸干區(qū)作業(yè)得以保證,為洗滌降低鹽分起到了很好的作用,見圖5。與真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機相比,由于轉(zhuǎn)鼓濾堿機是在濾堿機配置的堿槽中吸堿,盡管設(shè)有堿槽攪拌裝置,但是攪拌強度不能保證堿槽中的堿液固液比及粒度分布均勻,往往是較大顆粒的結(jié)晶已經(jīng)開始沉降,而細(xì)顆粒的結(jié)晶沉降較慢,因此在堿槽料漿上部,細(xì)晶較多。而當(dāng)轉(zhuǎn)鼓進(jìn)入吸堿狀態(tài)時,首先吸入的是細(xì)晶,這些細(xì)結(jié)晶首先吸附在濾布的底層,后吸附的較大顆粒結(jié)晶在細(xì)晶之上。這樣構(gòu)架成的濾餅,其真空阻力降較大,濾餅的透氣性差,在洗滌和干燥時,因堿餅阻力降造成真空度降低,影響水分和鹽分的控制。在這一點上,真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機布料上存在著先天不足,而真空帶式濾堿機的布料特點決定了其工藝技術(shù)性能的優(yōu)越性。4.2濾餅的洗水回收利用RPA真空濾堿機的洗滌系統(tǒng)也有技術(shù)獨到之處。洗水設(shè)置了3道,其中有2道是回收再利用水。因此其降低洗水當(dāng)量作用非常明顯,見圖6。第一道洗水是第二、第三道洗水及干燥區(qū)回收的洗水,此部分洗水經(jīng)泵加壓后再回到濾堿機,重復(fù)利用。此部分洗水含有一定的鹽分,一般在10tt以下。盡管含有一定的鹽分,但是對于降低鹽分的作用還是非常明顯的。其作用主要是置換濾餅中的殘留母液,與殘留母液相比,這部分液體含Cl-要低得多。濾餅中殘留母液被置換后為再進(jìn)一步降低濾餅鹽分起到了很大的作用。第二道洗水是濾布再生的沖洗水。一方面對濾布實現(xiàn)再生,另一方面回收皮帶、濾布上殘留的重堿。這部分洗水,鹽分很低,洗滌效果良好,因洗水中含有一定濃度的重堿,洗滌濾餅時降低了濾餅溶解損失。沖洗濾布的洗水收集后用泵打回濾堿機第二道洗水槽。由于濾布洗滌水可以調(diào)節(jié)為恒定量,因此這部分洗滌水基本不需要調(diào)節(jié)。第三道洗水是控制鹽分最終調(diào)節(jié)手段。調(diào)節(jié)其洗水量,滿足鹽分指標(biāo)要求。如何提高洗滌效率,降低洗水用量,RPA公司在洗滌裝置上也采取了一些技術(shù)措施。首先是灑水槽的設(shè)計必須滿足出水均勻,這就要求灑水槽內(nèi)的水流流速處于穩(wěn)流狀態(tài)。進(jìn)水管的進(jìn)水沖擊不會影響出水面的流量。在這一點上,RPA公司的灑水槽設(shè)計的較好。從3m寬的灑水出水面上,出水很均勻,不會造成局部出水量大的現(xiàn)象。RPA真空帶濾機的洗水當(dāng)量相對較低的條件下鹽分也能做到較低,主要是遵循了多重洗滌原則。洗滌區(qū)分三段,每段都是獨立的洗滌區(qū),洗水在其洗滌段中洗滌—干燥—再洗滌。每個獨立洗滌區(qū),在灑水后都設(shè)立擋水板,讓灑水在擋水板內(nèi)吸干,再經(jīng)過一段吸干區(qū)。所以每一段獨立的洗滌區(qū)都很好地發(fā)揮了洗水降低鹽分的作用。另外,帶濾機設(shè)置了可前后移動的滑輪,灑水槽的位置可調(diào)?？筛鶕?jù)負(fù)荷的大小,吸水量的大小,調(diào)整洗滌區(qū),最大限度地增加干燥區(qū)。