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硫泡沫专用过滤机的应用与发展

在化工生产中,常常需要将非均相系进行分离,这种操作称为非均相系的分离操作。非均相系中各相性质有显著差异,可用机械方式把各相分开。总的来说,主要包括:沉降、过滤、离心分离等。而生产中,我们通常都统称为过滤。根据分离推动力的不同,过滤方法大体可分为如下几类:重力过滤、加压过滤、离心过滤、真空过滤。湿式氧化法脱硫工艺中,硫泡沫属液体与固体的非均相系,其过滤我们也见到过多种方法,包括:重力过滤,如原来的大池子自然过滤;加压过滤,如板框压滤机;离心过滤,如转鼓离心机;真空过滤,如转筒真空过滤机。而后来进入硫泡沫过滤生产中的DS型硫泡沫专用过滤机亦属真空过滤,与其它方法完全不同,它不再采用滤布,而是以陶瓷膜作为过滤介质。目前来说,在脱硫行业应用较多的还是板框压滤机、转鼓离心机,以及DS型硫泡沫专用过滤机。一般来说,评定过滤作业的技术经济指标主要包括以下几项:滤饼水分、滤液清洁度、劳动量大小、现场环境、过滤机的电耗、生产率。相对于板框过滤机和离心机,DS型硫泡沫专用过滤机进入脱硫行业时间较晚,但至今也有五年左右的时间,目前也有几十家企业在用,它的节能、环保、高效的开发前提得到了充分体现,但使用过程中也出现过一些问题,作为一名技术人员,笔者有必要将使用情况加以总结,不妥之处望业内人士批评指正。

1 DS型过滤机与其它过滤设备的性能比较

相比较而言,DS型硫泡沫专用过滤机在自动化程度、能耗、滤液清洁度、滤饼含水量、过滤速率上,均体现出明显的优势。除掉最初原始的简单机械过滤形式外,目前脱硫行业应该较多的过滤机主要有板框压滤机及离心转鼓过滤机。

1.1 板框压滤机

在脱硫行业上虽未被广泛采用,但也有部分企业在用,其操作是间歇的,装合、过滤、卸渣、洗净为一个工作循环,尽管目前也实现了自动化控制,有的增加了自动拉板系统,曲张臂辅助卸渣系统,单杆水冲洗系统,翻板集液系统,PLC系统。但是用在硫泡沫过滤上,我们看到一个普遍问题:由于硫泡沫粘度大,滤料的粘连,需要人工协助卸料,而且滤布的清洗十分困难,需要人工清洗的问题也得不到真正解决,这就使其自动化程度大打折扣,劳动强度大大增加。而DS型硫泡沫过滤机在真空力的作用下,自动吸料、干燥、卸料、反冲洗。使用一段时间后采用超声波和低浓度碱液混合清洗。整个过程全自动化连续进行,无需人工配合。在自动化控制程度上,DS型硫泡沫专用过滤机完全优于板框压滤机。

1.2 转鼓离心机

在脱硫行业应用量要比板框压滤机少,离心机是借助惯性离心力的作用来分离,主要部件是装在垂直或水平轴上作高速旋转的转鼓,转鼓的侧壁上有许多小孔,转鼓内壁复一滤布。转鼓的旋转,产生惯性离心力,使滤液由孔排出,硫膏截留在滤布上。转鼓转速越高,分离效率越高。因此,为了有较高的分离效率,需要有较大功率电机来带动。一台WG-1500刮刀卸料离心机的运行功率在25~30千瓦,而换成DS型硫泡沫专用过滤机选15㎡即可,其真空泵只需两个2.35千瓦电机,整机运行功率仅在9千瓦以内,所以,在电耗上DS型硫泡沫专用过滤机具有明显优势。

1.3 过滤介质的比较

板框压滤和离心过滤基本都是采用滤布,在过滤过程中,滤布的堵塞会影响生产率的提高,堵塞原因一方面是硫颗粒的机械性堵塞,二是化学反应生成的碳酸盐和硫酸盐堆积于滤布的绒头上。清洗或更换起来劳动量较大。而且,滤布中的滤孔容易变形。DS型硫泡沫专用过滤机采用的是陶瓷滤板。内部结构为梯度形。成本较高,但过滤阻力小,强度高,不变形,微孔孔径小,材质具有亲水性,在过滤过程中,水和亲水的陶瓷间产生表面张力,这就产生毛细效应使微孔内始终充满液体,当抽吸真空时,滤液通过微孔,而空气和硫颗粒却不能通过,保证无真空损失的原理,极大降低了能耗和物料水份,滤液固形物含量也更低。

1.4 过滤效果的比较

综合很多厂家情况,在工况条件正常情况下,板框压滤机和离心机过滤后滤饼含水量30~40%,滤液固形物含量50ppm;而DS型硫泡沫专用过滤机过滤后滤饼含水量30%以内,滤液固形物含量达到30 ppm以内。

