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煤制乙二醇恩德炉废水污泥压滤工艺改进

发布时间:2021-1-15 15:47:55  中国污水处理工程网

  截至2018年底,我国煤制乙二醇产能约为347万t/a,通辽金煤化工有限公司(简称通辽金煤)建设的全球首套年产20万t煤制乙二醇示范装置于2009年投产运行。该示范装置的气化工艺采用恩德炉,产生的废水中含有煤气洗涤和除尘系统带来的粉尘,有一定量的碳酸钙、NH3和含硫的酸性污染物,这些废水经过加药、沉降浓缩后,进行压滤处理,处理后的清水循环利用,滤饼作为固体废弃物处理。因此压滤机就成为恩德炉系统的关键设备,其稳定高效的运行是恩德炉连续运行的保障,也是煤制乙二醇工艺正常运行的关键所在。通辽金煤恩德炉废水污泥处理系统采用3台KM250/1600型快速隔膜压滤机,运行至今,逐渐暴露出各种问题:故障率升高,运行稳定性差,不能满足现有的生产能力需求。因此,急需分析其问题并进行改进,以提高压滤机运行稳定性。

  一、问题梳理

  压滤过程本身是一种过滤行为,一般认为影响压滤机高效过滤的因素有:压滤工艺、物料本身的过滤性能和所要求的产品水分等,影响其稳定运行的因素一般为压滤机自身的结构特性和易损件的耐受特性等,如压紧时滤板的密封性、高压力过滤时滤板滤布的耐磨性等。综合现场实际情况,通辽金煤决定从压滤工艺、过滤元件、结构防腐等方面进行问题梳理。

  1.1 压滤工艺

  1.1.1 入料系统

  该压滤机采用单一泵送入料,渣浆泵流量为250m3/h,扬程为75m,对于这种入料质量分数不足10%、≤0.045mm极细颗粒物质量分数超过80%的煤泥水而言,该入料方式存在较大问题,即在入料初期压力过高,滤饼层难以形成,增加了穿滤的煤泥量,造成滤液水长期浑浊,有时甚至入料3min压滤机还在穿滤;而且这种方式导致滤布表面的滤饼层非常致密,致使后续料浆脱水缓慢,最终形成夹心滤饼,从而大大降低了过滤效率。另外,由于通辽金煤化工选择的原料煤为褐煤,其黏土矿物含量高,在煤气化过程中,大量黏土颗粒分散在废水中,压滤造成相当一部分颗粒嵌入滤布缝隙中,使滤布和滤饼黏合力变大,脱饼困难,导致单循环时间变长,且滤布再生困难,降低了滤布使用寿命。这也是目前压滤机循环时间长、滤饼水分偏高的主要原因之一。

  1.1.2 隔膜压榨

  由于多种原因,造成该压滤机压榨风管中充满煤泥,导致无法进行隔膜压榨,因此现有压滤工艺只是作为厢式压滤机在用,滤饼脱水效率低,循环时间长,产能低下。

  1.2 过滤元件选择

  1.2.1 滤板选择

  压滤机的隔膜滤板选用聚丙烯芯板+橡胶隔膜片的组合,橡胶隔膜片采用中心孔固定,排水处采用多孔盖结构。由于多孔盖是塑料材质,在大流量反复冲刷情况下容易损坏,一旦损坏,就会扎破滤布;而且,人工更换滤板时也容易忘记加装多孔盖,进一步加剧了滤布破损的可能。一旦滤布破损,煤泥水就会进入隔膜片和滤板芯板之间,进而逆向进入压榨管路系统,使得压榨风管内部充满煤泥。

  1.2.2 滤布选择

  压滤机滤布的选择直接决定着过滤效果的好坏,由于滤布是柔性过滤材料,因此一般不采用类似筛网的目数来表示,而是采用透气率来表示,透气率越大,则说明可透过颗粒越大。由于无法根据粒度分析数据直接决定滤布的选型,很多企业选择滤布时往往根据经验判断,产生了不小的误差,因此,滤布选型必须由试验来定,而滤布的材质和编织方法则可根据物料本身的酸碱特性和磨蚀特性进行选择。

  1.3 结构腐蚀

  多数压滤机厂家都有固定的结构强度设计、计算方法,但在处理煤泥水时多数没有考虑防腐,而且即使考虑防腐,也多数是考虑与物料直接接触部分的防腐,如入料管、阀门等。而恩德炉污泥压滤过程中需要考虑的防腐不仅是液体防腐,还有气体腐蚀,如NH3、H2S等,这些腐蚀性气体在温度40℃左右的物料中极易挥发出来,造成车间内雾气、酸气、氨气并存,对结构腐蚀严重,尤其是大梁滑轨、滤板滚轮、链条等部件。