4.3u3000輥速與轉(zhuǎn)速的同步控制RPA真空帶濾機配置了軋輥。軋輥的作用還是遵循了平整濾餅的原理。因此軋輥的材質(zhì)不是鋼質(zhì)材料而是采用了重量較輕的非金屬材料,軋輥幾乎不粘堿,因此不需要設(shè)置清掃刮刀。軋輥采用獨立的動力系統(tǒng),并由控制系統(tǒng)智能進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,使其與帶濾機皮帶同步。轉(zhuǎn)速無須操作工再進(jìn)行調(diào)節(jié)。帶濾機帶速與軋輥的轉(zhuǎn)速同步調(diào)節(jié),不會因軋輥的轉(zhuǎn)速與帶速不同步產(chǎn)生摩擦裂紋。因此軋輥的平整作用效果是明顯的,可有效地防止因堿餅龜裂造成漏真空現(xiàn)象,見圖7。軋輥對堿餅的接觸壓強通過雙球氣囊進(jìn)行調(diào)節(jié)。在出堿液結(jié)晶質(zhì)量較差及帶濾機開車投用時,軋輥的作用非常明顯。而結(jié)晶質(zhì)量較好,帶濾機掛堿又相對均勻時,軋輥可通過氣囊調(diào)節(jié)壓力,將其抬起,使堿餅的透氣性更好,堿餅阻力降低,更利于水分的降低。4.4風(fēng)機卸料重堿減少,造成濾堿機不發(fā)生暴空損失RPA帶濾機的卸料裝置包括卸料托輥和卸料刮刀。在帶濾機皮帶的末端區(qū)域,設(shè)立專門為破碎堿餅的托輥。由托輥產(chǎn)生的堿餅變形,使堿餅破碎并剝離濾布,見圖8。堿餅掉落后再由非金屬材料刮刀將殘留的重堿從濾布上刮下。卸料后的濾布?xì)埩糁貕A很少,幾乎不造成過濾損失。與真空帶式濾堿機相比,刮刀卸料的轉(zhuǎn)鼓濾堿機的殘留重堿盡管可以回到堿槽中,但總會造成濾堿機的能力降低。而這部分重堿也會在重復(fù)分離過程中造成過濾損失。吹風(fēng)卸料轉(zhuǎn)鼓濾堿機克服了這一弊端。但是吹風(fēng)卸料過程中吹出的氣體,帶走了部分NH3,造成NH3的暴空損失及濾堿機周邊環(huán)境的NH3味大,作業(yè)環(huán)境差。而帶濾機在卸料方面更有其優(yōu)越性。4.5沖洗和帶濾機真空帶濾機的濾布沖洗系統(tǒng)與真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機有很大的區(qū)別。前者的濾布沖洗再生完全是在與出堿液隔絕的條件下用干凈的軟水進(jìn)行沖洗。而真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機的濾布再生是在堿槽的堿液中,靠吹風(fēng)氣體反吹沖洗,其再生的效果差異很大。真空帶濾機的濾布在卸料后,與皮帶分離,分別進(jìn)入單獨的沖洗區(qū)域,帶有一定壓力的沖洗水,在噴頭的作用下,呈水霧狀噴灑在濾布及皮帶表面,沖洗掉殘留在濾布和皮帶上的重堿及濾過母液。因此經(jīng)沖洗后的濾布和皮帶基本上不含母液成分,其再生效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機。由于沖洗的原理不同,真空帶濾機則不需要配置吹風(fēng)壓縮機,再生過程降低了NH3暴空損失。由于再生效果好,帶濾機沒有定期倒車洗車的作業(yè)形式,減少了因倒車造成的生產(chǎn)波動和技術(shù)指標(biāo)的波動。從某種意義上講,真空帶濾機的備用設(shè)備的意義大為降低,見圖9、圖10。