1.5 处理量的比较

从过滤速率上看,DS型硫泡沫过滤机也远远超过板框压滤机和离心机,DS型硫泡沫专用过滤机硫泡沫处理量为0.8~1.2m³/㎡·h;板框压滤机仅为0.4~0.5 m³/㎡·h。离心机的分离效率是由转鼓直径和转速来决定的,转鼓的的直径越大,效率越高,但是应力就越大,坚固程度难以保证;转速增加,分离效率越高,但不仅有一定限度,还导致电耗增加。所以生产规模较大的企业,系统如果选择DS型硫泡沫过滤机可以一台,而选用离心机就需两台或更多。

2 DS型硫泡沫专用过滤机在使用过程中的不断改进

2.1 反洗水

滤板反洗水由软水改为滤液,滤液固形物含量非常低,满足反洗用水的要求,用滤液作反洗用水,自成循环,既节约了软水,又避免了可能因反洗软水导致脱硫液涨液的问题。

2.2 真空泵用水

真空泵环水原使用厂内循环水系统的循环水,但经常出现机械密封因结垢而被损坏的现象,所以后来改用软水,循环使用,大大降低了真空泵的维修率,并节约了用水。

2.3 机械部分

反冲洗水、料槽冲洗水、排料冲洗水管线汇集到一个总管上,便于现场配管。

辊筒、分配头、真空罐等在几年的时间里都做了相应的改进。

2.4 仪表部分

由原来的电容式液位计改为现在的超声波液位计,解决了原来因硫泡沫挂壁而出现假液位的问题。压力表由原来表盘上集中安装,改为就地安装,便于观看和操作。所有仪表线、空气管及电缆线均预留好线槽,规整有序。

2.5 电控部分

使用了模块式PLC,控制柜内对PLC做了单独的接地线,信号线都使用屏蔽线,柜内大的感性负载,尽量远离PLC 。另外,PLC软件程序上不断进行了优化简化。

还有,根据据用户需要,可将电控柜做成防爆电控柜。

3 在使用过程中存在的问题及处理措施

3.1 滤板的堵塞问题

综合各厂家的使用情况,滤板的使用寿命偏差较大,有的厂家三年才更换完一套滤板,而有的个别家还不到一年就更换完一套。人为的机械性损坏几乎很少,主要是因为滤孔堵塞严重,洗不出来,而导致滤板提前报废。所以,发现滤板堵时,应分析原因,及时处理,不能继续凑合着用。现将一些运行较好的厂家的经验归纳如下:

(1)硫膏堵。硫膏堵滤板的情况很常见,也很正常,处理起来比较好办,主要看清洗效果,清洗不要只看时间,要观察滤板,直至每块滤板上反洗水出水均匀为止。一般来说,超声波和碱液配合清洗,两个小时以上基本没问题,如果实在洗不出来,可以将没洗好的滤板拆下浸泡后人工协助清洗。

(2)盐堵。有些企业副盐含量高,特别是在冬季,副盐容易在滤板微孔内结晶,这样一般按常规办法是洗不出来的,可以将料槽加满软水,然后加活碱把pH值提到9,再蒸汽加热至60℃,再开超声波外洗1~2小时,然后再按常规方法进行清洗。

(3)机械杂质或钙镁离子堵。有些厂特别是一些新开的厂,脱硫液内含铁锈等杂质,而还有些厂特别是一些焦化厂,脱硫液不是完全用软水配制,水中钙镁离子含量高,这两种情况导致的微孔堵塞用正常洗车方法是洗不出来的,只有拆换下滤板,再用弱酸浸泡后人工清洗。

(4)焦油堵。如果煤气中焦油含量高,会带入脱硫液中。硫泡沫含焦油较多的情况下,焦油混合硫颗粒把微孔堵死。在焦油较多时,无论是滤布还是陶瓷板,都很容易被堵孔,而且微孔堵后很难处理。所以,防止这种情况的发生最好是预防,尽量避免煤气中焦油含量过高,特别是一些焦化企业要尽量保证电捕、初冷器、预冷塔的的效果。

3.2 关于吸料厚度

吸料厚度各厂差异也大,有的厂滤板吸料厚度在40~50mm,,而有的厂则在10~20mm左右,如此大的反差,也导致过滤的速率有较大悬殊。影响到吸料厚度的因素主要包括以下几方面。

(1)滤板的质量。有很多行业的过滤工艺上采用了陶瓷滤板,但陶瓷滤板用在硫泡沫过滤上有更高的要求。滤板的结构包括孔径大小、孔分布、孔形状和孔隙率等,其结构与过滤传递性能紧密相关,孔径和孔分布是膜结构中的最重要参数,直接影响流体在膜中的传递特性,决定着分离过滤性能。而各厂的硫泡沫中的单质硫颗粒的大小是不一样的,采用不同的催化剂硫颗粒的大小更是有较大的差别。所以,各厂滤板的结构是需要根据单质硫颗粒的粒度来决定,如果各厂采用同样结构的滤板,那势必会有不同的使用效果。不根据单质硫的情况选用滤板,即使使用效果还可以也只能算是偶然的巧合。