  二、解决方案

  2.1 调整压滤入料工艺

  目前,应用广泛的入料工艺有变频入料技术、高位二级入料技术、高低压双泵入料技术等。这些入料方式的共同特点是将入料初期压力降低,流量保持不变,当滤饼层形成后,再恢复至额定转速,提高压力,进行脱水。

  考虑到现场空间条件和成本因素,入料工艺的改进采用加装小回流管方式,即在入料管上加装1个小直径的回流管,分流一部分物料回搅拌桶,进而起到降低入料压力的效果。

  2.2 更换隔膜滤板,恢复隔膜压榨工序

  采用整体式隔膜滤板,杜绝隔膜压榨气路内进煤泥水,恢复隔膜压榨工序,进一步降低滤饼水分,缩短循环时间。

  2.3 试验确定滤布选型

  采用试验法进行滤布选型。试验原理:先试选一种滤布铺设在装置内,将料浆倒入,之后通入恒定压力的压缩空气,料浆在压力作用下,液体部分透过滤布排出,固体部分被拦截在滤布上,直至气流吹通滤饼为止。记录过滤气压、过滤时间、穿滤时间、滤液体积,吹通后需检测滤饼含水率、滤液含固率。小型加压过滤试验装置原理图见图1。根据试验结果试选其他型号的滤布,重复上述步骤。最终选择滤液含固率低、吹通时间短且压力较低的滤布类型。

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  试验装置为一个圆筒形装置,顶部预留一个进气孔,外接储气罐,底部为可拆卸的网状结构,能够铺设滤布。过滤面积为19.6cm2。

  此次试验选取了4种不同透气率的滤布和原机滤布进行了过滤试验,不同滤布过滤试验结果见表1。

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  根据表1可知,随着滤布透气率的增大,过滤时间显著减少,穿滤时间逐渐增长,滤饼含水率(1-滤饼含固率)逐渐降低,滤液含固率逐渐增大。当滤布透气率为200L/(m2·s)时,几乎不发生穿滤,滤液含固率小于0.01%,即说明这种滤布过于致密,且此时的过滤时间也最长,为68s,若选择此滤布,压滤机的循环时间必然很长;而滤布透气率为400L/(m2·s)时,滤液含固率则高达0.82%,穿滤时间最长,达到10s,说明滤布过于稀疏,穿滤的颗粒物较多,若选择此滤布,压滤机的滤液跑黑水时间必然很长,且滤液无法实现循环利用。由表1中原机滤布的试验结果可知,其过滤情况与滤布4试验[透气率为400L/(m2·s)]结果类似,这进一步验证了原机滤布透气率过大,导致压滤机穿滤时间过长。

  从表1滤布2、滤布3试验结果可知,当滤布透气率为250L/(m2·s)和300L/(m2·s)时,过滤效果相差不大,但采用滤布3的滤液含固率较高,考虑到小型试验效果放大到大型压滤机时可能造成的误差,因此,此次最终选择透气率为250L/(m2·s)的滤布。

  2.4 对结构件进行防腐处理

  对大部分结构件进行材质改造和升级。如固定板、活动压板、大梁和大梁支腿等采用不锈钢304包覆;大梁导轨、滤板连接圆环链、传动链条、电控柜外壳和传动链护罩等采用304不锈钢制作;大梁支腿、固定板支腿和活动板支腿采用加厚钢板;并对滤板滚轮进行改进,由碳钢滚轮改为聚丙烯滚轮。

  三、应用效果

  经过方案论证,通辽金煤首先对其中1台KM250/1600型快速隔膜压滤机进行技改,自2018年5月初完成技改,至今已运行16个月,其运行效果优于另外两台,技改前后隔膜压滤机运行情况对比见表2。

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  由表2可知,经过技改,KM250/1600型压滤机的效率明显提升,单循环时间由18min缩短至15min,滤饼水分降低5%左右,滤布消耗仅为改造前的1/3,滤板的消耗明显降低,近1年尚未损坏,由于滤布、滤板损坏而造成的停机时间大幅度缩减,进而提高了日均运行次数,最终实现了压滤机产能满足生产运行。

  四、结论及建议

  经过改进,通辽金煤煤制乙二醇恩德炉废水处理系统压滤机的工作效率明显提升,滤饼水分降低,事故率降低。但此次入料系统的改造并不彻底,采用加装回流管方式虽然使入料初期压力减小,但同时也使流量减小,这也是循环时间相差较小的主要原因,建议采用变频入料方式。此外,包不锈钢的部件并不能完全杜绝腐蚀性气体的渗入,尤其是螺栓连接处、地脚螺栓处等连接缝隙处,建议采用防腐涂层处理。建议每天在压滤机工作完成后及时进行滤布清洗和设备清扫,去除残渣碎屑,保持压滤机清洁状态。(来源:北京中矿艾可沃特科技有限公司)

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