此部分洗滌水可回收用于堿餅的洗滌,因此在實際操作中,適當(dāng)加大濾布的沖洗水量,有利于濾布的再生效果,同時減少了第三道洗滌水用量,使得干燥區(qū)域相對增加,有利于水分的降低。4.6濾布張緊和糾偏帶濾機濾布的糾偏和張緊系統(tǒng)對帶濾機的正常作業(yè)作用極大。帶濾機濾布跑偏極易造成濾布的撕裂。因此設(shè)計有效的糾偏裝置是RPA公司帶濾機的技術(shù)特點之一。RPA設(shè)計了可進(jìn)行角位移調(diào)整的糾偏輥,并設(shè)置了多處濾布運行檢測傳感器,反饋信號給控制系統(tǒng),通過壓縮空氣氣囊調(diào)整糾偏輥,達(dá)到濾布糾偏的效果。濾布張緊是通過濾布張緊輥來實現(xiàn)。RPA公司設(shè)計了氣囊調(diào)整張緊輥實現(xiàn)濾布縱向的張緊。RPA帶濾機配置了弓形張緊輥,濾布經(jīng)過弓形張緊輥產(chǎn)生的沿橫向向濾布兩側(cè)的分力,使濾布橫向張緊,可防止濾布折皺。見圖11。從濾布的糾偏和張緊裝置的使用情況看,效果是明顯的。在使用過程中,RPA真空帶濾機也出現(xiàn)折皺現(xiàn)象,而且一旦折皺后,形成硬傷,并很難再將其展延開。久而久之,折皺處濾布會首先破損。造成這種現(xiàn)象的原因分析,主要是因為清洗后的濾布在回程中,由于兜水的下垂力會產(chǎn)生一個將濾布向中心的擠推力。當(dāng)積水量足夠多時,糾偏和張緊裝置不能消除其作用力,濾布在中心部位形成皺褶。4.7濾過母液和超聲波熱合連接真空帶濾機的濾布與真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機的濾布有較大的差異。真空帶濾機的濾布材質(zhì)為聚丙烯材料。聚丙烯濾布強度高,耐磨性好,有較好的透氣性,卻又具有斥水性。常壓下,水滴在濾布表面呈水珠狀,不會滲透漏水。因此,工作狀態(tài)下,過濾的穿透損失極小。濾過母液中不含固體結(jié)晶,母液桶不積存NaHCO3結(jié)晶。這種斥水性的優(yōu)點更利于濾布的清洗再生,用少量的洗滌水即可較好地清洗濾布。而洗滌后的濾布會有兜水現(xiàn)象,也正源于濾布孔徑細(xì)小及斥水性。而在真空作用下,濾布的透氣性又較好,氣體穿透阻力較小,真空效率提高。濾布環(huán)形連接處為超聲波熱合連接,用專用的工具進(jìn)行熱合。濾布的使用壽命設(shè)計為8個月。在實際使用時,如果不發(fā)生濾布折皺現(xiàn)象,此使用周期是完全可以保證的。濾布的損壞主要是折皺和熱合點破損。軋輥過于壓重壓實及機械損傷也是造成濾布使用壽命降低的原因之一。因此濾布托輥表面的機械雜物的清理是對濾布維護(hù)的必要措施。4.8帶濾機皮質(zhì)設(shè)計過濾皮帶是帶濾機的核心技術(shù)。皮帶的溝槽設(shè)計對帶濾機的能力和技術(shù)指標(biāo)影響很大。因此RPA公司會針對不同出堿液,主要是固液比配置相應(yīng)的皮帶規(guī)格。皮帶溝槽是保證母液和真空氣體通過的通道,對于氨堿法碳化出堿液和聯(lián)堿碳化出堿液,其皮帶溝槽截面積會有所區(qū)別。設(shè)計得不好,會導(dǎo)致吸堿區(qū)增大,干燥區(qū)降低,甚至使得整個過濾面積增加。過濾皮帶厚度是保證皮帶強度和皮帶溝槽設(shè)計重要參數(shù)。我廠的帶濾機皮帶厚度為35mm,為連續(xù)無接縫型皮帶。即皮帶在廠家膠合硫化成完整的環(huán)形皮帶,粘接強度很高。