(2)反洗水的压力。一般来说,滤板反洗水压力应为0.08~0.1MPa,无论是采用软水还是滤液,都应保证此压力。一般反洗水管路上都装有过滤器,时间长了过滤器的滤芯会有堵塞,需及时清理或更换,有时虽滤前压力很高,但因滤芯堵塞而导致滤后压力很低,从而滤板反洗水压力不够。或者陶瓷分配阀与金属连接处密封不好了,虽然入口压力够,但从连接处泄露。这些情况会导致滤板在下料后进入反洗区时反洗效果不好,再进入吸料区时吸料效果就受到影响。所以,要保证吸料厚度须先保证滤板反洗水压力。

(3)硫泡沫浓度不一样,吸料厚度就不一样,浓度越大,吸料厚度越大。在一定范围内过滤机的生产率是随硫泡沫的浓度增大而提高。试验证明,当硫泡沫中的硫含量由10%~增加到50%时,过滤机的生产率将会提高20倍。这种情况,不仅是DS型硫泡沫过滤机如此,其它以滤布作为过滤介质的过滤机也是一样。因此,应该尽量避免再生泡沫大量带液,有条件的话,进行自然沉降浓缩后再过滤,过滤效果会更理想。

(4)真空度不够,吸料厚度就偏低,过滤效果差。真空度是硫泡沫经过滤板过滤的推动力,DS型硫泡沫专用过滤机一般在真空罐上设有现场压力表,在电控柜触摸屏上有通过PLC压力采集模块采集的压力显示数据,一般表压在0.065~0.1MPa之间即可达到过滤的需要,真空压力越低,真空度就越高,过滤效果越好,吸料厚度越高,反之,则厚度低。真空度不够的主要原因有以下几方面:a.三通阀漏气;b.真空罐挡板密封阀密封不严;c.真空泵机械密封坏或密封水量过小、过大;d.滤板有破裂;e.密封胶套老化或连接处不严;f.真空管路老化或管路连接处不严;g.陶瓷分配阀与机体金属连接密封不好出现缝隙。

3.3 滤饼含水量偏高的现象

DS型硫泡沫专用过滤机正常情况下滤饼含水量是很低的,一般30%以内,很多运行较好的厂家,我们看到滤饼在滤板上都被吸的干裂了,刮下来自然含水量也很少。而有些厂则达不到这种效果,从滤板上的滤饼看,既薄又湿,刮下来含水量较大。一般导致含水量较高的原因主要有:真空度不够、硫泡沫浓度太低、滤孔部分被堵、辊筒转动频率太高等。

3.4 真空罐排液不正常

真空罐的排液是靠液位计电极传输信号给PLC,再由PLC控制三通阀和上下罐联通阀来实现自动排液,生产中有时会遇到异常现象。

(1)滤液到了该排液的位置不排液,从而导致真空泵带液。像这种情况的原因主要有:第一,电极因锈蚀或其它物质的附着而导电性能不好;第二,三通阀或上下罐联通阀出现故障;第三,与电极连接的线路出现问题。

(2)频繁排液,滤液不到该排的高度就提前排液,导致真空度不够。原因主要是电极绝缘不好出现短路。

4 DS型硫泡沫专用过滤机的发展动态

(1)加强跟踪服务,有针对性选择滤板。根据硫泡沫的浓度、固体粒度、液体粘度和对过滤质量的要求选用滤板。有必要时可通过实验测定不同滤板下的过滤速度、滤液的固体含量、滤渣层的厚度和含湿量,找出适宜的滤板型号。

(2)将泡沫泵的加料实现自动化控制,根据料槽液位自动控制泡沫泵出口阀或者是泵的开停

(3)PLC程序进一步研究与改进,尽量简化优化。特别是排液控制上,应尽量避免用液位电极存在的问题。

(4)在过滤理论研究方面,以动态过滤机理为基础,包括孔隙率的测算、过滤速度、滤渣层过滤阻力,以及过滤介质的研究都是重要的课题。

DS型硫泡沫过滤机是由我公司根据目前煤化工行业的现状和硫泡沫的特殊性质专门研究开发的,是在总结了其它过滤技术在硫泡沫过滤上存在的种种问题,并借鉴其他行业采用陶瓷板过滤技术的经验的基础上研发并不断改进而来。几年来,它为很多厂家的节能降耗、实现脱硫液闭路循环和稳定脱硫工艺做出了有力的帮助。要衡量它的收益,需要站在企业全局的动态角度,充分考虑企业的发展战略,要充分考虑到“硬收益”和“软收益”。我们也将进一步对越来越多的使用厂家的运行情况进行总结,积极的与业内人士交流。


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