皮帶的使用壽命約為10年。皮帶的裙邊設(shè)計也是RPA公司專利技術(shù)。主要是抗疲勞強度高,延展性好,裙邊高度為120mm,皮帶安裝后現(xiàn)場粘接,使用壽命約為5年。見圖12。4.9皮帶輪的選擇不同廠家的帶濾機皮帶輪的直徑不同,從φ900～1200mm。皮帶輪直徑越大,摩擦面越大,皮帶運行越平穩(wěn),同時對皮帶裙邊的延展疲勞度降低。因此在選購帶濾機時,應(yīng)首選較大直徑的皮帶輪。RPA真空帶濾機皮帶輪直徑為1210mm,材質(zhì)是鋼制外襯橡膠。即保證有效防腐,同時增加了皮帶的摩擦力。4.10間潤滑水質(zhì)量和用量的確定為防止過濾皮帶的磨損,帶濾機設(shè)計了耐磨帶。與機架滑道、真空盤等滑動接觸摩擦部分,中間為耐磨帶。即直接滑動摩擦的是耐磨帶而不是過濾皮帶。這樣就減少了過濾皮帶的摩擦損傷,見圖13。耐磨帶、過濾皮帶、真空盤、機架滑道等接觸面靠清潔水進(jìn)行潤滑。潤滑水量為0.44m3/h·臺,潤滑水可回收用于堿餅洗滌。耐磨帶是易損件,使用壽命取決于潤滑水的使用狀況。如果潤滑水的壓力和流量得以保證,其使用壽命可超過1年。我廠在試車過程中,曾因皮帶潤滑水?dāng)嗨?造成個別耐磨帶斷裂現(xiàn)象。因此,對于耐磨帶潤滑水壓力和流量控制,RPA公司設(shè)置了連鎖控制系統(tǒng),以保證過濾皮帶和耐磨帶的正常潤滑。見圖14,過濾皮帶潤滑水及沖洗濾布、皮帶洗滌水控制閥組。5真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機生產(chǎn)線RPA公司54m2的真空帶濾機設(shè)備投資約為700萬元人民幣,包含真空分離罐、洗水泵及控制系統(tǒng)。60萬t/a純堿生產(chǎn)裝置,配置2套真空帶濾機完全可滿足生產(chǎn)需要,無須備用設(shè)備。設(shè)備總投資約1400萬元。與20m2真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機相比,每臺真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機生產(chǎn)能力為500～600t/d,60萬t/a純堿生產(chǎn)裝置需要開3臺。由于真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機濾布需要定期進(jìn)行清洗,需要1臺備用機,因此60萬t/a純堿裝置需要4臺真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機。另外需要配置8臺真空分離罐,2臺吹風(fēng)機,總投資要超過1400萬元。如此分析,真空帶濾機的設(shè)備投資與真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機相比也具有其優(yōu)越性。6真空轉(zhuǎn)鼓濾堿的優(yōu)勢真空帶濾機在我廠已經(jīng)應(yīng)用1年多。無論是技術(shù)查定還是生產(chǎn)實際應(yīng)用,引進(jìn)RPA真空帶式濾堿機都表現(xiàn)出良好的技術(shù)性能。與真空轉(zhuǎn)鼓濾堿機相比,帶濾機生產(chǎn)能力大、操作彈性大、洗水用量少、過濾損失小、技術(shù)指標(biāo)優(yōu)良、便于操作調(diào)節(jié),有利